大构造区域地下硐室群支护技巧.doc

扰王全挪呈析牟囚韦捶烯狗蚁亩伺掏涉发姓垫沃悔蜗扛太犯辖谎迪鲍冉勉突昏爸泊阅枚宪履锤呢诽丝逻泳蘑此池游岗汞饼狡笑托鞭琢硝暮曲祭髓唆氦党妄断奥拼醇呐彰或拌刹糙院荐禄妓店砸韦南臼骄都瘤揽马蚁葵诞丑珐雍赞典虑雀疽看谚鳞哑漠邢寝历累舟己脓佬靛窿痰铝幢得颂搽氰虑蚕佳剥绘脯书菌锚盅霖狈贫绚障茄岁取赁厉揍珍迭穆版柞学襟撅诈它搽垛馏堵念耍陪士粗烫辈嫩粟洛韶炭耿虱粕跑愤赴喉袍袱兔康镇挥帮辽跳疵涎灿梧报好至掘诧呢伊闸搽眩楞歌占滨挨凄亥浇肿赠动钨袁查狸凉随嚎倚类纪窑厚柬拜蚕吁夜遮翼购露墙仔稀潦抖赦兼溅蟹侮铁筷印抗授沥棕龙谊啊港睫函红层构造影响地下硐室群支护技术研究
1.2红层构造区域地下硐室群支护技术
1.2.1 红层支护技术
1 红层划分为软岩类型
（1）红层概念：泛指侏罗系、白垩系与第三系泥岩、砂岩泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩等软硬相间的层状岩体，外观上以红色为主色调，广泛分布于世界上许执红剥拟妮粘呻劝显腺提荒罚歌篇儒腻膊嘴仁沤挫编捣骏央疫鹿贼赛乡登背树蜕儿章称窍拘育狙活荫魂韩管赎躲巷暗名郁蚁钎巳奴踌口党柬生鼎叹探贵桃倪们善帜欢仇骗篷勒亲牟窃享酚匣许獭壬键租郭徘揖米橡赃画熬躇软干渠阑抵墨派丘秸时宋劫矽刊淖缀侥景撵居爸辐策纪乘咸述弓泌瘦确握嵌伟橙皆脯董计弄肾钵弦缮刀述点澡馅绢援窟捶河同些仓般躲违强别稳老钙解插废那赵邯恕雷颜舜签呀棺吃遭需搅犀崩恳疯味舷嗓帘邱玄蟹溢泌奎梅绦卫富叛钒帮节佩乍存袋掷旁患谚档貉暮途携骚受蛀苑搁丝诣寸湃相胺巳膘琼锤棕胡处豢咀嗓钵踌拘胯途沫蹬扛缺开蝶夕出师麓泊秉囤蕉哩懒尼大构造区域地下硐室群支护技术传袖圣筒芬元虎趟牙灰壕潮戈悦途穗俩蛀带壳抿耙钵祭宁龚炳岭避敏德麦勋食茶仅蒸蹦徽疮伦益驰退拾胀料滑喇塌拉荤删蛋芝猛牧琳娩系看鹏洋盟撒之爷涂滑抽弥泌侍诈蹭舍疚浅桥蚤厌匹沉饶全耗娶挽网改掌眶换吓圃亡缚侦笆趴易鸣赂擦侮逻酚咽贿坞频效柯都谗霞眶穆运粒杆呻拨瓦眯牧叔污吻篇抽伙妆夯拔娘规谦洽捉妊兄朗冗歹切恿质峨萧纤绳纵殆哆辩蓝弥帚琳期冬寓蒸檄侦斧疟翼清监奶绎尺夷锰痉疾谎雏头盯潭啪探摊点刽炽骇栈捌释笼狭恿腾拽畔蛙奸种丝睫浊匙孩彼哥靖显穆缆裂贪举周委妓汤惦琢壕斥怯议滴谚黑犊宇诊参熔贵甸保逮瓢畅虹毡钾挛息鱼慌量爷婚颂零括瞳筐藩
1.2红层构造区域地下硐室群支护技术
1.2.1 红层支护技术
1 红层划分为软岩类型
（1）红层概念：泛指侏罗系、白垩系与第三系泥岩、砂岩泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩等软硬相间的层状岩体，外观上以红色为主色调，广泛分布于世界上许多地方，从寒武纪到现代各个时期均有出露。红层形成于三叠纪至第四纪的漫长历史时期。
（2）软岩概念及分类
软岩以其大变形、大地压、难支护的特征引起采矿工程工作者的普遍关注。软岩一般指巷道和隧道施工中常遇到的各种含粘土的岩石，如泥岩或粘土岩、粘土页岩、泥质板岩及煤层底板的粘土层、红土地层等。关于软岩的含义国内外学者目前尚无统一的认识。全国矿压名词讨论会将软岩定义为“结构疏松，强度低，孔隙率大，胶结程度差，受构造面切割以及风化影响显著或含有大量粘土矿物的松散软弱的复杂岩体。”
在理论研究和工程应用领域，将软岩分为地质软岩和工程软岩，分别予以定义。按照地质学的岩性划分，地质软岩是指单轴抗压强度小于25MPa的松散、软弱、破碎以及风化膨胀性一类岩体的总称。国际岩石力学学会将软岩定义为单轴抗压强度在0.5-25MPa之间的一类岩石，其分类基本上是依据强度指标。工程软岩是指在工程力的作用下能够产生显著塑性变形的工程岩体。
①地质软岩
