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                國內外中空注漿錨桿應用的現狀與發展

                后退 作者:山東中寶金屬材料有限公司 發布日期: 2019/7/13 15:56:17 
                巖土錨固技術是近代巖土工程領域中的一個重要分支. 錨固技術,國內習慣統稱為錨桿支護技術,國外一般稱錨固技術或錨桿加固技術.它是一種結構簡單的主動支護,它能***大限度地保持圍巖的完整性、穩定性,能有效地控制圍巖變形、位移和裂縫的發展,充分發揮圍巖自身的支撐作用,把圍巖從荷載變為承載體,變被動支護為主動支護,且具有運輸施工方便、效率高,有利于加快施工進度,且施工成本低、支護效果好、施工噪音小等優點. 自1872 年英國北威爾士露天頁巖礦首次應用錨桿加固邊坡及1912 年德國謝列茲礦***先在井下巷道采用錨固技術以來,錨固技術至今已有100 多年的發展歷史. 錨固技術作為一種技術經濟優越的技術手段,越來越廣泛地應用于各個工程領域,目前不僅廣泛應用于世界主要產煤國家,而且也推廣應用于冶金、水利水電、鐵路公路、軍工及建筑等工程之中,伴隨著“21 世紀- 地下工程的世紀”的來臨,可以預見,該技術必將得到更廣泛深入的研究和推廣應用?! ? 錨桿錨固的特點  錨桿支護是一種安全、經濟的支護方式,它是以錨桿為主體的支護結構的總稱,它包括錨桿、錨噴、錨噴網等支護形式。其技術就是在土層中斜向成孔,埋入錨桿后灌注水泥(或水泥砂漿) ,依賴錨固體與土之間的摩擦力,拉桿與錨固體的握裹力以及拉桿強度共同作用來承受作用于支護結構上的荷載。錨桿支護以其結構簡單、施工方便、成本低和對工程適應性強等特點,在土木工程(包括采礦工程) 中得到了廣泛應用。 錨桿錨固是在地層中,通過錨桿將結構物與地層緊緊連鎖在一起,依賴錨桿與周圍地層的抗剪強度傳遞結構物的拉力,使地層自身得到加固,達到保持結構物和巖體穩定的目的. 與傳統的支護方式相比較,錨桿錨固技術有其自身的鮮明特點:  1. 1 支護效果好  錨桿支護在支護原理上符合現代巖石力學和圍巖控制理論,屬于“主動”支護。錨桿安裝以后,在圍巖內部對圍巖進行加固,迅速形成一個圍巖—支護的整體承載結構,因而能夠調動和利用圍巖自身的穩定性,充分發揮圍巖的自身承載能力,有效地控制巷道圍巖變形,所以錨桿支護更有利于保護巷道圍巖的穩定,改善巷道維護狀況。與傳統的架棚式支護相比,錨桿支護能更好地適應回采巷道圍巖變形大的特點,并能保持圍巖的完整性和穩定性,其支護效果優于工字鋼支架,在工作面回采期間,工作面端頭維護明顯得到改善,提高了工作面的推進速度?! ?. 2 勞動強度低、效率高  與傳統架棚式支護相比,由于錨桿支護所采用的支護材料較少、重量較輕,巷道掘進時,極大地減少了支護材料的運輸量,勞動強度也大為降低,有利于提高掘進工效。工作面回采時,也省去了鋼棚支架的回撤工作,既降低了工人的勞動強度,又提高了安全系數。錨桿施工操作工序簡單,可緊跟掘進工作面,便于組織掘進支護平行作業和一次成巷,有利于實現快速掘進支護機械化?! ?. 3 經濟效益明顯  采用錨桿支護可減少支護材料投入,降低直接支護成本。由于錨桿支護基本不占用巷道的有效斷面,所施工的斷面即為凈斷面,因而在支護設計時,可以相應減少巷道斷面,節省大量材料。錨桿支護可以減少巷道維修量,節約維護費用??傊?錨桿支護從支護材料、輔助運輸、斷面設計和維護費用等方面均可降低成本,經濟效益明顯?! ? 國外錨固技術與理論研究的發展現狀  世界主要產煤國家, 近些年來錨桿支護技術發展很快。繼幾乎全部使用錨桿支護的美國、澳大利亞之后, 英國也迅速趕了上來,經過幾年的發展, 錨桿支護在煤礦占了主導地位英國自年從澳大利亞引進技術之后, 到年的錨桿支護比例從年的零上升到以上。