CN112664228A - 一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构及施工方法，复合支护结构包括锚索、锚杆及阻热层；锚索位于深部岩体工程顶部，锚杆对称分布在锚索两侧的深部岩体工程侧部；锚索与锚杆采用梅花型布置方式；深部岩体工程表面铺设有钢筋网，锚索与锚杆之间通过钢筋网连接；阻热层为泡沫混凝土阻热层。施工方法为：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土初喷，直到阻热层初喷厚度达到设定值；当初喷阻热层凝固后，先铺设钢筋网，再在深部岩体工程顶部完成锚索安装，同时在锚索两侧深部岩体工程侧部完成锚杆安装，最后将钢筋网与锚索和锚杆连接在一起；对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土复喷，直到阻热层复喷厚度达到设定值，当复喷阻热层凝固后，施工结束。

Description

一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构及施工方法

技术领域

本发明属于深部岩体工程技术领域，特别是涉及一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构及施工方法。

背景技术

在巷道、隧道、地下洞室、地下储库等深部岩体工程中，高温围岩环境难以避免，而高温围岩环境会严重影响工程施工效率、损害施工人员健康、影响工程后期正常使用功能，因此，降低深部岩体工程的围岩温度十分必要。

但是，目前深部岩体工程中的围岩降温方式仍以通风方式为主，随着工程埋深的不断增大，传统的通风降温方式的效率越来越不理想，同时还存在成本高、降温效率低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构及施工方法，能够主动阻隔围岩热量的迁移，兼顾了阻热与支护的双重要求，在保证支护效果的同时还可以保证理想的阻热降温效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构，包括锚索、锚杆及阻热层；所述锚索位于深部岩体工程的顶部，所述锚杆对称分布在锚索两侧的深部岩体工程侧部；所述锚索与锚杆采用梅花型布置方式；在深部岩体工程表面铺设有钢筋网，所述锚索与锚杆之间通过钢筋网进行连接；所述阻热层为泡沫混凝土阻热层。

所述阻热层的厚度由计算方式得到，计算公式为：δ＝R·λ·K，式中，δ为阻热层的厚度，R为热阻值，λ为导热系数，K为修正系数。

所述热阻值R由计算方式得到，计算公式为：R＝Δt/P，其中，Δt＝t_设-t_e，式中，Δt为阻热温度，t_设为阻热层背面温度，t_e为深部岩体工程洞口计算温度，P为单位面积地热功率，其中，t_e＝t₀-10℃，t₀为此地平均气温。

所述的用于深部岩体工程阻热的复合支护结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土初喷，直到泡沫混凝土阻热层的初喷厚度达到设定值；

步骤二：当初喷厚度下的泡沫混凝土阻热层凝固后，先铺设钢筋网，再在深部岩体工程的顶部完成锚索安装，同时在锚索两侧的深部岩体工程侧部完成锚杆的安装，最后将钢筋网与锚索和锚杆连接在一起；

步骤三：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土复喷，直到泡沫混凝土阻热层的复喷厚度达到设定值，当复喷厚度下的泡沫混凝土阻热层凝固后，施工结束。

本发明的有益效果：

本发明的用于深部岩体工程阻热的复合支护结构及施工方法，能够主动阻隔围岩热量的迁移，兼顾了阻热与支护的双重要求，在保证支护效果的同时还可以保证理想的阻热降温效果。

附图说明

图1为本发明的一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构的示意图；

图中，1—锚索，2—锚杆，3—阻热层，4—钢筋网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本实施例中，巷道断面的宽度为2.4m，高度为2.85m，距离地面的深度为600m，巷道围岩中含有大量的蒙脱石、高岭土、伊利石等膨胀性土矿物，这些矿物浸水后会发生岩层泥化、崩解、破裂等，会导致岩体强度降低，进而导致岩层碎胀，并产生很大的膨胀应力，因此需要改变此巷道围岩的力学性质，以提高其自承能力。

如图1所示，一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构，包括锚索1、锚杆2及阻热层3；所述锚索1位于深部岩体工程的顶部，所述锚杆2对称分布在锚索1两侧的深部岩体工程侧部；所述锚索1与锚杆2采用梅花型布置方式；在深部岩体工程表面铺设有钢筋网4，所述锚索1与锚杆2之间通过钢筋网4进行连接；所述阻热层3为泡沫混凝土阻热层。

本实施例中，锚索1的长度为4.2m，锚杆2的长度为1.8m，锚杆2间距为1.2m×1.2m，钢筋网4的网眼尺寸为0.25m×0.25m。

所述阻热层3的厚度由计算方式得到，计算公式为：δ＝R·λ·K，式中，δ为阻热层3的厚度，R为热阻值，λ为导热系数，K为修正系数。

所述热阻值R由计算方式得到，计算公式为：R＝Δt/P，其中，Δt＝t_设-t_e，式中，Δt为阻热温度，t_设为阻热层3背面温度，t_e为深部岩体工程洞口计算温度，P为单位面积地热功率，其中，t_e＝t₀-10℃，t₀为此地平均气温。

