强膨胀软岩巷道网壳锚喷支护新技术应用研究

该项目针对古汉山西大巷高应力、节理化、强膨胀、复合型软岩，提出了钢筋刚壳支架支护结构，其特色是将金属棚子、钢筋网、架间联杆等各部分合并为整体，吸取地面大跨度刚壳结构物的优点，利用钢筋焊接成双层的双曲网壳构件，由数片网壳构件加可缩垫板用螺拴联接成一架空间网壳支架，架与架相互拼连成连续式的可让乐支撑架，既可作为一种轻型金属支架使用，也可作为喷射混凝土骨架，形成网壳配筋衬砌结构，还可以与一次锚网喷支护组合成铺壳锚喷结构，其支护性能及承载能力有良好的可调节性，可适应复杂地质条件下的支护需要。钢筋网壳支架的承载机理是：外层钢筋网直接承受地压，并通过空间网架形式的架立筋分散为空间力系，作用在内层钏筋网的结点上；内层铡筋网是双曲拱形网，配置有较粗的主受力钢筋及格栅式加强肋，其空间稳定性及截面抗弯模量都很强，在同样的荷载条件下，构件的弯曲内力比梁拱结构小得多，而且可节省支架钢材刚量。通过对这种新结构的承载特性进行理沦与试验研究，以上述同样结构的构什为模型，利用ANSYS软件进行非线性分析，初步研究结果证实了网壳配筋衬砌结构的确可大幅度提高喷层的承载能力。

古汉山西大巷铡筋网壳支架设计采用封闭马蹄拱形断面；其设计原则一般要求将各种钢筋绀合成双层的双曲网壳，充分发挥此类结构的优点，用较少的钢材构成空间稳定性很强的承载结构。古汉山山西大巷的钢筋网壳在结构形式上有新的特点，它是以9根纵向钢筋存构件横截面内分成3组、成三个三角形布置形式，其顶部齐平，但中间三角形的高度比两侧三角形的高度略小，三付三角形由横向桥形架连成整体。这种结构形式的优点是：纵向受力钏筋每三根为一组，各形成一付三角形截面格棚拱，承载能力很强；整体又连接成双曲网壳，空间稳定性也很强；网壳的空腔较大，有利于充填喷射混土后将大部分混凝土包围在壳内，削弱喷层内的弯剪应力。

项目的主要技术内容

1、采用的技术原理：

(1)对软岩巷道进行现场调查、现场测试、物化分析和数据处理，作出地质力学评估，分析软岩类型和工程地质特征；

(2)对软岩巷道持续变形机理、应力应变模式过程进行分析研究，确定其变形机理；

(3)提出软岩控制方法、支护理论；

(4)开发计算软件进行数值分析计算，提出设计方案和参数； 

(5)井下施工及工艺优化；

(6)矿压观测、修正设计、信息反馈、参数优化。

2、关键技术及创新点：

关键技术：

1、力学特征和变形破坏机制研究

2、网壳材质、结构、加工工艺确定

3、支护参数的确定

创新点：

1．钢筋网壳支架的断面形状设计成五铰闭合式马蹄拱形，削弱了支架截面的弯矩，增强了支架控侧压与底压的能力，该结构在抗变形能力上既可抗侧压，也可抗底压，和其他形式相比，提高支护强度1~1．5倍；

2．钢筋网壳支架的结构形式设计成三格栅拱组合成的双层双曲空间网壳，不仅具有立体化连续化轻型化的优点，而且将构件抗弯截面模量提高达U36型钢的1．3倍，国内软岩与动压巷道中所使用钢筋网壳的2～2．5倍，满足了特殊地层条件下的支护需要；

3．网壳结构让压层和锚注等耦合支护形式，能适应软岩和极软岩大地压、大变形矿压显现。

研究成果通过在焦作矿区新掘、维修巷道的推广使用，控制了巷道的强烈变形，取得了一次支护成功。