强膨胀软岩巷道锚网喷架联合支护技术研究
【图文】：
案原设计支护方案为锚网索喷支护，锚杆规格为20mm×2400mm，间排距800mm×800mm，采用CK2335和Z2360树脂锚固剂各1支;金属网网片尺寸为110cm×180cm;锚索采用15.24mm×8300mm钢绞线，在拱顶中心线及其两侧弧长2.4m处设置，采用1支CK2335和2支Z2360树脂锚固剂锚固。喷层初喷100mm，复喷50mm，喷层厚度150mm。上述支护方案虽具有一定的适用性，但对于围岩强度等级低、完整性差，兼具地层富水性和岩石吸水强膨胀特性的软岩巷道而言，会增加施工难度，降低支护效果。施工过程中发生了顶板下沉变形和两帮水平收敛变形，见图1。1.3围岩变形理论计算软岩巷道变形主要包括围岩的弹性变形、岩体的碎胀变形、软岩吸水膨胀变形及岩体蠕变四部分。1)弹性变形。巷道开挖后，围岩受力状态发生改变，在2～3倍巷道直径范围内，岩体将产生弹性变形。文献［1］认为，对于圆形巷道，围岩弹性变形ue可按式(1)计算。表1砂岩矿物成分及质量分数Table1Mineralmassfractionsofsandstone岩样成分石英钾长石斜长石方解石高岭石蒙脱石伊利石质量分数/%12.911.89.210.78.336.710.4图1软岩巷道变形形式Fig．1Deformationtypeofsoftrockroadway917第17卷第3期2017年6月安全与环境学报JournalofSafetyandEnvironmentVol．17No．3June，2017
停嗨词?5)计算巷道开挖后围岩蠕变变形。εc=σEM+ση()Mt+σEK1－e－EKηK()t+εP(5)式中σ为岩石所受应力，MPa;EM、ηM为Maxwell体的弹性模量和黏滞系数，EK、ηK为Kelvin体的弹性模量和黏滞系数;εP为塑性应变。根据室内围岩三轴蠕变试验结果，拟合分析得到EK=1.8GPa，ηK=16.9GPa·d，EM=0.96GPa，ηM=1200GPa·d，将上述参数代入式(5)即可得到巷道开挖变形后蠕变变形。通过式(1)～(5)计算得到的围岩表面1m范围内的变形见图2。从图2可以看出，巷道开挖后围岩表面即发生弹性变形和碎胀变形，二者与时间无关，巷道开挖后即刻产生。随着时间的累积，围岩吸水膨胀变形和蠕变变形逐渐发挥，表面变形迅速增加，这一增加的过程持续30d左右。巷道开挖后，若不及时采取支护，则开挖30d后巷道变形将达到560mm以上，并持续增加。这对于巷道而言是不可承受的，因此必须对强膨胀软岩巷道开展支护技术研究，确定合适的支护结构及支护参数，，保证巷道功能和使用的安全。2强膨胀软岩巷道支护技术2.1强膨胀软岩巷道支护技术原理强膨胀软岩巷道支护难度大，锚网索喷联合支护难以起到良好的支护效果。大量工程实践表明，U型钢可缩性支架具有初撑力高、增阻速度快、支护强度大等优点，在富水性较强的强膨胀性软岩巷道中采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土和U型钢可缩性支架联合支护技术，可以克服锚网索喷支护的不足，允许围岩变形能量充分释放，支架工作阻力逐渐发挥，能显著提高支护结构的整体刚度，有效解决强膨胀软岩巷道支护难题。2.2数值仿真分析2.2.1模型建立利用有限元分析软件MIDAS/GTS建立直墙半圆拱型巷道弹塑性数值仿真模型。模型尺寸为60m?
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