軟巖巷道錨噴網支護

1.單體錨杆的作用機理

一般認為普通錨杆沒有預應力，比較好的狀態下安裝的初張力只有20kN左右；實測表明，由於爆破震動和錨杆杆體的變形等原因，錨杆的安裝初張力在1-2d內會明顯降低，直至下降到零。

普通錨杆只有當圍巖變形之後才能產生支護力，圍巖長期處在彈性狀態下，則錨頭與墊板間圍巖變形量只有百分之幾個毫米，尚未產生能使錨杆實際上受力的變形，圍巖的變形已經完成，錨杆應力將始終為零或者很低；只有在鬆動圈產生，錨頭與錨尾之間發生一定量的相對膨脹變形之後，錨杆的工作阻力才能達到30kN以上，使錨杆處於工作狀態。圍巖的這一膨脹過程，正是錨杆應力增加，進入實際工作狀態的過程。如果岩層是鬆動圈的類圍巖，錨頭與錨尾之間的相對伸長量小，所安設的錨杆事實上將不會產生支護作用。

2.錨杆對鬆動圍巖的錨固作用

光彈實驗證明，單根錨杆可在彈性體內形成以錨杆兩端為頂點的壓縮區。在錨杆錨固力的作用下，鬆散地層中也會產生一個錐形壓密區，壓縮區內岩層的密實度和強度都有所提高。

3.鬆軟岩層中錨杆的工作過程

在軟巖巷道中，伴隨着開巷後圍巖鬆動圈的發展，錨杆錨入巖體後受到圍巖碎脹變形力的作用而承受拉力。一般鬆軟岩層往往在開巷後1-3個月時間才能形成穩定的鬆動圈，錨杆安裝完成後，將經歷剩餘鬆動圈發展的全過程 ^[1]  。

1.錨固層與組合拱概念

在軟巖巷道中，伴隨着開巷後圍巖鬆動圈的發展，錨杆錨入巖體後因受到圍巖碎脹變形力的作用而受到拉伸，反過來，錨杆對圍巖產生壓應力。鬆動巖體中，在單根錨杆約束下可以形成一個錐形的壓密區，羣體錨杆若以適當的間距佈置，錨杆羣在圍巖中形成的雙錐體壓縮區相互交叉重迭，則能夠形成一個連續的、相互重合的層狀錨固體，通常稱之為“錨固層”。當巷道形狀為直線時，該“錨固層”是牆；拱形斷面則呈拱形，稱之為破裂巖體“組合拱”。錨固層的厚度，與錨杆長度和間排距有關，其間有下列公式的對應關係。

2.錨固體的力學性能實驗

鬆動圈內的巖塊既不是連續狀態，又不是鬆散狀態，巖體雖然已出現裂縫，但是破裂巖塊之間仍處於相互銜接、相互齧合的狀態。為較好的模擬鬆動破裂圍巖的這種狀態特徵，採取先將試塊壓壞，產生類似於鬆動圈圍巖的破裂縫，爾後繼續加載，研究錨固體力學性能的實驗方法，從而較好的模擬既開裂又齧合的鬆動圍巖狀態。

3.錨杆的組合拱支護原理

（1）組合拱結構承載能力估算。

在鬆軟圍巖中，若按照懸吊理論確定支護參數，所定錨杆將因過長而失去普遍應用價值。基於對錨固體力學性能的認識，在大鬆動圈內可以用小於鬆動圈厚度的錨杆，將破裂圍巖錨固起來，提高其殘餘強度，形成具有一定承載能力和可塑性的組合拱結構體，用來承受地壓、維護圍巖。

組合拱的承載能力與組合拱厚度、圍巖強度、錨杆應力等因素有關，錨杆錨固力越大，破裂圍巖殘餘強度的提高幅度就越大。組合拱所能承受的荷載，可根據斷面形狀分別按相應的結構力學原理“直牆拱形結構”或“厚壁筒”計算。

（2）錨杆支護可縮性分析。

錨杆支護可縮性表現在三個方面：實測證實，普通1.6m錨杆，在巖性比較軟弱的條件下，不僅錨杆尾端隨巷道表面圍巖位移而位移，而且其錨固的錨頭端，也隨着深部巖體的位移而位移，一般如果表面位移量為100mm，圍巖深處錨頭的位移量常達70-85mm，錨杆杆體伸長量只有15-30mm，巷道收斂並未全部作用於錨杆之上；破碎岩石錨固體本身具有可塑性已為試驗所證實；使用高延伸率材質的可塑性錨杆或者是結構可拉伸的可縮性錨杆。

軟巖巷道錨網噴支護工業試驗證明，當巷道均勻收斂400mm時，仍處於良好的維護狀態，錨杆支護具有良好的可縮性 ^[2]  。

軟巖錨杆支護，錨杆形成的錨固層組合拱是支護的主要承載結構，噴層和金屬網的作用是維護該組合拱的存在，防止它因巖塊冒落而失效。

錨杆對鬆動圍巖的控制範圍是有限的，因此在相鄰的4根錨杆之間，存在一個四角錐形體的非錨固鬆弛帶，其間任意一塊破裂巖塊的掉落，都將危及錨杆控制範圍內的錨固巖塊；一旦錨杆錨固體內的破碎巖塊也掉落，錨杆將會因鬆弛而失去錨固力，原來均勻封閉的組合拱就會變薄或失效，造成錨杆支護失敗。

對於錨杆間的鬆弛區內的岩石，必須用噴層和金屬網予以支護。軟巖巷道圍巖變形量大，脆性的噴層很快會開裂破壞，金屬網或鋼筋網的敷設，不僅可以支護錨杆間的碎石，提高噴層的抗變形能力，而且又將單個錨杆連接成為一個整體的錨杆羣，增強了錨杆支護的總體穩定性，同時也可以使錨杆間的鬆弛圍巖部分地進入支護狀態。

軟巖巷道噴層支護的首要作用是及時封閉圍巖，防止圍巖風化潮解；同時作為臨時支護，在其保護下進行錨杆安裝的施工作業。對錨杆間鬆弛圍巖的支護，主要依靠金屬網，因為在大變形擠壓作用下，噴層的支護能力較弱 ^[2]  。

這兩種類型的軟巖有別於單純碎脹型軟巖，這裏特別強調對地層水、工程水、空氣中水分的處理。作好治理與轉化工作。

支護的首要任務是防水、治水，將潮濕空氣與圍巖隔離開來，防止圍巖風化、潮解，減少巖體強度的降低。對於這類軟巖，如若制水得當，膨脹性軟巖可以轉化為較易支護的碎脹型軟巖；經轉化後的膨脹性軟巖，如果松動圈不大，支護的阻力並不是一定要很大。

複合型軟巖，既有圍巖的吸水膨脹性變形，又產生了較大的鬆動圈，剪脹變形和岩石的吸水膨脹性變形都比較大，須採用防水和支護阻力較強的可塑性支護措施；複合型軟巖巷道施工之後一定要加強維護，因為在剪脹變形力作用下，一般用來防水的噴層很快就會開裂破壞，必須及時補噴，這與碎脹型軟巖的要求略有不同 ^[3]  。