高预应力混凝土技术在硐室修复中的应用.pdf

总第 1 5 1 期 d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5— 2 7 9 8 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 0 8 高预应 力混凝土技术在硐室修复 中的应 用 高贯林 ， 赵庆杰 ， 连传杰 ( 1 ． 山东科技大学 研究生教育学院， 山东 青岛 2 6 6 5 1 0 ； 2 ． 山东鲁泰矿业有限公司 太平煤矿， 山东 济宁2 7 2 0 0 0； 3 ． 山东科技大学 资源与土木工程系， 山东 泰安2 7 1 0 1 9 ) 摘要： 太平煤矿九采区泵房 、 变电所由于围岩松软， 出现了较为严重的变形显现， 虽经翻修， 仍未有效控 制巷道围岩变形。经采用高强高预应力锚网索支护系统配合注浆加 固， 使硐室围岩形成高预应力混凝土 加固拱， 维护了硐室的稳定。 关键词： 软岩； 高预应力混凝土； 硐室加固； 注浆 中图分类号 ： T D 2 6 4 ． 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 5 — 2 7 9 8 ( 2 0 1 2 ) 0 3 — 0 0 1 9 — 0 2 Hi g h Pr e— — s t r e s s Co n c r e t e Us e d i n Re p a i r i n g t h e Ch a mb e r G A O G u a n q i n ， Z H A O Q i n g - j i e ， L I A N C h u a n - j i e 。 ( 1 ． P o s t g r a d u a t e E d u c a t i o n I n s t i t u t e ， S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Q i n g d a o 2 6 6 5 1 0 ， C h i n a ； 2 ． T a ip i n g C o a l Mi n e of S h a n d o n g L u t a i Mi n i n g C o ． L T D， fin i n g 2 7 2 0 0 0 ，C h i n a ； 3 ． D e p a r t m e n t ofR e s o u r c e s &C i v i l E n g i n e e r i n g ． S h a n d o n g U n i v e r s i t y ofS c i e nce&T e c h n o l o g y ， T a i a n 2 7 1 0 1 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B e c a u s e o f s o f t s u r r o u n d i n g r o c k， t h e t h e c h a mb e r o f t h e p u mp i n g s t a t i o n a n d s u b s t a t i o n o f t h e n i n t h mi n i n g a r e a h a d 印 。 p e a r e d s e r i o u s l y d e f o r ma t i o n i n ．I t c o u l d n t c o n t r o l t h e d e f o rm a t i o n e f f e c t i v e l y ，a f t e r r e p a i r e d s e v e r a l t i me s ．