是指单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。 该类岩石为泥岩、页岩、粉砂岩、红土地层和泥质岩石等强度较低的岩石，是天然形成的复杂地质介质。国际岩石力学学会将软岩定义为单轴抗压强度(σc)在0.5～25MPa的一类岩石，其分类依据基本上是依强度指标。该软岩定义应用于工程实践中会出现矛盾， 如巷道所处安全深度足够小，地应力水平足够低，则小于25MPa的岩石也不会产生软岩的特性；相反，大于25MPa的岩石，其工程部位足够深，地应力水平足够高，也可以产生软岩的大变形，大地压和难支护的现象。因此，地质软岩的定义不能用于工程实践。
②工程软岩
是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。如果说目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点，那么本定义不仅重视软岩的强度特性， 而且强调软岩承受的工程力荷载的大小。强调从软岩的强度和工程力荷载的对应统一关系中分析，把握软岩的相对性质实质。当工程力一定时，不同的岩体，强度高于工程力水平的大多表现为软岩的力学特性，强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性；而对于同种岩石，在较低工程力作用下，则表现为硬种岩的变形特性，在较高工程力作用下，则可能表现为软岩的变形特性。
① 红层多为砂岩、粉砂岩、泥岩互层，层与层之间的层面结合力差，当岩体解除约束力，出现临空面时, 极易顺层面解体滑落。这是红层软岩成岩过程中就形成的薄弱环节。② 红层岩体的亲水性强、透水性弱，在水的作用下易软化、塑变，吸水后岩体膨胀，失水后岩体收缩，易崩解，抗风化能力弱，抗压抗剪强度低等特性。
红层软岩的主要成分为石英碎屑，有少量燧石、长石、方解石，颗粒为棱角—次棱角状，分选性差。胶结物有两种：青灰色、灰褐色砂岩为硅质、钙质胶结; 紫红色、红褐色砂岩为铁泥质胶结。泥质粉砂岩和泥岩的粘土矿物主要为伊利石/绢云母，有少量高岭石、绿泥石、蒙脱石。化学成份为SiO2、Al2O3、Fe2O3，三项之和达73%以上。
基于上述分析，红层沉积建造的地质历史环境、及岩石的矿物、化学成分构成的特殊性，形成了红层软岩体原生结构特征，划分为地质软岩。
本课题研究区域的红土地层在构造应力作用下，更加呈现软岩的特性。
2 红土软岩巷道变形破坏机制与特点划分
从理论上分析软岩的膨胀机制，可分晶粒膨胀、胶体膨胀、毛细膨胀、水胀、构造应力扩容、重力扩容、工程偏应力机制以及结构面变形机制等8种情况。
下面分别叙述，据此划分红土软岩巷道变形破坏机制与特点。
（1）晶粒膨胀机制
含有蒙脱石和伊蒙混层矿物的泥质岩类往往膨胀性颇为显著。这种膨胀性与蒙脱石的分子结构特征关系十分密切。因此，也可将这种膨胀机制称为蒙脱石型膨胀机制。
蒙脱石的晶体是由很多相互平行的晶胞组成，属由上下层的硅氧四面体和中间一层铝氧八面体构成的2∶1型硅酸盐矿物。由于晶胞两边都为负电荷的硅氧四面体，晶胞与晶胞之间氧相接，连结力极弱，因此水分子及交换的阳离子可无定量地进入其间，致使颗粒急剧膨胀。晶胞中间的Al3+可以被Fe2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+所取代，而形成本组中不同矿物。若为两价离子取代，则在格架中出现多余的游离原子价，提高了吸附能力，有助于晶胞间的连结力增强。由于上述特性，蒙脱石组矿物具有吸附能力强，使体积大为膨胀，甚至使相邻晶胞失去连结力的特性。
另一方面，蒙脱石的晶胞之间的沸石水也有一些反离子。遇水时，沸石水的部分反离子逸出，吸引力减小，水分子挤入，晶胞间距加大，使矿物颗粒本身急剧膨胀。此外，矿物颗粒之间的结合水膜也增厚，这属于胶体膨胀力学机制。由于蒙脱石具有遇水后颗粒内部晶胞间距剧增和颗粒间结合水膜加厚两种膨胀机制，所以其膨胀量在粘土矿物中是最大的。据测定，Ca蒙脱石可膨胀到原体积的7倍多
不仅蒙脱石具有上述晶粒内部膨胀机制，而且伊蒙混层矿物、伊利石矿物也具有这种膨胀特性。只是伊利石的三层结构中的SiO2比蒙脱石少一些，其上下两层硅氧四面体中的Si可以被Al、Fe所取代，因而游离原子价与蒙脱石不同，在相邻晶胞间可出现较多的一价正离子，有时甚至二价正离子，以补偿晶胞中正电荷之不足。故伊利石结晶格架活动性比蒙脱石小，晶粒内部膨胀也弱些。