本实施例中，t_设取32℃，t₀取24℃，则t_e＝t₀-10℃＝14℃，可得Δt＝t_设-t_e＝8℃；此外，P取8.12(w/m²)，则R＝Δt/P＝2.22(m²·k/w)；将R＝2.22(m²·k/w)带入δ＝R·λ·K中，其中，λ取0.09，K取1.3，可得δ＝R·λ·K＝0.26(m)。因此，当阻热层3的厚度达到26cm时，既可以满足对巷道的支护作用，又可以达到阻热要求。

所述的用于深部岩体工程阻热的复合支护结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土初喷，直到泡沫混凝土阻热层3的初喷厚度达到设定值；

具体的，本实施例中选用的泡沫混凝土为改性泡沫混凝土，其具有强度高、可加工性好、憎水、耐候性好、吸水性小于18％、隔热性能好的特点。在初喷前，先用清水湿润输送泵的料斗、活塞、输送管内壁等与泡沫混凝土接触的部位，然后启动输送泵，并且初始泵送应缓慢，等到泵送稳定后逐渐加速，同时观察各压力表读数，避免吸入空气造成堵泵或塞管，在泵送过程中要经常上下提动注浆管，防止泡沫混凝土凝固对注浆管的包裹，并经常观察输送泵压力，直到初喷厚度达到5cm，待初喷结束后，应将管路提出并用清水冲洗干净。

步骤二：当初喷厚度下的泡沫混凝土阻热层3凝固后，先铺设钢筋网4，再在深部岩体工程的顶部完成锚索1安装，同时在锚索1两侧的深部岩体工程侧部完成锚杆2的安装，最后将钢筋网4与锚索1和锚杆2连接在一起；

具体的，本实施例中，锚索1两侧的深部岩体工程侧部共分布4根锚杆2，即每一侧分布两根。安装锚杆2时，先完成钻孔的施工，并将钻孔清理干净，之后将事先准备好的树脂锚固剂送入钻孔内，然后将锚杆2的杆体插入钻孔，再利用锚杆2的杆体搅拌树脂锚固剂，结束搅拌后，等待树脂锚固剂完全固化，并最终形成锚固体。安装锚索1时，与锚杆2施工工艺相同，也是先施工钻孔，再安装锚索1的钢绞线，之后将树脂锚固剂送入钻孔内并完成搅拌，等待树脂锚固剂完全固化，并最终形成锚固体。当锚索1和锚杆2全部安装结束后，再将锚索1和锚杆2的外露锚头部分与钢筋网4连接在一起，在锚索1和锚杆2的共同支护作用下，有效加强了巷道的支护能力。

步骤三：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土复喷，直到泡沫混凝土阻热层3的复喷厚度达到设定值，当复喷厚度下的泡沫混凝土阻热层3凝固后，施工结束。

具体的，复喷时选用的泡沫混凝土与初喷时相同，均为改性泡沫混凝土。在复喷前，依然需要先用清水湿润输送泵的料斗、活塞、输送管内壁等与泡沫混凝土接触的部位，然后启动输送泵，并且初始泵送应缓慢，等到泵送稳定后逐渐加速，同时观察各压力表读数，避免吸入空气造成堵泵或塞管，在泵送过程中要经常上下提动注浆管，防止泡沫混凝土凝固对注浆管的包裹，并经常观察输送泵压力，直到初喷厚度达到21cm，待初喷结束后，应将管路提出并用清水冲洗干净，此时初喷及复喷后的总厚度便达到了26cm的设计值。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构，其特征在于：包括锚索、锚杆及阻热层；所述锚索位于深部岩体工程的顶部，所述锚杆对称分布在锚索两侧的深部岩体工程侧部；所述锚索与锚杆采用梅花型布置方式；在深部岩体工程表面铺设有钢筋网，所述锚索与锚杆之间通过钢筋网进行连接；所述阻热层为泡沫混凝土阻热层。

2.根据权利要求1所述的一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构，其特征在于：所述阻热层的厚度由计算方式得到，计算公式为：δ＝R·λ·K，式中，δ为阻热层的厚度，R为热阻值，λ为导热系数，K为修正系数。

3.根据权利要求2所述的一种用于深部岩体工程阻热的复合支护结构，其特征在于：所述热阻值R由计算方式得到，计算公式为：R＝Δt/P，其中，Δt＝t_设-t_e，式中，Δt为阻热温度，t_设为阻热层背面温度，t_e为深部岩体工程洞口计算温度，P为单位面积地热功率，其中，t_e＝t₀-10℃，t₀为此地平均气温。

4.权利要求1所述的用于深部岩体工程阻热的复合支护结构的施工方法，其特征在于：

步骤一：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土初喷，直到泡沫混凝土阻热层的初喷厚度达到设定值；

步骤二：当初喷厚度下的泡沫混凝土阻热层凝固后，先铺设钢筋网，再在深部岩体工程的顶部完成锚索安装，同时在锚索两侧的深部岩体工程侧部完成锚杆的安装，最后将钢筋网与锚索和锚杆连接在一起；

步骤三：对深部岩体工程表面进行泡沫混凝土复喷，直到泡沫混凝土阻热层的复喷厚度达到设定值，当复喷厚度下的泡沫混凝土阻热层凝固后，施工结束。

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