CN114991810B - 一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构与施工方法 - Google Patents
一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构与施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构与施工方法，涉及地下工程支护领域，包括多段沿纵向依次设置的复合支护单元，每个复合支护单元包括支架，支架的顶板段及两帮段外侧设有环向模袋，底板段外侧设有交替设置的纵向模袋和纵向支撑。本发明形成主被动组合的全断面复合高强支护结构，能够解决深井高地压和强扰动等支护困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程支护领域，尤其涉及一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构与施工方法。
背景技术
在深部软岩和断层等复杂地质条件下开掘的巷道很难一次支护稳定，单纯的锚网喷或U型钢支架已不能满足支护稳定要求，预应力锚索支护技术在难支护矿区推广使用，有的矿井支护效果良好，也有部分矿井效果不佳；混凝土碹体支护在重点硐室使用较多，但现场绑扎钢筋并浇筑混凝土导致施工速度慢，混凝土强度增长慢，龄期内受力极易出现裂缝从而降低混凝土碹体整体承载力。
目前深部巷道普遍采用锚网喷支护，即先打锚杆，后铺设钢筋网喷射混凝土，以锚网喷为基础，此后架设刚性支架或浇筑混凝土碹体。这种主被动耦合支护方式承载力低，喷射混凝土为脆性支护体，受压后容易开裂片帮，而且现场绑扎钢筋并浇筑混凝土导致施工速度慢，混凝土强度增长慢，龄期内受力极易出现裂缝从而降低混凝土碹体整体承载力。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构与施工方法，形成主被动组合的全断面复合高强支护结构，能够解决深井高地压和强扰动等支护困难的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构，包括多段沿纵向依次设置的复合支护单元，每个复合支护单元包括支架，支架的顶板段及两帮段外侧设有环向模袋，底板段外侧设有交替设置的纵向模袋和纵向支撑。
作为进一步的实现方式，所述环向模袋和纵向模袋内分别设有两层钢筋网片，钢筋网片之间通过第一高强纤维束连接。
作为进一步的实现方式，相邻环向模袋之间以及环向模袋、纵向模袋与支架之间分别通过第二高强纤维束连接。
作为进一步的实现方式，相邻支架之间通过多根沿环向间隔设置的连杆相连。
作为进一步的实现方式，所述环向模袋设于锚网喷和支架之间，在环向模袋和纵向模袋中浇筑混凝土以形成模注钢筋混凝土结构。
作为进一步的实现方式，所述复合支护单元环向设置多个锚杆。
作为进一步的实现方式，所述纵向支撑采用U型钢，支架为钢管混凝土支架。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构的施工方法，包括：
在巷道四周打锚杆，采用锚网喷临时支护；
铺设纵向支撑，在纵向支撑之间铺设纵向模袋；
架设支架底板段，并安装支架两帮段及顶板段，相邻支架之间采用连杆连接；
铺设环向模袋，分别对环向模袋、纵向模袋和支架进行注浆；
相邻环向模袋之间以及环向模袋、纵向模袋与支架之间分别通过第二高强纤维束连接，形成复合支护结构。
作为进一步的实现方式，环向模袋通过短钉与围岩固定。
作为进一步的实现方式，最后采用矸石或弃砟回填底板。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明由可注浆的环向模袋、纵向模袋和钢管混凝土支架构成复合支护结构，在常规支护条件下提高了巷道整体支护力，有效抑制巷道变形；模袋配合U型钢、钢管混凝土支架、连杆和第二高强纤维束，进一步强化支护强度。
（2）本发明相邻模袋以及模袋与钢管混凝土支架之间采用第二高强纤维束连接，钢管混凝土支架之间采用连杆相连，作用力可以通过连杆传到两架钢管混凝土支架上，增加了支架的整体承载力，同时也可以使模袋和钢管混凝土支架很好的连接在一起，使壁后模袋注浆与高强支架组合成复合高强的支护结构。