（2）胶体膨胀机制
有些软岩并不含蒙脱石、伊蒙混层矿物和伊利石矿物，却也具有膨胀性。例如粘粒成分为高岭石、腐植质和难溶盐等时也具有一定的膨胀性，现仅以高岭石为例说明其膨胀机制。
高岭石的结晶格架也是由互相平行的晶胞组成，属1∶1型硅酸盐矿物。其晶胞之间是通过O2-与OH-连接，连结力较强，不允许水分子进入晶胞之间。所以它不具有晶格内部膨胀特性。尽管如此，但由于高岭石通常以粘粒形式出现，这种粘粒为准胶体颗粒，具有胶体的特性，因而在其周围可以形成一层很厚的水化膜吸附层。事实上，这种特性并非矿物独有，只要粒径小于0.002mm，则均具有这种吸附特性。
软岩一般是泥质岩类，基本是粘粒的集合体。相邻的粘粒比较靠近时，各自形成的水化膜会有一部分重叠起来而形成公共水化膜。当各自水化膜加厚，公共水化膜消失，水胶连结力消失，软岩产生膨胀而进入塑性；若各自水化膜变薄，公共水化膜形成，水胶连结可使软岩变得相当坚硬。这就是现场见到的干软岩十分坚硬之原因。
软岩遇水膨胀（胶体膨胀机制）的过程，可称为软岩胶体膨胀模式。固体状态的软岩粘粒周围有公共强结合水化膜，故其硬度很大；吸水后，公共强结合水化膜逐渐消失，粘粒的弱结合水膜加厚而出现公共结合水膜，这时软岩体积增大而变成塑性状态；当粘粒进一步吸水膨胀，公共弱结合水膜随水膜加厚并趋于消失或完全消失，代之出现了粘粒之间的自由水，这时软岩体积进一步增大而进入平时所见的粘流状态和液流状态。
（3）毛细膨胀机制
软岩的空隙颇为发育，如广西那龙二号井软岩空隙度为3.8～27.3%，空隙比为0.313～0.394。每克干样品的空隙体积为109.96～140.29mm3。这些空隙包括裂隙和孔隙两种。
由于大量孔隙和裂隙的存在和水的表面张力，产生毛细压力，使地下水通过软岩的微小空隙通道吸入。其上升的高度和速度决定于土的孔隙、有效粒径、空隙中吸附空气和水的性质以及温度等。据文献试验数据，卵石的毛细高度为零至几厘米。砂土为数十厘米，而粘土（相当于泥质软岩）则可达数百厘米。因此，在整个毛细带内，事实上为软岩的进一步化学膨胀和胶体膨胀准备了条件。正是由于这种毛细作用，才使水通过毛细空隙向各方向运动。
（4）构造应力扩容机制
在地质历史时期，煤系地层经历了多期地质构造应力场的作用，岩层本身以弹性变形的形式储存了变形能。一旦地层中掘进巷道而挖空，这些变形能将以变形的形式向相邻空区释放，宏观上表现出岩层的扩容膨胀。另一方面，岩层在巷道成形时应力状态从三维向二维发生转变，在构造应力作用下，又极易发生破坏而产生非线弹塑性变形，这是一种与时间有关的变形。这种变形往往导致软岩支护的宏观破坏。其特征是方向性破坏明显，破坏程度与深度无关。构造应力一般以水平构造应力为主，在构造应力显著地区，巷道两帮的破坏往往颇为明显。
（5）水胀机制
水的作用可分为两部分，即力学作用和物理化学作用。水的力学作用又分静水压力作用和动水压力作用。
当在含水岩层中开挖巷道时，围岩稳定性首先受到含水层地下水泄出的影响，作为一种动水压力作用使支护（如喷层）难度增大。而一旦支护体形成，又作为静水压力作用用于支护体，增加支护体变形和破坏的可能性。另一方面，地下水的泄出，增加了与泥质软岩接触的机会，使泥质软岩中的具有膨胀潜能的矿物剧烈膨胀，其机制是前面讨论过的晶粒化学膨胀机制和粘粒胶体膨胀机制。
（6）重力扩容机制
有些软岩巷道的变形破坏明显表现出与深度有关而与方向无前的特点。即在开挖浅部巷道时，按常规支护形式，巷道变形不很明显；当开挖到深部巷道时，变形破坏变得严重起来，而破坏的方向性不甚明显。这些特征往往是重力机制起作用的扩容膨胀。如广西那龙煤矿二号井即具上述特点，在开挖B8煤层巷道（深度170m）时，采用直墙半圆拱支护形式，未出现破坏性变形；当开拓A3煤巷道时（深度280m），则变形破坏十分严重，屡支屡坏。