目前, 澳、英兩國正向國外積極推銷他們的錨桿支護技術。印度、印尼、波蘭、日本、南非等國都程度不同地予以引進。一向以型鋼可縮性支架支護技術著稱的德國, 雖然采深大、地壓大, 但近年來也在積極探索錨桿支護的可行性。這些事實表明, 巷道錨桿支護技術已成為世界性發展趨勢?! ?、1 關于錨桿加固圍巖的作用機理  美國因其巷道埋深較淺、巖層強度高且地應力比較低,因此傾向于懸吊理論和組合梁(加固巖梁)理論,而英國、澳大利亞巷道以受水平應力影響為主,尤其是澳大利亞相對英國其巷道圍巖變形量及***大水平應力更劇烈,一般而言,英國、澳大利亞錨桿支護的設計理論傾向于加固拱(擠壓支承拱) 理論?! ?、2 關于錨桿加固設計方法  美國目前有兩種基本設計方法: 一為經驗法,即是建立在以往解決巖層控制的經驗基礎上的設計方法。該方法的主要缺點是強調了頂板控制問題的本身,而缺乏對引起頂板不穩定的內在原因的注意,即由于頂板條件的不同,經驗法并不全都有效。二為理論法,亦稱客觀法,即是建立在解決頂板支護問題的頂板和巖石力學理論基礎上的設計方法。該方法一般是通過公式或者估算確定有關參數,有代表性的是蘭和比肖夫RRU 準則和帕內克設計諾模圖。實踐中常采用將上述兩種方法相結合的設計方法。澳、英兩國在原采用理論法和經驗性或試探法的基礎上,認為錨桿加固設計必須保證巷道始終處于可靠的狀態,而可靠的設計方法必須以對開挖引起的巖層變形、錨桿受力及加固效果的精確測量為基礎。在此基礎上認為應采用以下兩種手段相結合的設計方法:一進行巷道監測,確定圍巖礦壓顯現及掘進和回采期間錨桿加固特性;二利用計算機模擬技術,模擬可能遇到的應力場范圍內巖層礦壓顯現與錨桿加固的特性,以及評價新選擇的各種錨桿加固。澳大利亞把該設計方法的實施具體分為4個步驟 : (1) 地質力學評估,包括對巷道圍巖(頂底板及煤層) 力學性質測定、地應力(3 個主應力的大小和方向) 測試和現場調查; (2) 初始設計(即利用計算機數值模擬方法在巷道開掘以前進行) ; (3) 現場監測(即利用測力錨桿及位移計等對錨桿受力及圍巖位移進行適時觀測) ; (4) 信息反饋和修改、完善設計(根據現場監測的數據與曲線與初始設計進行對比,若相同則證明初始設計正確,否則應修正初始設計,調整錨固結構和參數,完成***終設計) 。這個設計方法已被證明是成功的?! ? 國內錨固技術與理論研究的發展現狀  我國在1955 年開始使用錨桿,但只是在近些年,我國錨固技術尤其是煤炭錨桿支護技術才得到迅速發展?;仡櫸覈^固技術的發展,大體可分3個階段:  (1) 初期階段。50~60 年代,以鋼絲繩水泥砂漿錨桿為代表,錨桿沒有托板(盤) ,錨桿相互間缺乏聯系,在這種情況下,錨桿只起懸吊作用,被動承載而不與圍巖共同作用。當時由于盲目擴大這類錨桿的應用范圍,致使部分井巷冒頂失修,實際上阻礙了錨桿支護的發展?! ?2) 組合錨桿支護階段。70~80 年代,國家“七五”和“八五”科技攻關將錨桿支護定為軟巖巷道支護的主攻方向之一,使錨桿支護技術有了新的發展,進入了以鋼帶網和錨梁網為代表的組合錨桿支護階段。盡管這一階段開發了多種結構形式的錨桿如各結構形式的可拉伸錨桿等,但仍以水泥藥卷鋼筋錨桿為主且尾部增加了托盤(板) 和螺母。這一階段中雖然也提出了錨桿施加預緊力問題,如我國規范規定錨桿螺母擰緊扭矩不應小于100N ·m ( 對于?16mm錨桿相應的預緊力不足20kN) ,然而規定的數值過低,施工中又缺乏保證,因而圍巖和錨桿體系仍不能共同協調承擔載荷,固巖和錨桿易被“各個擊破”,限制了錨桿支護的進一步擴大應用。以下為錨桿技術在我國的發展情況?! ?. 1 應用領域和規模不斷擴大  錨桿支護技術除在地下工程、邊坡工程、結構抗浮工程、深基坑工程中繼續保持著良好的發展態勢外,在重力壩加固工程、橋梁工程以及抗傾覆、抗地震工程中也有了長足的進展。