1、软岩巷道聚丙烯混凝土钢筋网壳复合衬砌试验及工程应用分析摘要：在研究聚丙烯网壳锚喷支护技术过程中，运用了空间壳体力学的原理。使用专门研制的特殊三维钢筋支架来替代传统的二维钢筋网，从而使锚网喷的支撑力得到了有效提升，在支护高地压变形、冲击地压、跨踩动压等巷道的同时，可以不使用锚索、支架以及围岩注浆等材料。本文主要研究了复合衬砌试验的破坏、变形以及发展动向，并且在此基础上有效完成了聚丙烯纤维混凝土网壳复合的模型。通过现场试验我们发现，网壳复合衬砌支护有很好的发展市场，因为它具有良好的柔韧度，同时还是一种较好的让压支护结构，可以确保钢材用量以及混凝土的回弹量得到有效降低。 关键词：软岩巷道、聚丙烯混凝
2、土、钢筋网、复合衬砌 中图分类号：TU37 文献标识码： A 一、网壳复合衬砌特征 由纤维混凝土、钢筋网、普通锚杆以及锚索四部分共同组成了聚丙烯纤维混凝土。在巷道周围使用普通锚杆使其形成一个围岩加固圈，但这种围岩加固圈的强度极低，厚度较薄，而且其中某些部位容易出现破坏、失稳等情况，为了避免这种情况的发生，需要使其具备一定的承载力，那么就需要在加固圈中使用少量的锚索，锚索的作用则是让加固圈在岩体深部进行集中，起到加大普通锚杆的承载能力的作用。将网壳构件拼装加固后，将其固定在围岩表层，形成钢筋网壳，使其能和加固圈同时受力，承受大量地压。图 1 为钢筋网壳结构： 使用聚丙烯纤维混凝土作为喷层，这种由
3、聚丙烯纤维制成的混凝土可以随着钢筋的变化而变形，与此同时可以保证不会发生破裂情况，聚丙烯纤维混凝土具备优良的柔韧性。锚网喷金属支架的承载力与由锚索、钢筋网壳、锚杆以及柔性喷层搭建的支护系统的承载力几乎相同，这样可以保证整体结构的质量，使其不那么容易遭受到破坏。网壳复合衬砌支护结构与传统的钢筋网喷结构相比，具有以下优点： 首先，网壳复合衬砌支护结构可以大幅度提升薄层衬砌的承载力，因为有很多小跨度的双曲钢筋网分片将其中的混凝土牢牢包裹着，有效消弱了混凝土拉剪力以及钢筋的弯曲变形。 其次，正是因为支架构件中的可缩垫板的作用，使钢筋网支架具备了较强的可缩性，所以，在高应力地压情况下，钢筋网壳可以承受较
4、大的承载力。 最后，聚丙烯纤维混凝土的柔韧度极好，可以和钢筋网壳一起发生变形，在变形过程中不容易出现破坏，有效保证了支护结构的整体性作用。 二、试验模型 在对围压作用下的材料网壳进行模型试验时，需要借助大型地下结构的试验台，这样可以研究出聚丙烯纤维混凝土的承载能力以及各种力学性能，同时还可以对整体支护系统的发展规律以及破坏形态等做出分析，为理论分析提供有效依据。 （一）结合某工程的实际情况，以衬砌结构拱顶为原型，Cl=2 为其中的几何相似比，其试验模型和原型之间尺寸比为 1：2，试验材料和原型材料完全一样。 图 2 为聚丙烯纤维混凝土的网壳复合衬砌结构。其中主弧直径约为14 毫米，钢筋直径约为
5、 10 毫米，C20 为试验模型的混凝土硬度，在对混凝土进行配比时，水泥、水、砂、石的比例为 1：0.43：1.96：1.96，试验模型的厚度为 100 毫米，高为 300 毫米。 （二）测量和加载 如图所示，将三台油缸压力为 1000kN 的油压千斤顶分别安放在支架周边。通过沙浆和厚钢板使千斤顶的点荷载转换成为分布面载荷。将抹好黄油的钢板固定在试验品的两端，这样做可以有效避免应力集中的情况，防止了试验品在小荷载工作条件下出现过早损坏。并且使用高速静态应变仪对其进行测量。 （三）结果分析 通过此次试验我们发现，当油压千斤顶的油压被加到 10MPa 时，其端面不会出现破坏情况，但试件的端部会逐渐