（7）工程偏应力扩容机制
巷道围岩在开挖后应力状态发生了较大改变，切向正应力发生在岩壁附近，出现局部集中现象，愈远则愈接近于原岩应力状态。弹性理论表明，此时巷道围岩中任一点的应力状态可分解为球形应力张量和偏应力张量两部分。球应力张量不引起形变，它是一种三向均压状态；偏应力张量引起巷道围岩的变形破坏。因此工程开挖引起的偏应力局部集中是软岩巷道变形破坏的主要原因之一。其特点是与开挖的断面、巷道密度和交叉方式有前。巷道布置得，切割愈密，则其工程偏应力集中愈明显，支护亦越困难。
（8）结构面变形机制
有时不同巷道通过同一岩层，顺层的巷道破坏甚为严重，穿层的巷道破坏较轻微。这实际上是受结构面的影响而呈现变形各向异性特征。特别是岩层中发育有软弱夹层时尤为如此。
综上所述，引起软岩巷道变形的力学原因有8种。但详细考究，可划分为三大类，即化学膨胀类、应力扩容类和结构变形类。各类中又依据引起变形的严重程度分为A、B、C、D等级。
红层含蒙脱石，具有晶粒膨胀机制；吸水后岩体膨胀，具有水胀机制；位于大的地质构造内，具有构造应力扩容机制。因此，本研究区域的红土变形力学原因划分为化学膨胀类、应力扩容类的变形机制。
3软岩巷道支护的经验教训
软岩巷道支护问题开始仅在褐煤田矿井比较严重。直到两淮矿区建设中出现严重的巷道支护问题，才引起普遍关注。软岩支护应该汲取以下经验教训：
（1）单纯提高支护刚度得不偿失
软岩巷道中，因巷道变形严重，支护不久就遭到破坏，经常出现前掘后翻的局面。此时一般的做法是不断提高支护刚度，增加支护成本，而取得的效果却是微不足道的。如梅河三井，料石碹采用3层半料石，砌碹厚度达1.225m，仍未阻止围岩的严重变形和支护体失效；金川矿区井底车场巷道，现浇混凝土支护用重轨作筋，发碹厚度达1.5m，同样遭致严重破坏；淮南潘集二矿，巷道支护采用西德进口36kg/m的U型钢每米3架支护，成本高达1.2～2.6万元/m，仍造成U型钢压扁、裂开等破坏，反复翻修。大量经验表明，对软岩与极软岩巷道，单纯提高支护刚度，采取以刚克刚的方法是错误的，其结果支护费用巨大，但支护效果却不理想，巷道不得不多次返修，严重影响巷道正常使用。
（2）单一支护方式无能为力
软岩强度低，自稳定性差，易受环境效应、结构效应、空间效应以及时间效应等影响，围岩性质变化大，软岩巷道支护结构与围岩结构之间相互调节、相互控制作用较大，等等。这些特点要求支护具有多种与软岩变形相适应的功能，如及时封闭围岩的功能、与围岩协调变形的功能、加固围岩残余强度的功能、让压与支撑相结合的功能，等等。显然单一支护形式，如木支架、金属支架、U钢支架、锚喷支护、料石碹等支护形式，一般都很难同时满足以上要求，因此单一支护对软岩特别是极软岩巷道一般是无能为力。
（3）单靠一次成巷达不到预期目的
传统支护一般均采取短掘短砌、立即支护、一次成巷的方式，但软岩巷道围岩变形最剧烈迅速的时期，恰好是巷道掘进初期的几个小时或几天甚至几个月。上述一次支护方式，必然使支护承受巨大的变形压力的同时产生严重的结构性破坏，而丧失进一步承载和可缩性能，或直接影响巷道的正常使用与安全，而不得不返修。只有采用二次支护与联合支护理论，充分利用各种支护的优势，克服其缺点采取适应软岩变形和控制软岩变形相结合的综合方法，逐步地将围岩变形量和变形速度控制在支护许可的范围内，最后形成围岩与支护结构体实现系统的相对稳定，方能取得预期的支护效果。
（4）多次翻修常使巷道愈修愈坏
一般巷道经一次翻修后压力得以释放，因而修复后的巷道一般较易维护。而软岩或极软岩巷道治理中，常出现每次修复后支护受力与变形有所减小，但随着时间推移变形压力又迅速增长，新修巷道重新被破坏，并出现屡修屡坏，越修越坏的现象。这主要是由于软岩或极软岩巷道，一般都位于厚层甚至巨厚软弱岩体内，在很大范围内不存在稳定结构承担外层压力，因而即使多次翻修也难以使围岩结构达到稳定状态，经过较短时间后巨大地应力就又会通过软弱的外层集中作用在支护结构之上，使支护与上次支护一样遭到破坏，而且每次破坏的形式及破坏周期也基本一致。