我國錨桿的發展,自1993 年至1999 年,據初步統計,僅邊坡工程與深基坑工程,錨桿的年用量約為3 000 km~3 500 km  1. 2 標準化建設日趨完善  中國于1986 年頒發了國家標準GBJ 86285 錨桿噴射混凝土支護技術規范,1990 年頒發了CECS 22∶90 土層錨桿設計施工規范,2001 年,修訂后的GB 5008622001 錨桿噴射混凝土支護技術規范已經出臺。錨桿支護標準化建設的逐步完善,對我國錨桿應用的健康發展發揮了重要作用?! ?. 3 高承載力錨桿的應用穩步增長  近十年來,用于加固重力壩的錨桿的極限承載力、長度和錨固力的集中度均有穩步增長的趨勢。國內石泉、李家峽等電站的混凝土重力壩相繼采用承載力設計值為6 000 kN~10 000 kN 的預應力錨桿加固。李家峽電站在大壩加固中應用了承載力設計值為10 000 kN 的預應力錨桿。我國高承載力錨固體系的設計和施工開始進入世界先進行列?! ? 現存的主要問題  (1) 錨桿各種作用效應的實現有賴于軸向承載能力的充分發揮,而全長錨固時錨桿中的***大軸力產生于錨桿中部區域的中性點,即***大軸力沒有完全轉化為對巷道圍巖表面的托錨力,使圍巖應力狀態沒有得到***大程度的改善?! ?2) 對錨固結構的變形機理及變形適應性的認識還很缺乏。對錨固體的結構特征及作用機理的認識還不夠全面、準確。對錨桿支護的對象及任務的認識還不夠明確與具體?! ?3) 深部圍巖所受地壓大,圍巖條件復雜,錨桿支護難度大?! ?4) 現有錨桿支護理論存在一定的局限性,難以滿足復雜條件下,尤其是全煤及軟巖條件下巷道圍巖支護設計的要求?! ?5) 錨桿支護結構與圍巖間的相互作用規律及效果尚不清楚,即不同的錨桿支護結構在不同的圍巖條件下將會起到什么樣的支護效果還無法把握,尤其是對破碎及松動變形范圍內的錨固體所能形成的平衡結構形式及其力學特性還缺乏較深入的研究。有關整體錨固結構的研究比較缺乏?! ? 錨桿支護技術的發展方向及應用前景  5、1 進一步完善錨桿支護理論和技術  現有錨桿支護理論存在一定的局限性,難以滿足復雜條件下,尤其是全煤及軟巖條件下巷道圍巖支護設計的要求?,F有的懸吊、組合梁、加固拱等理論,也均是針對一般巷道提出的;而對于回采巷道,仍沿襲傳統的錨桿支護設計方法,缺乏合理性和可靠性。所以,有必要在進一步深入研究巷道圍巖礦壓顯現規律的基礎上,探索錨桿支護理論?! ?、2 錨桿支護監測技術及設計方法的研究  新的巷道支護監測技術,力爭在不破壞圍巖及支護結構的前提下,能夠實現對圍巖支護結構的應力、變形、離層以及破壞狀態等信息的快速量測,為及時修正支護設計提供可靠依據,為準確揭示錨桿的作用機理、把握錨桿的作用創造條件,建立完善的錨桿支護設計體系?! ?、3 發展組合錨桿支護技術  實踐證明,對于巖體較破碎巷道或煤層巷道,單純的錨桿支護不能滿足支護要求,需根據不同的地質條件,采用適當的錨棚聯合支護、錨桿金屬網聯合支護等等。因此,注重研究組合錨桿是錨桿技術發展的方向之一?! ?、4 支護材料標準化  對錨桿桿體、螺帽、木墊板、鐵托盤、錨固劑等嚴格按照質量標準和檢驗標準進行檢查,不合格產品嚴禁入井,確保錨桿支護發揮***大作用。錨桿支護能主動地加固圍巖,***大限度地保持圍巖的完整性、穩定性,控制圍巖變形、位移和裂隙的發展,充分發揮圍巖自身的支承作用,變被動支護為主動支護,有效地改善礦井的支護狀況,具有施工方便、效率高,有利于加快施工進度,且施工成本低、支護效果好,已經成為當今巷道支護改革的主要趨勢?! ? 結語 錨桿支護施工方便、效率高,有利于加快施工進度,且施工成本低,支護效果好,并且技術還有許多提高的空間,它在巖土工程中的應用范圍和地位也會隨著其技術水平的提高而不斷地擴大和發展。

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