[摘要]針對軟巖層巷道支護問題，通過分析巷道圍巖應力和圍巖變形關系，并應用有限元數值分析法確定支護系統(tǒng)的合理工況點，提高錨桿支護系統(tǒng)的安裝預應力，充分發(fā)揮錨桿系統(tǒng)主動支護作用，減小圍巖松動圈半徑，減少拉應力區(qū)，保證了錨桿都能均勻受力，實現了錨桿與錨索的變形協調，達到耦合支護的目標，并采用注漿輔助支護，實現對巷道圍巖的有效控制。
前言
巷道掘進遇到復雜地質條件及軟巖影響時，尤其是大型硐室施工時，原支護系統(tǒng)不能對巷道圍巖進行有效控制，造成巷道變形破壞嚴重，甚至導致圍巖變形加劇，支護失效。為此我們對軟巖層巷道支護與治理進行研究，總結了采用高強預應力錨桿、鳥窩錨索聯合支護和注漿輔助支護工藝在解決軟巖層巷道支護問題中的實踐經驗。
1軟巖巷道支護失效原因分析
1.1地質條件的影響。復雜地質條件及軟巖層巷道圍巖強度低，松散破碎，且具有高飽和吸水性、較強的膨脹性和流變性，不能承受較大的壓力。
1.2巷道掘進支護工藝的影響。
?。?）鉆爆法掘進施工產生的沖擊波對圍巖的破壞性大，易造成表層圍巖崩解，增大圍巖松動圈。
?。?）一般錨噴支護系統(tǒng)的安裝應力低，托盤和桿體強度小，抗干擾能力和變形協調性差，很難發(fā)揮主動支護的作用。
?。?）永久支護不及時，“三徑”（眼孔直徑、錨桿直徑、藥卷直徑）問題，安設角度，眼孔處理，藥卷的攪拌時間，特別是錨桿安裝的預緊力不夠等，大大影響了錨桿的支護質量。
2軟巖巷道錨桿（錨索）支護系統(tǒng)的分析與研究
軟巖巷道的破壞形式一般為高地應力軟巖破壞顯現。必須對圍巖應力-變形情況進行研究，找出錨桿支護系統(tǒng)最佳工況點，設計合理的錨桿支護系統(tǒng)。
2.1錨桿（錨索）支護參數設計要滿足的三點要求
?。?）安裝應力。錨桿的安裝應力是控制圍巖早期變形的重要參數，安裝應力過小會使圍巖發(fā)生過大的早期變形，松散破碎圈增大，引起頂板破碎，錨桿受力增加。
?。?）支護強度。在高地應力條件下，支護強度必須提高，單根錨桿的強度要加大，使其與高地應力環(huán)境相適應。
?。?）讓壓和均壓性能。錨桿必須具有控制變形讓壓和均壓性能。
2.2最佳組合梁（拱）原理
為了使組合梁（拱）達到其最佳強度，應選擇合理的錨桿類型和錨桿系統(tǒng)的安裝應力；且能夠減少或消除頂板的拉應力區(qū)。
2.3支護系統(tǒng)合理工況點的確定
圍巖的變形大小和破壞程度存在著一定的關系，巷道支護的目的是為了在保證圍巖不破壞的條件下控制部分的圍巖變形而允許有一定的變形產生，從而經濟有效地設計支護系統(tǒng)。
通過分析圍巖應力和圍巖變形關系并應用有限元數值分析法得到圍巖應力—變形特性曲線，通過對曲線的分析找到支護系統(tǒng)的合理工況點，確定最小支護強度、巷道圍巖位移量和錨桿系統(tǒng)的允許變形量。
曲線從支護角度講分為三個區(qū)：
A區(qū)（圍巖彈性變形區(qū)）：在此區(qū)域內，圍巖基本處于彈性變形階段，圍巖保持完好，變形小。增加支護強度不能明顯改善圍巖變形。為了經濟合理地進行巷道支護，支護體的工況點應設在低位（90t/m），相應的錨桿支護系統(tǒng)應該具有最小讓壓距離40mm。
B區(qū)（圍巖彈塑性區(qū)）：在此區(qū)域內，圍巖基本處于彈塑性變形階段，圍巖基本保持穩(wěn)定，沒有超過錨桿的支護范圍，錨桿系統(tǒng)仍然起到支護作用。在此區(qū)域內，支護強度的微變將引起變形的劇烈增加。
C區(qū)（圍巖破壞區(qū)）：在此區(qū)域內，圍巖破壞，支護系統(tǒng)承受破碎巖石的靜載荷。隨著破壞區(qū)域的增加，載荷增加。對錨桿支護，如果錨桿系統(tǒng)的支護范圍小于破壞范圍，則錨桿系統(tǒng)受力將變?yōu)?，徹底失去其支護作用，錨桿支護系統(tǒng)和圍巖一起移動。
根據圍巖應力和變形特性曲線支護系統(tǒng)的工況點可以確定如下：
?。?）最小支護強度：90t/m，
（2）巷道圍巖位移：40mm，
?。?）錨桿系統(tǒng)的允許變形：40mm。
一般錨桿支護系統(tǒng)的表現是錨桿不破斷但圍巖位移大，普強全螺紋鋼錨桿的設計支護強度過低，安裝應力太小，在應力較大的條件下根本達不到工況點的要求，導致松散破碎區(qū)變大，最終超過錨固區(qū)，導致錨桿系統(tǒng)失效和圍巖一起移動。
2.4錨桿支護系統(tǒng)幾何參數初步分析
根據圍巖變形的三個階段，初步分析圍巖應力和變形。
2.4.1初始階段
