CN104832187B - 一种含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系及施工方法，其结构由内向外依次为：金属网背板、约束混凝土拱架、填充材料挡布、壁后填充材料和锚网喷支护；所述金属网背板位于约束混凝土拱架的下方，金属网背板与填充材料挡布之间连接；所述约束混凝土拱架外缘与锚网喷支护的锚杆通过预应力钢绞线相连接。有益效果为：金属网背板置于拱架下侧，减小金属网背板材料用量；金属网背板位置的改变，使得拱架与填充的混凝土材料直接接触，使得拱架受力趋于均匀，实现了拱架—充填层—围岩三者共同承载，提高了拱架整体支护性能，发挥了拱架的承载能力和围岩的自承能力，有利于支护的稳定性。

Description

一种含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系及施工方法

技术领域

本发明涉及一种含金属网背板巷道的支护体系及施工方法，特别是涉及到一种确定高应力软岩巷道支护体系金属网背板安装位置施工方案。

背景技术

近年来，锚喷支护在国内外得到广泛应用。目前在大变形巷道中使用锚喷支护的主要问题是喷层和锚杆的柔性很不匹配，在围岩变形和***震动作用下，喷层过早开裂失效，丧失了与锚杆共同作用的的条件，致使围岩性能不断恶化，围岩和混凝土陆续掉块，严重的造成冒顶和片帮事故。为了避免喷层过早开裂，其中一个有效的方法是在混凝土铺设金属网，形成钢筋混凝土喷层。金属网的存在可以使喷层和巷壁牢固的结合在一起，使得喷层与围岩之间不易离层脱落，极大地提高围岩自身支承能力和和喷层的外部支承能力。但是就目前情况来看，现有的金属网背板安装流程仍存在一些缺点，具体表现在：

（1）金属网背板安装于拱架与围岩之间，不便于工人的日常维护，增加了工作量。（2）由于金属网背板的结构不可避免的和拱架有点接触、面接触，有可能使得拱架受到不均匀分布的集中荷载和偏心荷载。降低了拱架的承载力。(3)金属网属于柔性支护材料，刚度小，挠度大，置于拱架与围岩之间在没有较强拉应力的作用下，很容易变形，甚至遭到损坏。对整个支护体系的承压能力带来威胁。因此改良金属网背板安装流程工艺对于提高巷道施工效率和支护结构承压能力有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种含金属网背板高应力软岩巷道支护体系及施工方法，该施工方法基于高应力软岩定量让压支护结构，改善原有的支护方式工作量、减小维护工程量。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系，其结构由内向外依次为：金属网背板、约束混凝土拱架、填充材料挡布、壁后填充材料和锚网喷支护；所述金属网背板位于约束混凝土拱架的下方，金属网背板与填充材料挡布之间连接；所述约束混凝土拱架外缘与锚网喷支护的锚杆通过预应力钢绞线相连接。

所述约束混凝土拱架包括左拱腿，所述左拱腿上端与左拱弦通过套管连接，所述左拱弦与右拱弦通过套管连接，所述右拱弦下端与右拱腿通过套管连接，所述左拱腿与左拱弦连接处设有定量让压装置，所述左拱弦和右拱弦连接处有定量让压装置，所述右拱腿与右拱弦连接处设有定量让压装置。

所述金属网背板是由纵向钢筋和横向钢筋分别以同等间距排列且互成直角、全部交叉点均焊接在一起的的金属网片拼接而成。

一种含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：开挖后立即初喷混凝土填充围岩裂缝，封闭围岩；

步骤2：由下向上拼装约束混凝土拱架，保证拼装后的约束混凝土拱架满足设计要求和巷道使用要求；

步骤3：将预应力钢绞线依次穿过约束混凝土拱架上的穿索孔和托盘上的穿索孔，在约束混凝土拱架外缘和围岩表面形成W形的连续网格，将约束混凝土拱架和锚杆连接起来；

步骤4：由上至下铺设金属网背板，网要放平放直，拉紧压实；

步骤5：由上向下铺设填充材料挡布，先从拱顶开始，然后依次向下进行，用细铁丝将填充材料挡布与金属网背板连接；填充材料挡布应铺设整齐、紧绷；

步骤6：壁后填充之前应将各种材料及设备就位，施工充填隔断，保证充填材料不向外流淌；

步骤7：进行约束混凝土拱架收敛变形监测、约束混凝土拱架径向受力检测和壁后充填材料受力监测。

所述步骤1的具体步骤为：

采用锚杆台车钻孔，锚杆安装前根据设计要求定出位置，做出标记，孔位允许注浆偏差为正负15mm，钻孔圆而直，钻孔方向按设计要求与岩层主要结构垂直，钻完孔后注浆管插到5-10cm处，随水泥的注入缓慢拔出，随即迅速将杆体***孔内，杆体***孔内的长度不短于设计长度的95%。