Hi g h - s t r e n g t h a n d h i g h p r e — s t r e s s b o l t - me s h - a n c h o r s u p p o ~ s y s t e m c o o p e r a t e s wi t h g r o u t i n g c a n f o r m r e i n f o r c i n g a r c h o f h i g h p r e - s t r e s s c o n c r e t e i n c h a mb e r s u r - r o un di n g r o c k， a n d c a r r y o u t t h e c h a mbe r ~s t a b i l i t y o f c ha mb e r s ． Ke y wor d s： s o ft s t r a t a； h i g h p r e - s t r e s s c o n c r e t e； c h a mb e r r e i nf o r c e me n t ； g r o u t i ng 太平煤矿九采区泵房 、 变 电所及水仓处于太原 组底部地层中， 岩性 以粉砂岩、 泥岩为主 ， 由于围岩 松软、 破碎且部分岩层遇水泥化， 在施工后不久 ， 就 产生严重的变形， 虽采用传统锚网索支护方式对硐 室进行多次维修 ， 但仍不能保证硐室的稳定。 为了保证修复巷 道的长期稳定 ， 将预应力混凝 土技术引入硐室修复 中， 取得 了很好 的效果。对于 类似的巷道应先采用高预应力锚杆进行支护 ， 然后 注浆充填裂 隙， 使围岩一注浆体一预应力锚杆形成 预应力混凝土体， 使得混凝土体有着高的抗裂性能 和刚度 。 l 高预应力混凝土的适应性 1 ． 1 围岩破坏程度 硐室开挖后 ， 对 围岩 的破坏程度可分 为初始 阶 段 、 塑性圈扩散阶段和流变阶段 ， 如图 1 所示。由 于硐室初次支护采用 D 1 8 m m x 2 0 0 0 m lT l 的普通螺 纹钢锚杆支护 ， 安装应力小 ， 难以控制围岩的初期变 形 ； 巷道开挖一段时间 ， 围岩内部形成一个松散流动 圈， 由于初次支护不合理 ， 随着时间的增 加 ， 松散流 动圈将向深部扩展， 直到应力达到新的平衡； 尽管修 复中加长了锚杆 ， 但 由于 围岩塑性 圈扩大至加 固范 围以外 ， 并且泥岩 中的泥质含量高 ， 特别是在含水或 空气湿度影响下 ， 巷道将发生明显 的流变现象 ， 从而 进一步扩大了松动圈半径 ， 增加了围岩的变形量 ， 所 以此类修复方案难 以保证硐室的长期稳定。 1 ． 2 采用高预应力混凝土的适应性分析 比较预应力混凝土和无预应力混凝土的抗拉强 度( 图 2 ) E 3 1 可以看出， 预应力混凝土体的优点在于 ： ①由于对混凝土施加预应力， 大大推迟了裂缝的出 现 ， 抗裂性好 ， 刚度大 ， 进而增加 了混凝 土体结构 的 耐久性； ②提高混凝土体的抗剪能力， 阻碍着混凝土 体径向裂缝 的出现与开展 ； ③提高受压混凝 土体 的 稳定性； ④预应力能够使高强锚杆与混凝土共同工 收稿 日期 ： 2 0 1 1 ． 1 2 - 2 6 作者简介： 高贯林( 1 9 8 4一) ， 男 ， 山东菏泽人， 在读硕士研究生 ， 研究方向为矿山压力与围岩控制。 1 9 2 0 1 2- r 3月 宫文哲等： 多支护单元容错集成技术在千米深井支护中的应用 第2 1卷第3期 上 ， 即先按排距 3 ． 0 1T I 打单排孔注浆 ， 注浆结束后再 5 0 m m。 在两单排孔 中间按排距 1 ． 5 m打双排孔复注， 单 、 双 排打眼注浆 间隔时间为 2 4 h 。 5 ) 工艺流程： 打眼前， 用白漆标出锚注管的眼 位 ， 并准确控制好注浆锚杆的角度 ， 使注浆孔能最大 限度将岩体内的裂隙联通 ， 以利浆液能将岩体 内所 有裂隙充分胶结。上半圆拱要垂直于顶板和岩石层 理 ， 并按巷道拱部及注浆锚杆的间距要求均匀排列 ， 底脚注浆锚杆应紧贴墙脚布眼， 向下倾 角在 3 0— 4 5 。 之间。在巷道两底脚设有泄压槽地段 ， 底脚注浆锚 杆应敷设于泄压槽 内靠外侧最底脚处 。眼打好后 ， 将眼内的岩渣、 积水清理干净 ， 将 自闭式锚注管插入 孑 L 内， 待锚注管插入到设计的深度时 ， 使用扳手将锚 注管端 头 的膨 胀 螺 栓 拧 紧 ， 锚 注 管 外 露 不 大 于 6 ) 注浆效果检验 ： 工程结束后 ， 采用打孔注浆 进行耐压试验 ， 两帮及顶部均匀布一组三个检查点 ， 每 2 0 m布置一组进行压力测试 ， 锚注管长为 2 ． 