薄壁钢管混凝土巷道支护的研究

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1、第31卷第6期华北水利水电学院学报V01．31No．62010年12月JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerDee．2OIO文章编号：1002—5634(2010)06—0015—04薄壁钢管混凝土巷道支护的研究金延俊，侯和涛，邱灿星(山东大学土木工程学院，山东济南250061)摘要：简述了现行的几种围岩支护理论及其适用范围，并对当前所开展的试验研究和有限元分析成果进行了总结．理论分析和试验研究表明，薄壁钢管混凝土具有独特的优越性，但需要设置合理的构造措施保证

2、其承载力的稳定发挥．将薄壁钢管混凝土用于巷道支护，与普通的型钢支架相比，具有承载力高、成本低、与围岩的协同作用好等优势，但仍有许多关键技术问题亟待解决，如薄壁钢管混凝土与围岩的耦合作用、适用于工程实践的简化计算方法等．最后对今后的研究T作提了展望．关键词：薄壁钢管混凝土；巷道支护；优越性中图分类号：TU942文献标志码：A巷道开挖后，原有的3向平衡应力状态遭到破1围岩一支护理论的研究坏，岩体内部发生应力重分布从而引起了围岩的变形和位移．对于强度高、整体性好的岩体，变形发展目前，国内外形成了几套比较完整支护理论体到一定程度会自动停止，即围岩可以实现自稳；而

3、大系：散体支护理论、弹塑性支护理论、新奥法支护理多数煤矿巷道围岩的地质条件复杂，尤其对于高地论、松动圈支护理论和耦合支护理论．应力软岩巷道，若不及时对其进行有效的支护，岩体散体支护理论仅用简单的指标反映复杂围岩且变形将自由发展，最终导致巷道的整体失稳破忽略了围岩变形的因素，不能解释高应力区的一些坏．因此，如何选择合理的支护手段和设计方法工程现象，仅在浅部工程中有一定的应用价值J．保证围岩长期稳定并有效提高施工效率和经济性成弹塑性支护理论是现代岩土力学中典型的支护为目前众多学者的研究课题．支护方法按照作用机理论，该理论认为巷道支护的对象是围岩的弹塑性理不同

4、可分为表面支护法和内部加固法．前者设置变形和处于弹塑性状态的围岩．文献[4—6]运用在开挖表面限制开挖边界位移，如各种支架支护、砌Mohr—Coulomb准则、Drucker—Prager或岩石峰后碹、混凝土村砌等；后者插入或灌人巷道内部实现煤应变软化本构模型对巷道支护荷载和围岩承载结构岩体自稳，主要有锚杆、锚索、注浆等．根据围岩进行了数值分析．著名的围岩响应曲线是建立在弹和支护的相互作用机理，实际工程中通常将几种支塑性理论基础上的，但文献[7]指出形成该曲线的护手段结合起来，满足不同条件下的稳定和变形要卡斯特纳方程不具有工程实际意义，因此运用该曲求．随

5、着围岩一支护理论的发展，各种新型结构被应线进行支护时机的判断不合理．用到巷道支护中，如薄壁钢管混凝土拱架．新奥法在目前国内外的隧道工程中被广泛采收稿日期：2010—08—30基金资助：山东大学自主创新基金自然科学类专项项目(2009TS091)．作者简介：金延俊(1986一)，女，山东烟台人，硕士研究生，主要从事薄壁钢管混凝土支护方面的研究．通讯作者：侯和涛(197O～)，男，山东沂南人，副教授，博士后，硕导，国家一级注册结构工程师，中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会常务理事，主要从事钢框架稳定与极限承载力验算方法、钢结构住宅产业化、节能复合墙板、薄壁钢管

6、混凝土支护、钢结构高等分析与设计方面的研究．l6华北水利水电学院学报2010年12月用，它与传统理论的区别是不将围岩视为荷载，而是2薄壁钢管混凝土的研究现状将其作为一种承载机构，支护的目的是保持周岩与支护的其同变形，最大限度利用围岩自承能力，其主薄壁钢管混凝土是在薄壁钢管中填充高性能混要支护手段是锚杆+喷混凝土．文献[8]总结了运凝土形成的构件，与普通钢管混凝土相比，其主要特用新奥法对软岩、大跨度围岩进行支护的成功经验，点是管壁薄，可有效减少用钢量和焊接工作量，降低即要做到“少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭”．虽然工程造价．钢管混凝土受压时两种材料在力学性

7、能该理论将围岩与支护视为一个相互作用的整体，但上表现出“共生现象”，能有效提高混凝土的强度、在考虑围岩稳定问题时，仍然采用传统的“荷载一塑性和韧性，延缓局部屈曲，从而保证材料性能得到结构”模式，缺少明确的设计理论和方法．充分发挥”．目前，国内外对于薄壁钢管混凝土的松动圈支护理论由董方庭提出，认为支护的作研究主要集中在确定管壁壁厚界限、力学性能以及用是限制围岩松动圈形成过程中碎胀力所造成的有提高其力学性能的构造措施几个方面．害变形，而不是阻止围岩的松动破坏，这与弹塑性理2．1试验研究文献[20]进行了方钢管混凝土轴压、纯弯和偏论完全不同．松动圈的厚度()是

8、同岩强度和地压荷载下的力学试验，结果表明，即使宽厚比(B／t)应力的综合指标，以