所述步骤4的具体步骤为：

先进行拱顶部分的金属网背板铺设，然后向下施工，两片金属网背板之间用用铁丝绑扎，至少绑扎三道，金属网背板应铺设整齐。

所述金属网背板网片搭接长度不得低于100mm，扎口间距为200mm。

所述步骤5巷道轴向和环向方向任意金属网背板和填充材料挡布的两固定连接点之间的距离不超过500mm。

所述步骤5两片填充材料挡布之间的搭接长度不小于200mm。

所述步骤6充填时由下向上进行，充填应密实、不留明显空隙。

所述步骤7约束混凝土拱架收敛变形监测拱顶沉降、两帮收敛及底臌监测，采用收敛尺或测枪进行监测。

所述步骤7约束混凝土拱架径向受力监测进行拱顶、拱肩、起拱线及拱脚处的径向受力，采用液压枕或压力盒进行监测。

所述步骤7壁后充填材料受力监测进行拱顶、拱肩、起拱线忽然拱脚处的填充材料径向、轴向或切向应力进行监测，可以选择使用混凝土应力计或混凝土应变计进行监测。

本发明的钢管约束混凝土拱架为在钢管外壳内填装混凝土组成的拱架，使拱架有更强的抗压能力。钢管约束混凝土支护体系具有强度高、刚度大、定量让压的特点，适用于各种深部、复杂条件、构造带、渗涌水等特殊地质条件下的巷道支护。

本发明的有益效果为：

通过改变金属网背板的位置，除了维持原有作用即防治未干混凝土掉落，同时具有以下这些有益效果：

（1）减小工人维修劳动量；

（2）金属网背板置于拱架下侧，减小金属网背板材料用量；

（3）金属网背板位置的改变，使得拱架与填充的混凝土材料直接接触，大大增加拱架与填充混凝土的接触点，使得拱架受力趋于均匀，实现了拱架—充填层—围岩三者共同承载，提高了拱架整体支护性能，发挥了拱架的承载能力和围岩的自承能力，关键在于改善了围岩支护之间的关系之后，能使拱架整体承载，而不是局部承载，有利于支护的稳定性；

（4）支护体系整体承压能力得到改善，有利于工程的顺利进行，为工人的安全提出了一定的保障。

附图说明

图1为本发明金属网背板的铺设位置示意图；

图2为本发明的约束混凝土拱架的示意图；

图3为本发明施工工艺流程图；

图4为本发明金属网片连接图；

图中，1为左拱腿，2为左拱弦，3为右拱弦，4为右拱腿，5为金属网背板，6为填充材料挡布，7为预应力钢绞线，8为锚杆，9为壁后充填材料，10为套管，11为让压节点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-图2所示，含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系，其结构由内向外依次为：金属网背板5、约束混凝土拱架、填充材料挡布6、壁后填充材料9和锚网喷支护；金属网背板5位于约束混凝土拱架的下方，金属网背板5与填充材料挡布6之间连接；约束混凝土拱架外缘与锚网喷支护的锚杆通过预应力钢绞线相连接。

约束混凝土拱架包括左拱腿1，左拱腿1上端与左拱弦2通过套管10连接，左拱弦2与右拱弦3通过套管10连接，右拱弦3下端与右拱腿4通过套管10连接，左拱腿1与左拱弦2连接处设有定量让压装置，右拱腿4与右拱弦3连接处让压节点11设有定量让压装置。

如图3所示，含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，施工流程为：施工准备、巷道开挖、锚网喷施工、拼装拱架、三维预应力钢绞线施工、铺设金属网背板、铺设填充材料挡布、壁后填充、围岩控制效果分析。金属网背板将置于拱架下侧，由此将减少金属网背板的材料用量。另外填充的混凝土材料将直接与拱架进行面接触，避免了因金属网造成的点接触和线接触所引起的拱架受力不均匀，保证了拱架受均布荷载，高强承载力得以发挥，不仅使填充层发挥均压释能效应，也充份调动围岩自承能力，把支护和围岩视作统一复合体，考虑到了它们的共同作用。

含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系施工方法的具体步骤为：

步骤一：开挖后立即初喷34cm混凝土填充围岩裂缝，尽快封闭围岩。采用锚杆台车钻孔，锚杆8安装前根据设计要求定出位置，做出标记，孔位允许注浆偏差为正负15mm，钻孔圆而直，钻孔方向按设计要求与岩层主要结构垂直，钻完孔后注浆管插到5-10cm处，随水泥的注入缓慢拔出，随即迅速将杆体***孔内，杆体***孔内的长度不短于设计长度的95%。

步骤二：由下向上拼装拱架，拼装后的拱架满足设计要求和巷道使用要求。

步骤三：预应力钢绞线7依次穿过拱架上的穿索孔和托盘上的穿索孔，在拱架外缘和围岩表面形成类似W形的连续网格，将拱架和锚杆连接起来。

步骤四：由上至下铺设金属网背板5，网要放平放直，拉紧压实。先进行拱顶的部分，然后向下施工，两片金属网搭接长度不小于100mm，搭接处用14#铁丝绑扎，至少绑扎三道，扎扣间距200mm（在铺设金属网时，每两片金属网会每隔200mm用铁丝绑一个扣，使他们连接起来），金属网背板5应铺设整齐。网片搭接长度即两片金属网的重叠长度。