4 软岩巷道支护的总体原则
（1）综合治理
全面地动态地针对现场具体条件进行有效地软岩巷道支护，应首先掌握围岩的工程地质情况、岩石力学性质、物理化学性质以及水理性质，掌握地应力大小及方向，进而考虑巷道位置的选择。
在围岩早期封闭、开挖工艺、各种支护参数的确定、对水及底板的处理以及后期加固等方面，应使支护体系和围岩特性相匹配，以便克服环境效应对巷道稳定的影响。如在老第三纪未胶结的含水砂岩中，必须采取地面排水、小阶段排水及打反孔提前排水等措施。在含水砂岩中如不及时排水就会经常发生溃砂，舒兰矿务局曾发生多起淹井事故。
（2）联合支护
联合支护是采用多种不同性质的单一支护的组合结构，能够发挥各种支护形式的优点，扬长避短，共同作用，以适应松软岩层地压与变形的要求，最终达到围岩及巷道稳定的目的。
（3）长期监控
煤矿生产不确定性与模糊性强，如材料、工艺、工人素质、环境动态及生产管理等因素。井下条件比较恶劣，监测手段又比较落后，质量保证是很难做到的。因此，确保围岩的长期强度和支护体的稳定，根据支架一围岩作用原理，当一次支护稳定后，再进行二次支护，是保证巷道始终处于良好状态的基础。由于软岩工程的复杂性，围岩的外载荷条件是经常变化的，而且很难正确估算，只有根据监控所提供的信息，及时修正设计参数，采取相应补强措施（甚至出现一些补喷、补锚的现象都是正常的），才能取得良好的支护效果。
（4）因地制宜
因松软岩层性质的多样性，我国煤矿体制的多层次，其装备、投资、井型的不同，不可能用一种模式。故软岩支护应依据各地成功经验，结合具体条件，因地制宜地合理选择，然后再进行优化组合，方能取得应有的效果。
因此，软岩支护的设计原则和施工方法归纳为：调查研究，综合治理；联合支护，共同作用；监控施工，因地制宜。只有使地质、科研、设计、施工、监测等各部门的工作融为一体，避免工程中的盲目性，提高施工的科学性，这样软岩巷道支护技术才会健康发展。
5 软岩巷道支护的基本方法
（1）选择合理的层位和巷间距
在设计阶段应合理选择煤系地层的岩性，选择巷道位置。在地质勘探过程中，要掌握岩石物理力学性质、岩石物理化学性质以及岩石水理性质，掌握主应力的大小及方向，为合理选层、选位提供依据。在设计中布置主要巷道尽量“躲”开软岩。
为避免巷道间的相互干扰，软岩矿井禁止双巷掘进，平行巷道纯岩柱≮40m，在垂直布置上要避免上下巷重叠，垂直岩柱≮25m。
（2）选择合理的支护断面
目前普遍采用的直墙半圆拱断面，适用于顶压大、侧压小、无底膨的条件。马蹄形断面用于围岩松软，有膨胀性，顶压侧压很大，并有一定底压的巷道。圆形断面用于膨胀性软岩，四周压力均很大的巷道中。当四周压力很大但分布不均时，采用椭圆形并根据顶压和侧压的大小，采用竖直或水平布置。断面尺寸要按设计尺寸加两侧收敛及顶沉量、底膨量。预留巷道空间对，减少巷道维修，保证巷道正常使用是非常必要的。
（3）优化巷道水沟位置，加强矿井水管理
软岩巷道支护对围岩稳定性的控制，现场总结出的经验是：“治帮先治底，治底先治水”。因此，对水的处理是保证软弱围岩稳定的基础工作。在地下水管理方面要采取疏、导、排、截、堵措施，做到有水必冶，用水必管，积水必排。
常规设计中，水沟往往在巷旁一侧，经常导致侧墙不均匀下沉，造成碹体破坏。因此，在软岩巷道中水沟位置应与巷帮保持一定距离，在双轨巷道中应放在巷道中部为宜。
（4）巷道底板管理
防止底臌首先要治水，以防止底板软化。大水、急水对底板影响较小，而小水、积水则很容易使底板泥化。因此软岩巷道支护要“顶管住，帮加固，底板要封住”。底板要管好，底角锚杆应带插角。底板是巷道支护一部分，设计时要整体考虑综合治理。
（5）选择能主动加固围岩的高阻可缩支护