4 m， 达到设计压力时停机 ， 巷道 四周不渗水 、 压力缓慢下 降为合格品。 7 结语 采用 该支护方式后 ， 巷道支护强度得到 了很 大 的提高 ， 基本满足了巷道使用要求 ， 但主要存在工艺 复杂 ， 施工进度较慢 的问题 ， 需要进一步进行研究以 加快施工进度 。 [ 责任 编辑 ： 路方 ] ( 上接 第2 0页) 3 锚 网索支护参数及注浆加固 3 ． 1 锚网索支护参数设计 锚杆的安装应力不小于4 0 k N， 则锚杆 的屈服强 度至少为 8 0 k N_ 4 J 。由加 固拱理论结合数值模拟分 析 ， 最 终 确 定 锚 网 索 的 支 护 参 数 为 ： 锚 杆 采 用 D 2 0 mm2 4 0 0 m m 的 Q 5 0 0高 强 锚 杆 ， 间 排 距 9 0 0 m m 9 0 0 m m， 配 1 5 0 mm1 5 0 m m8 mm高强 托盘 ； 锚索选用 D1 7 ． 7 8 m m6 0 0 0 m m 鸟窝锚索 ， 间排 距 1 8 0 0 m m x 1 8 0 0 m m， 安 装 载 荷 1 0 0～ 1 2 0 k N， 配 3 0 0 m m3 0 0 mm1 0 m m高强托盘 ； 注 浆锚杆采用无缝钢管加工 ， D 2 2 mm 2 0 0 0 mm， 壁 厚 3 mm， 间排距 1 8 0 0 m m1 8 0 0 l／ l mo 3 ． 2 注浆加固 注浆能使硐室围岩整体 内聚力和抗拉剪强度大 大提高； 浆液充填到裂隙中固结后 ， 形成新 的网络骨 架结构， 固结体承受外载 时， 表现 出更好 的塑性 ， 可 以承受较大的变形而不破坏 ； 提高 围岩的整体性能 ， 使原来破坏松动的岩体 ， 由支护对象 转变成承载结 构， 并形成较高的支护强度， 阻止围岩弱化和破裂区 发展 ， 抑制围岩流变。注浆浆液材料 、 配比及注浆工 艺要求十分严格 ， 对注浆有以下要求 ： 1 ) 注浆时间的控制。软岩破碎巷道变形特点 有明显的时间效应 ， 在强烈影响后注浆时机最佳。 2 ) 注浆材料配比。注浆浆液采用 P ． 0 4 2 ． 5水 泥与水配制 。为提高注浆效果 ， 设计添加适量减水 剂。注浆材料配比选用水：水泥 = 0 ． 6～ 0 ． 7 ：1 ， 减 水剂按水泥质量的 3 ％ ～ 5 ％添加。 3 ) 压力控制。注浆终压 3 ． 0 MP a ， 最大注浆 压力 5 ． 0 M P a 。注浆 过程 中， 应根据 围岩与喷层实 际承受 的压力变化 ， 确定注浆终止的时间。 4 效果 通过对硐室表面位移观测发现 ： 施工 1 5 d后 ， 顶板及两帮移近速度逐渐趋近于 0 ， 此时 ， 顶板最大 下沉量 2 6 m m， 两帮最大移近量 7 7 m m。施工 7个 月之后 ， 对原设置测点进行量测 ， 巷道两帮没有发生 变形。同时， 顶底板也没有发生移近现象 ， 加 固硐室 已经稳定。 参考文献 ： [ 1 ] 李国平． 预应力混凝土结构设计原理[ M] ． 北京： 人民 交通 出版社 ， 2 0 0 0 ： 2— 7 ． [ 2 ] 刘长武， 褚秀生． 软岩巷道锚注加固原理与应用[ M] ． 徐州 ： 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 0 ： 7—8 ． [ 3 ] 胡狄． 预应力混凝土结构设计基本原理[ M] ． 北京： 中国铁路出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 9— 2 1 ． [ 4 ] 韩建胜， 王阁， 连传杰． 高水平应力条件下锚杆锚索 耦合让压支护技术试验研究 [ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 1 2)： 1 6 2—1 6 4 ． [ 5 ] 王茂亭， 翟所国， 赵庆民， 等． 锚注法注浆堵水在亭南煤 矿的研究与应用[ J ] ． 山东科技大学学报： 自然科学版， 2 0 0 4， 2 3 ( 1 ) ： 5— 7 ． [ 责任编辑 ： 路方] 2 5