6、出现细微的裂缝，与此同时，在约束处可以很明显的看到直径滑动的现象，从整体上看，钢筋网壳复合衬砌是非常稳定的。通过位移曲线以及应变曲线的变化中我们可以直观看出，钢筋网壳复合衬砌存在一定的承载力。如果对油压千斤顶继续加压，直到 12MPa 时便会出现开裂现象，与此同时，在端部会出现掉皮情况，但掉皮和裂缝都基本主要集中在混凝土的保护层里，对整体的混凝土结构影响不大，最后到 15MPa 时，聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳复合衬砌完全被损坏。 三、聚丙烯混凝土钢筋网壳复合衬砌实际应用 （一）工程资料 某工程软巷道承担着运人、运料等主要工作，全长 7000m，由于受到向斜构造和背斜构造的严重影响，使整个巷道出现
7、变形情况，使用 U 型支架对破坏巷道进行修整工作，但是经过多次修整之后，发现效果并不明显，受到另外两边工作面的严重影响，使其变形越来越严重。 （二）设计支护 根据地质条件以及施工要求，使用聚丙烯纤维混凝土网壳复合衬砌支护对受损最为严重的地方进行修整。在设计施工两边钢筋网壳支护结构的同时，需要根据破损地段的地压特点和地质条件进行，在喷层中使用聚丙烯纤维混凝土材料。根据巷道情况，需要将钢筋网壳支架分成 4片，并使用 2 片侧网壳以及 1 片顶网壳进行相互拼装。将 50 毫米的可缩垫板夹在网壳支架两端，并在两端分别焊接螺栓孔联接板。因为在设计过程中网壳支架并未封底，为了避免侧腿被踢出，要将两根斜向限
8、的锚杆打在侧网壳上，在网壳中骨筋上固定好托盘。 （三）整体效果评估 为了能够更加有效、直观的研究出聚丙烯网壳锚喷支护的力学特征和变形能力，对整个试验的设计理论以及设计方法进行了完善，在现场监测了试验段支架的实际工作情况，主要的测试内容有：网壳钢筋应力变形、衬砌的表面收敛、围岩的位移情况等等，聚丙烯混凝土的收敛量u 会根据时间 t 的不同而发生变化。 通过这组数据我们可以直观的看出，随着时间的变化，网壳锚喷支架的收敛率会随着变化，其最大值为每天 1.8 毫米，收敛速度最终会逐渐放慢，这说明巷道经过跨踩之后，变形情况将得到稳定。 分析网壳支架受力情况，发现该网壳支架具备安全储存能力，而且受力合理，
9、可以在软岩巷道中进行使用。 结束语 通过这次试验我们发现，使用聚丙烯网壳支架可以提升支护阻力，而且其自身还具备极强的可缩性。在实际工程应用中，聚丙烯网壳支架的施工工艺相对简单，而且在施工过程中相对安全。聚丙烯纤维混凝土网壳打破了传统的结构模式，可以保证在承载力不变的情况下，使钢材的用量大大减少，在整体的设计以及复合衬砌力学性能上都得到了增强。在软岩中广泛使用网壳复合衬砌支护，能够有效降低混凝土的回弹量，值得广泛使用。 参考文献： 1马守龙. 高应力软岩巷道聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳复合衬砌新技术研究及应用D.安徽理工大学,2013. 115-118 2庞建勇,闾沛. 软岩巷道聚丙烯混凝土钢筋网壳
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