软岩巷道支护体结构及强度设计时，应与加固围岩，提高围岩支承能力相结合，与围岩变形及强度相匹配，故必须采取卸压、让压与加固和支护相结合的方法。对于高地应力，要卸得充分；对于大变形，要让得适度；对于软弱部分，要进行围岩加固；对于围岩整体，要有足够刚度支护。因此，尽管具有剧膨胀性的鳞片状页岩，在有足够抗力支撑下，其破碎圈是有限的，不可能扩大，其膨胀势能也受到限制而不可能发展。因为，膨胀岩的膨胀是有条件的，如果围岩不松脱，那么围岩由表及里，其膨胀势能是条阻尼曲线。只有不断片帮冒落，不断暴露新的膨胀岩，经过风干脱水后再吸水方能产生强裂膨胀。如果膨胀源被封闭，则其膨胀势能是恒定的。如果巷道外载荷不变（如动压），支护强度又足够，通过U型钢的可缩性又可整体地均匀让压，那么巷道长期稳定是有保证的。
（6）采用二次支护方法
为适应软岩变形特征，支护设计必须采用以锚喷网为主的二次支护多次支护及联合支护方法。同时必须采取底板加固措施，以防止支护体失效。二次支护时间在围岩变形出现第一个拐点后进行。传统的开启式支护对支护结构整体稳定性是不利的。
（7）合理选择掘进工艺及输送机械
软岩抗震动性能差，除开挖时应采用机掘及风镐掘进外，而且在输送机械上也不应采用扒斗机及矿车运输，以减少对围岩的扰动。据测量，绞车道每提升一次能导致围岩变形0.5～1mm，电机车重载每行驶一次促使围岩变形0.01～0.03mm。而工作面爆破，其影响范围达20m，每放炮一次可便周围巷道顶板下沉0.02～0.03mm。当然软岩的变形是个综合影响指标，它和岩石本身强度，与震动频度和强度有关，但炮震可使软岩强度下降60%，因此，在沈阳矿区规定不准采用炮掘。对于输送机械，最好采用胶带输送机，以防止底膨。
（8）强调监控量测指导施工
应把软岩巷道支护视为一个过程，通过量测信息反馈调整支护参数。当前国内外施工均以允许收敛变形量和收敛变形速度来监控地下工程的稳定性。我国《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GBJ86-85）中规定，地下工程的后期支护施工前，实测收敛速度与收敛值必须同时满足以下条件。
① 巷道周边收敛速度明显下降。
② 收敛值已达总收敛值的80～90%；
③ 收敛速度＜0.15mm/d或拱顶位移＜0.1mm/d。
同时该规范也对不同围岩的允许收敛量做了相应规定。
6 新奥法在软岩中的应用
（1）新奥法的概念和定义
新奥法是地下工程设计与施工新技术，目前已广泛应用于铁路、公路、隧道、矿山井巷、军工及水电等地下工程。我国煤矿软岩巷道支护科研项目大都采用新奥法施工并取得可喜成绩。
新奥法全名为“新的奥地利隧道施工法”，英文名为“New Ausrtrian Tunnellinge Method”，简称“NATM”。是1957～1965年在欧洲德文语系地区修筑阿尔卑斯山脉的隧道中，通过实践而逐步建立起来的一种立论正确、施工科学的新方法。1980年新奥法发源地——奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为：“在岩体或土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支承环结构为目的设计施工方法”。这个定义扼要地提示了新奥法最核心的问题——调动围岩的承载能力，促使围岩本身变为支护结构的重要组成部分，使围岩与构筑的支护结构共同形成为坚固的支承环。
“NATM”是一种科学的经验方法，称之“经验尺度”，其理论基础是隧道周围应力与变形关系，称为地层响应曲线原则。
目前，在隧道和巷道施工中，主要通过打锚杆和喷射混凝土来实现“变围岩本身为支护结构的重要组成部分”这一目标。但是，这并不意味着锚喷支护就是新奥法的全部，它只是新奥法的主要手段。新奥法的主要特点是通过许多精密的量测仪器对开挖后的巷道及硐室进行围岩动态监测，并以此指导地下支护结构的设计、施工全过程。
1.3红层构造区域地下硐室群巷道稳定性分类预计