（3）本发明的模袋内布置上下两层钢筋网片，钢筋网片与模袋内部有一定的间隔，上下两层钢筋网片采用第一高强纤维束连接，第一高强纤维束也可以控制填充时的厚度，增强了模袋的承载力；模袋加工和施工安装便捷，施工时不需要模板支护，大大节省了材料和人力成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的复合支护结构平面图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的复合支护单元结构示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的多段复合支护单元结构示意图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的模袋注浆前单卷模袋示意图；
图5是本发明根据一个或多个实施方式的模袋注浆后内部结构示意图；
图6是本发明根据一个或多个实施方式的模袋与支架连接示意图；
图7是本发明根据一个或多个实施方式的环向模袋布置示意图；
图8是本发明根据一个或多个实施方式的单个纵向模袋示意图；
图9是本发明根据一个或多个实施方式的纵向模袋与纵向支撑布置示意图。
其中，1-支架，2-环向模袋，3-纵向模袋，4-混凝土，5-纵向支撑，6-钢筋网片，7-第一高强纤维束，8-锚杆，9-短钉，10-钢筋网，11-弃砟，12-连杆，13-第二高强纤维束。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构，如图1和图3所示，包括多段沿纵向依次设置的复合支护单元，每个复合支护单元包括支架1、环向模袋2、纵向模袋3，支架1为钢管混凝土支架，钢管混凝土支架外侧由环向模袋2、纵向模袋3形成闭合结构。
具体的，如图2所示，每个复合支护单元中，支架1由底板段、支架两帮段和支架顶弧段四段拼装成型；钢管混凝土支架的顶板段及两帮段外侧设有环向模袋2，支架的底板段外侧设有纵向模袋3，相邻纵向模袋3之间设有纵向支撑5；本实施例的纵向支撑5为U型钢。
环向模袋2和纵向模袋3的形状、厚度和长度等根据巷道整体的支护力以及实际情况设计，模袋加工和施工安装便捷，施工时不需要模板支护，大大节省了材料和人力成本。
在本实施例中，每个复合支护单元设置两个钢管混凝土支架，相邻钢管混凝土支架之间通过连杆12相连，连杆12沿钢管混凝土支架环向间隔布置多个；使作用力可以通过连杆12传到两架钢管混凝土支架上。每个钢管混凝土支架对应一个环向模袋2，两个环向模袋2末端通过一个纵向模袋3相连。
可以理解的，支架1、环向模袋2和纵向模袋3也可以采用其他布置形式。
如图3和图6所示，相邻模袋之间以及模袋与钢管混凝土支架之间分别通过第二高强纤维束13连接，即：相邻环向模袋2之间以及环向模袋2、纵向模袋3与钢管混凝土支架之间均通过第二高强纤维束13连接。
第二高强纤维束13耐酸、耐腐蚀、绝缘性良好、不易老化、承受力强；通过第二高强纤维束13和连杆12配合将壁后模袋与高强支架（钢管混凝土支架）连接形成复合高强整体支护结构。
如图4所示，模袋在使用前为卷状高纤维柔性支护结构体，以纵向模袋3为例，注浆后的状态如图5所示，模袋内布置上下两层钢筋网片6，钢筋网片6与模袋内部有一定的间隔，上下两层钢筋网片6之间采用第一高强纤维束7连接，第一高强纤维束7也可以控制填充时的厚度。
模袋位于锚网喷和钢管混凝土支架之间，在模袋中浇筑混凝土4形成模注钢筋混凝土结构，施工时不需要模板支护，提高了施工的效率；模注钢筋混凝土支护结构采用注浆成型，施工简便、速度快；能适应各种复杂地形，可以提供较强的支护力，有效的抑制巷道的变形。
本实施例的模袋布置方式分为上部环向布置和底部纵向布置，如图7所示，上部环向布置先架设两帮段及顶板段支架，环向模袋2采用短钉9固定在围岩上，通过向环向模袋2中注浆而成，可以提供巷道两帮和顶板的支护力。
如图8和图9所示，底部纵向布置先铺设纵向的U型钢将钢支架担起来，在U型钢之间铺设纵向模袋3，通过向纵向模袋3中注浆，可以提供巷道底板的支护力；由上部环向布置和底部纵向布置形成了复合整体高强全支护结构。