步骤五：由上向下铺设填充材料挡布6，先从拱顶开始，然后依次向下进行，用细铁丝就填充材料挡布6与金属网背板5连接，巷道轴向和环向方向任意两连接点（金属网背板和填充材料挡布之间的固定连接点）之间的距离不应超过500mm；两片填充材料挡布之间的搭接长度（两片挡布在铺设时重叠部分的重叠长度）不小于200mm。填充材料挡布应铺设整齐、紧绷。

步骤六：壁后填充之前应将各种材料及设备就位，施工充填隔断，保证充填材料9不向外流淌。充填时由下向上进行，充填应密实、不留明显空隙。

步骤七：进行拱架收敛变形监测、拱架径向受力检测和壁后充填材料受力监测。拱架收敛变形监测主要进行拱顶沉降、两帮收敛及底臌监测，采用收敛尺或测枪进行监测。拱架径向受力监测主要进行拱顶、拱肩、起拱线及拱脚处的径向受力，采用液压枕或压力盒进行监测。壁后充填材料受力监测拱顶、拱肩、起拱线忽然拱脚处的填充材料径向、轴向或切向应力进行监测，可以选择使用混凝土应力计或混凝土应变计进行监测。

如图4所示，金属网背板5是由直径为8mm的纵向钢筋和横向钢筋分别以一定的间距排列（此处采用长*宽为100mm*100mm）且互成直角、全部交叉点均焊接在一起的的金属网片拼接而成。

本发明将提高钢管混凝土拱架支护体系的安全性和可靠性，对于工程的顺利进展和竣工后的维护意义重大，具有良好的社会效应和经济效应。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种含金属网背板的高应力软岩巷道支护体系，其特征是，其结构由内向外依次为：金属网背板、约束混凝土拱架、填充材料挡布、壁后填充材料和锚网喷支护；所述金属网背板位于约束混凝土拱架的下方，金属网背板与填充材料挡布之间连接；所述约束混凝土拱架外缘与锚网喷支护的锚杆通过预应力钢绞线相连接。

2.如权利要求1所述的高应力软岩巷道支护体系，其特征是，所述约束混凝土拱架包括左拱腿，所述左拱腿上端与左拱弦通过套管连接，所述左拱弦与右拱弦通过套管连接，所述右拱弦下端与右拱腿通过套管连接，所述左拱腿与左拱弦连接处设有定量让压装置，所述右拱腿与右拱弦连接处设有定量让压装置。

3.如权利要求1-2任一项所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：开挖后立即初喷混凝土填充围岩裂缝，封闭围岩；

步骤2：由下向上拼装约束混凝土拱架，保证拼装后的约束混凝土拱架满足设计要求和巷道使用要求；

步骤3：将预应力钢绞线依次穿过约束混凝土拱架上的穿索孔和托盘上的穿索孔，在约束混凝土拱架外缘和围岩表面形成W形的连续网格，将约束混凝土拱架和锚杆连接起来；

步骤4：由上至下铺设金属网背板，网要放平放直，拉紧压实；

步骤5：由上向下铺设填充材料挡布，先从拱顶开始，然后依次向下进行，用细铁丝将填充材料挡布与金属网背板连接；填充材料挡布应铺设整齐、紧绷；

步骤6：壁后填充之前应将各种材料及设备就位，施工充填隔断，保证充填材料不向外流淌；

步骤7：进行约束混凝土拱架收敛变形监测、约束混凝土拱架径向受力检测和壁后充填材料受力监测。

4.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述步骤1的具体步骤为：

采用锚杆台车钻孔，锚杆安装前根据设计要求定出位置，做出标记，孔位允许注浆偏差为正负15mm，钻孔圆而直，钻孔方向按设计要求与岩层主要结构垂直，钻完孔后注浆管插到5-10cm处，随水泥的注入缓慢拔出，随即迅速将杆体***孔内，杆体***孔内的长度不短于设计长度的95%。

5.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述步骤4的具体步骤为：

先进行拱顶部分的金属网背板铺设，然后向下施工，两片金属网背板之间用铁丝绑扎，至少绑扎三道，金属网背板应铺设整齐。

6.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述金属网背板网片搭接长度不得低于100mm，扎口间距为200mm。

7.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述步骤5巷道轴向和环向方向任意金属网背板和填充材料挡布的两固定连接点之间的距离不超过500mm。

8.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述步骤5两片填充材料挡布之间的搭接长度不小于200mm。

9.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述步骤6充填时由下向上进行，充填应密实、不留明显空隙。

10.如权利要求3所述的高应力软岩巷道支护体系的施工方法，其特征是，所述步骤7约束混凝土拱架收敛变形监测拱顶沉降、两帮收敛及底臌监测，采用收敛尺或测枪进行监测；所述步骤7约束混凝土拱架径向受力监测进行拱顶、拱肩、起拱线及拱脚处的径向受力，采用液压枕或压力盒进行监测；所述步骤7壁后充填材料受力监测进行拱顶、拱肩、起拱线忽然拱脚处的填充材料径向、轴向或切向应力进行监测。