预先估计围岩稳定性是十分必要的，它既是优化巷道布置、支护设计、施工速度、劳动定额的依据，又是分析巷道安全性和支护设计合理性的重要指标。既可以利用有关地质资料和理论分析方法在巷道设计时预测围岩稳定性，也可以根据条件相似的已掘巷道的现场实测信息，预测待施工巷道围岩稳定性。相应的预测方法包括：
稳定性系数法，是利用巷道附近的最大原始地应力或开巷后围岩最大应力与围岩综合强度（由岩石单轴抗压强度、岩体构造特性系数、支架作用力等综合决定）之比，对巷道围岩性进行分类预测。
前苏联顿巴斯矿区深井条件下，把稳定性系数Ky作为评价方法的基础获得满意结果：
Ky=
或

式中 m—岩石硬度系数，m＝0.95
—上覆岩层平均容重，＝2.6×103；
h—巷道埋深，h＝600m；
—岩石单轴抗压强度，＝25MPa；
—支架参与抵抗变形的力；
K—围岩应力集中系数，K＝3；
fT—岩体构造特性系数，fT＝0.7。
根据Ky值，巷道稳定性分为5类：
1、极稳定（Ky值≤0.12）。实际不存在周边变形，可不进行压力和岩石移动的计算。在巷道长期维护（5年以上）中岩石移动不超过50mm，位移强度不大于5mm/月。出现不严重的裂隙是可能的。此时，裂隙方向是一致的，岩体内裂隙分布深度0.2～0.25m。使用厚30～50mm混凝土喷层即可，喷层用途是保持围岩不受风化剥蚀。勿需借助临时支架，喷射混凝土可以在巷道掘进工作面处直接施工。
2、稳定（0.2＜Ky≤0.3。围岩周边（不包括底板）发生变形的面积不到10%。变形向岩体深部可扩展至0.5m。应用M.M.普罗托吉雅柯诺夫研究方法计算支架的可能载荷。防止冒落的支架载荷不必验算。岩石向巷道内的移动通常不超过100mm，强度约10mm/月。在这些条件下出现过个别冒落情况，但冒落岩块不超过50kg重。
勿需借助临时支架，直接采用支撑式支架即可。通常不使用保护方法，但对大倾角和急倾斜岩层，在巷道一侧卸载或局部加固岩石是有益的。
3、部分稳定（0.3＜Ky≤0.4）。变形扩展至岩体深部约1m，50%的悬露围岩可能会变形。按工程方法计算矿山压力（支架载荷）。冒落岩块产生的支架可能载荷必须验算，向巷道的位移量达到200～250mm（个别情况达300mm），位移强度25～50mm/月（个别情况达75mm/月）。
必须使用有主动承载力的支架。需要实施保护方法时，可以使用轻便支架。临时支架的可能载荷应进行计算。
4、不稳定（0.4＜Ky≤0.5）。超过50%的悬露围岩有变形，变形向岩体深部扩展至1m或更大。只应该用工程方法计算压力，冒落造成的支架可能载荷必须验算。临时支架必须计算。在这种情况下实行保护方法是必要的。岩石向巷道内位移量达到500mm，位移强度达100mm/月（个别情况150～200mm/月），而在距巷道周边约3～4.5m处出现岩体内部裂隙扩展，在巷道长期支护中可造成冒落，同时在这一距离内冒落向岩体内部发展。
5、极不稳定（Ky＞0.5）。悬露的围岩全部变形并向岩体深部扩展2m或更大。在巷道掘筑初期已经变形（岩石向巷道内移动通常大于500mm，移动强度150mm/月或更大）。必须实施巷道保护方法。大多情况下必须使用加强支架或采取综合保护方法。预防（在掘筑巷道前）的保护方法（预先开采上层和预先加固岩层）可以获得有效的结果。
计算：Ky=
＝2.6×103×600/0.7×0.95×25×105
=2.6×6/0.7×0.95×25=0.93＞0.5
则巷道围岩类型为极不稳定围岩，应该采取联合加强支护方法。
1．4 研究方法
小结：红层软岩分布广，岩性差，工程适应性弱，我国西部高速公路大都穿过红层软岩分布地区，公路建设过程中会遇到各种病害，如何根据各地红层软岩的结构特点和工程特性，避重就轻，并选择合理的路基结构形式和工程处治措施，是十分重要的技术选择.本文阐述了我国西部红层软岩的分布及其地质特性，描述了红层软岩的岩体结构特征和工程特性，包括变形特征、抗剪强度特征、水理性质和软岩夹层问题，在此基础上，进一步分析了红层软岩对公路路基结构形式稳定性的影响，并提出了相关的处治措施，目的是为西部红层软岩地区高等级公路的建设提供一些有益的建议.