初始階段即巷道開挖后和支護前這一階段，在巷道圍巖中形成一個環(huán)狀的高應力圈。根據應力分布計算出的圍巖安全系數。在合理支護系統(tǒng)的支護下，圍巖應該在短時間內穩(wěn)定下來。如果沒有支護或支護不合理，圍巖變形將進入第二階段—松散流動圈向內部擴展。
2.4.2松散破碎圈擴展
巷道開挖后，圍巖內部形成一個松散流動圈。隨著時間的增加，在無支護或支護不合理的條件下，松散流動圈將向深部擴展直到應力達到新的平衡。一旦松散區(qū)擴散，很難維修。
2.4.3流變階段
由于軟巖中的高泥質含量（含有膨脹性礦物成分），特別是在含水或空氣濕度影響條件下巷道將發(fā)生明顯的流變現象，從而進一步擴大松動圈半徑，增加圍巖的變形量。如果支護不合理，等到松散流動圈形成并發(fā)生擴展和流變擴展后，再進行維修是相當困難的。正確的支護方式應該是初期選用合理的支護系統(tǒng)，把松散流動圈控制在最小的范圍內。
3注漿支護機理分析
巷道最佳支護系統(tǒng)的設計需要根據實際地質條件進行計算、分析，設計出合理的支護系統(tǒng)并進行試驗、監(jiān)測和修正，在實踐中經常會使用注漿支護工藝對巷道支護系統(tǒng)進行輔助支護，且效果明顯。（1）通過注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙、隔絕空氣，防止圍巖因吸水（潮氣）而降低圍巖本身的強度。
?。?）注漿后將松軟的巖石膠結成整體，從而可以提高巖體的強度，可以實現利用巖體本身作為支護結構的一部分。
?。?）注漿后使注漿錨桿及其它支護錨桿成為全長錨固，使其錨桿與圍巖形成一個整體，充分發(fā)揮錨桿的作用（尤其高預應力錨桿與圍巖形成預應力組合拱），形成可靠有效的組合拱。
（4）利用漿液充填圍巖裂隙，配合錨噴支護可以形成一個多層有效的組合拱支護結構，擴大了支護結構的有效范圍，提高了支護結構的整體性、承載能力和穩(wěn)定性。
?。?）注漿后使其作用在拱頂上壓力能有效地傳遞到兩墻，通過對兩墻的加固，又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱厚度加大，又能減小作用在底板上的荷載集中度，減少底板巖石中的應力，減弱底板的塑性變形，減輕底鼓，有助于底板和兩墻的穩(wěn)定，進而又能保持拱頂的穩(wěn)定，從而保證了整個支護的結構的穩(wěn)定。
?。?）注漿錨桿本身為全長錨固錨桿，可將多層組合拱連成一個整體，共同承載，提高支護結構的整體性。注漿使其支護結構斷面尺寸加大，圍巖作用在支護結構上的載荷所產生的彎矩變小，從而降低了支護結構中產生的拉應力和壓應力，因而能承受更大的荷載，提高了支護結構與承載能力，擴大了支護結構的適應性，能均勻承受較高的動壓作用。
（7）通過底角錨桿將一部分墻角荷載傳遞到比較穩(wěn)定的底板深部，擴大了支護結構范圍，且能限制巷道底角的變形，可將支護結構有固定鉸支座演化為固定支座，改變了支護結構的受力性能。
4施工注意事項
（1）爆破時應注意炮眼布置和裝藥量，嚴格控制巷道成形，臨時支護要及時，并嚴格控制循環(huán)進尺。
?。?）要注意合理的“三徑”匹配問題，合理的“三徑”匹配是：錨桿孔的直徑比錨桿直徑大4～10mm，藥卷直徑介于兩者之間，施工時建議堅持“三小”原則，即小鉆頭、小鉆桿、小藥卷。
（3）安裝錨桿、錨索時要注意打設的角度，托盤要緊貼巖面，特別是錨桿、錨索的安裝預應力要達到要求。
?。?）為保證注漿效果，注漿施工時應做到以下要求：
?、賾ＷC混凝土或噴層表面堵塞質量，對已出現的混凝土開裂或噴層裂隙應預先噴漿或用快硬水泥藥卷堵塞，以免出現漏漿跑漿現象。
?、谧{錨桿必須按規(guī)定的角度和間排距施工，靠近底板方向的底角錨桿應下扎30°～45°。
③注漿液配制應按規(guī)定的水灰比進行，并安排專人負責連續(xù)攪拌桶內漿液，水泥入桶前要過篩，結塊嚴重的水泥不得使用。
?、芩酀{液配制好后，在注漿前再加入適量減水劑，拌和均勻后即可注漿。
5結論
（1）軟巖層巷道支護系統(tǒng)的強度、預應力大小、預應力施加時間及圍巖結構要匹配合理，才能夠控制巷道圍巖的早期變形，充分發(fā)揮錨桿、錨索及時、主動支護的優(yōu)點。
?。?）實踐中通過對巷道圍巖變形、頂板離層和錨桿受力狀態(tài)的監(jiān)測、分析，巷道圍巖變形得到有效控制，支護體系穩(wěn)定。
?。?）成巷后可減小巷道返修率。
?。?）實現了巷道安全、經濟、快速掘進的目標。
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