施工时，巷道开挖成形，采用锚网喷临时支护，即先打锚杆8，后铺设钢筋网10喷射混凝土，支护目的是保证施工空间短时间内稳定。底板先铺设纵向的U型钢，在U型钢之间铺设纵向模袋3；架设支架底板段，并安装支架两帮段及顶板段。
支架1由底板段、支架两帮段和支架顶弧段四段拼装成型，相邻支架1之间采用连杆12连接；环向模袋2的位置在锚网喷和钢管混凝土支架之间，采用短钉9将环向模袋2固定在围岩上。
相邻模袋之间采用第二高强纤维束13连接；钢管混凝土支架在模袋内侧通过第二高强纤维束13与模袋连接在一起，使模袋与钢管混凝土支架配合第二高强纤维束13连接形成一个高强复合支护整体结构，整体支护力增强，有效的抑制巷道受采动影响而发生整体变形破坏。
由于锚杆属于主动支护，能够充分调动深部围岩的承载力，但全空间协同性差支护力有限；壁后模袋注浆与高强支架属于被动支护，径向支护力高，但刚性大不可缩且抗动压扰动性能差；本实施例通过主被动组合可以形成全断面复合高强支护结构，能够解决深井高地压和强扰动等支护困难的问题。
实施例二：
本实施例提供了一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构的施工方法，如图1所示，包括：
第一步：先进行临时锚网喷支护，支护目的是保证施工空间短时间内稳定，进行反底拱的开挖。
第二步：在反底拱位置先铺设纵向U型钢，在纵向U型钢之间铺设纵向模袋3。
第三步：架设支架底板段，并安装支架两帮段及顶板段。
第四步：在支架1外侧铺设内置钢筋网片6的环向模袋2，钢筋网片6之间采用第一高强纤维束7连接，相邻钢支架之间采用连杆12连接。
第五步：分别对模袋和钢支架进行注浆，相邻模袋注浆以及模袋注浆与钢管混凝土支架之间采用第二高强纤维束13连接。
第六步，采用矸石或弃砟11回填底板。
在本实施例中，根据巷道埋深、地质条件、地应力和岩性等条件的不同以及现场实际情况需要确定的主要参数有：模袋、钢管混凝土支架、U型钢和连杆的厚度、长度、强度和曲率，钢筋网的密集度、锚杆型号和间排距等。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构，其特征在于，包括多段沿纵向依次设置的复合支护单元，每个复合支护单元包括支架，支架的顶板段及两帮段外侧设有环向模袋，底板段外侧设有交替设置的纵向模袋和纵向支撑；支架外侧由环向模袋、纵向模袋形成闭合结构；每个支架对应一个环向模袋，两个环向模袋末端通过一个纵向模袋相连；相邻支架之间通过多根沿环向间隔设置的连杆相连；
所述环向模袋设于锚网喷和支架之间，在环向模袋和纵向模袋中浇筑混凝土以形成模注钢筋混凝土结构；
所述环向模袋和纵向模袋内分别设有两层钢筋网片，钢筋网片之间通过第一高强纤维束连接；相邻环向模袋之间以及环向模袋、纵向模袋与支架之间分别通过第二高强纤维束连接。
2.根据权利要求1所述的一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构，其特征在于，所述复合支护单元环向设置多个锚杆。
3.根据权利要求1所述的一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构，其特征在于，所述纵向支撑采用U型钢，支架为钢管混凝土支架。
4.一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构的施工方法，其特征在于，包括：
在巷道四周打锚杆，采用锚网喷临时支护；
铺设纵向支撑，在纵向支撑之间铺设纵向模袋；
架设支架底板段，并安装支架两帮段及顶板段，相邻支架之间采用连杆连接；
铺设环向模袋，分别对环向模袋、纵向模袋和支架进行注浆；
相邻环向模袋之间以及环向模袋、纵向模袋与支架之间分别通过第二高强纤维束连接，形成复合支护结构。
5.根据权利要求4所述的一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构的施工方法，其特征在于，环向模袋通过短钉与围岩固定。
6.根据权利要求4所述的一种壁后模袋注浆与高强支架的复合支护结构的施工方法，其特征在于，最后采用矸石或弃砟回填底板。
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