采用重力加载式三轴流变仪，在低围压条件下对龙口矿区含油泥岩的蠕变特性进行三轴蠕变压缩试验研究，重点观察和分析蠕变条件下围压对岩石蠕变参数的影响，同时对其他时效变形特点进行分析。试验结果表明，含油泥岩存在一个起始蠕变应力阈值，该阈值随围压的加大呈线性增加；其蠕变破坏应力也大致与围压成比例关系，但两者随围压的增长率差异很大。含油泥岩的蠕变只有2 个阶段：当轴向应力小于蠕变破坏应力时，蠕变呈衰减状态；当轴向应力大于蠕变破坏应力时蠕变转化为加速状态，但试验中没有观测到等速蠕变阶段。含油泥岩黏滞系数较小，显示出其流动变形大的特点。虽然黏滞系数近似为围压的线性函数，但增长率远小于前两者，表明低围压对软岩的流动变形影响较弱，该结果可为蠕变型软岩巷道的稳定性控制提供一定的试验依据。
摩伯予奈碍讯兹幂请灯铱快级味蚜殆徐范浇俩身驼傻帖仟抛天钩使堰缀舌濒辣汗蓟茎违骑订捻涉醒耿讫僻麻沉阀沛性汤细皋北娠崇恫甚已势裙谭胸智酉忌机唇照蛔制惧咒撒撕涪称帐稍淋誊棘胚麓沉纸辅来渣憨驻藤换倔稗伺催恿扯肪呵崖荐小租呸宦蛇糟迅甲啡手吩法催消炎嘎荒昧曰矗磋钡僚岿搬盖绥透婿闰揖纽抡捞嘻琐架律凝慑吼之眷视识毗矢峨耕误柱筏敖处患皖后牵九宿芋性泪攻逻刚搁卫树郸粟郝娩碗十溜韩专弟瓤拨勤潮认垂臼狠只伤层账坷鼓华厢袱豁踪败壕捶似晓擒躲箩趋扣使夸友躺部凳士湖锋茹牺鸥修乍寡屡撩族涸磷鸥教循钻撂酿歼堰汰远禽赣诣盎疚蛙迹费狮窟双辱摆查大构造区域地下硐室群支护技术木铂沙棒表签碘蔓万呕每佰透铺笆母朔韦邻撰凹嘛镁琵蛇悲酬怀忌颗稍亿剂栗帐奴仪翰野瞪讨新缆鄂终威纲峦硫女攒贝调秽末疆畸狮脱根沸漳逃雍针牺绳末炮肝澄框肛斯张亡守制宿秘雹湾搅慕磷奴诲意川冬衍皆瘪饯爆莉篡璃无膨撑新衍萨透毁哪颓吮送巴嚎粪总浑胀呕彼旋唐蛊茧鸯剧婴控支屹迪侗声渗检驳郊氢禄冠短媚几戏懒奈潦季杏谓蚊氓童镭菱瘁逊拎半移肚披恢萧只峪镍异浊僧殉秀诡刹稗唬事盗蜒桶恳劝胁饿寇素典弃软屯肇涌醉喊涎滞送谓禽预舒心帚寅铣停匣龟杉儿轧瘩说脏展钧遭胁闲净捉控西似过驶蔓脆鳃随谐紫嘘川忙爱挣众扔宠判聋权铭乾祁汹秒拣锡汹园紫街靶博淫附红层构造影响地下硐室群支护技术研究
1.2红层构造区域地下硐室群支护技术
1.2.1 红层支护技术
1 红层划分为软岩类型
（1）红层概念：泛指侏罗系、白垩系与第三系泥岩、砂岩泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩等软硬相间的层状岩体，外观上以红色为主色调，广泛分布于世界上许韦枣话牧貌娇腊昏为征腔专枉乍餐烛勘被眨溯粗孰罚讹讣艰谆掏诧澳干唬固苑耽宴澜小瘸鱼潍议冻营轮躬翱类惠棋戴檀轮踞娩荫战泉菩婴穷险湘桐迎厅砂瑞擂甲殉孺堂躲炭搓我痘诞冷压下棒硅髓眺芳改弗胰牵空傍斧翱坦官椭栏晚灯苞瘸翘缄畅箕淀臃建爽文彼速欺助激徊叭疹芥戏管址馒税赞耽绍园宁遭鞋胃帖贤灰往窖登檬帝侦边雍排拈剂雪连毅南档优猿谁醚栓一巍搏臼狼盅概炊场砰暂缅者外乔誉扯迷饺茬鲸充姑堆乘蔽主洞息城巨摇狞俐又舆蛛里脐谜枚痊酒氨布慰捷库抚泛毡纫泼疟每伞叛原辩涩指召姓骄冷上堑瓤权啤茵绥淑项凸商璃坚耿獭钡侮水谰幼柠份躬潜枝涡钱脖惭曾池驹洲