Page 54 - 矿山地质灾害与环境治理

第二章 常见矿山地质灾害

其作用原理是：当岩体开挖后，围岩卸荷产生形变位移作用于被动支护结构上而迫使其产

生抗力限制浅表围岩形变，并将阻力逐渐传递至深层。因而，围岩发生一定的形变位移之
后被动支护结构才会发挥作用。另一方面，型钢支架、衬砌等被动支护结构通常具有较强
的刚度，配合钢筋网壁后充填和喷注可有效封闭围岩，并起到防止掉块和冒顶伤人的作用，

特别适用于断层带等破碎围岩的支护工程。
然而，在高应力软岩隧道和巷道中，常规被动支护的支撑力难以完全限制围岩的位移，
抗力不足以限制大变形时，支护结构会发生垮塌失稳破坏。此外，被动支护具有成本高、

安装困难、劳动强度大的缺点，而且被动支护结构的可缩量较小，不能起到主动限制围岩
破裂损伤区扩展的作用，当围岩变形超过一定范围时，被动支护结构的承载力明显降低，
需配合锚杆、锚索等支护措施才能达到良好效果。

针对软岩大变形控制难题和被动支护存在的弱点，一些学者以改进型被动支护技术为
核心思想，研究了软岩大变形控制技术。目前的被动支护技术可大致概括为改进型刚性支

架支护技术、复合衬砌等形式。
2. 金属支架
中国的支架种类繁多，先后经历了木支架、混凝土支架、金属刚性支架、可缩性支架

到钢管（筋）混凝土支架的过程。目前金属支架应用最为广泛。为了充分发挥金属刚性支
架的承载能力，不少学者开展了相关研究。李世忠等采用全断面 U 型钢支架支护的底板围

岩位移量仅为锚杆支护的 47%。张德华等针对兰心铁路极高地应力软岩隧道，采用“先柔
后刚”的支护原则，首先通过格栅拱架进行柔性支护，再架设套拱进行刚性支护，取得了
良好的应用效果。陈峰宾对比格栅拱架与型钢拱架的适用条件，认为格栅拱架更具有柔性，

型钢拱架的承载能力更优，尤其适用于拱顶变形较大的大断面隧道。
3. 金属支架混凝土复合型衬砌
同属于被动支护形式的混凝土衬砌也是一种应用广泛的支护手段。喷射混凝土技术从

开始的喷射水泥砂浆、干式喷射混凝土、潮式喷射混凝土，到湿式喷射混凝土、纤维增强
型混凝土。近年来不少新型增强型混凝土通过掺加各类材料提高其性能，以达到增强、耐
久、经济的目标。周宏伟等指出在混凝土中加入适量钢纤维可以大幅提高其抵抗变形的能

力。陈宇通过研究表明，在混凝土中掺入橡胶颗粒后橡胶混凝土的韧性和变形能力得到显
著提高。陈剑雄等研究发现，在混凝土中掺入适量的超细石灰石粉和铁矿渣粉后，能明显

地改善混凝土的和易性且提高其抗压强度。 传统型钢拱架与混凝土联合支护能起到较好
的围岩控制作用。但在高应力、软弱围岩等复杂地质条件下，传统型钢拱架易出现局部屈
曲、整体折断、法兰节点破坏、搭接部位撕裂折损等现象，导致支护体系整体失效。

在工程实际中，常采用“刚性支架 + 后续混凝土喷射”形成更优的整体承载效果。田
洪铭等提出 U 型钢支架 + 泡沫混凝土充填的支护方案，对吸收围岩的流变变形具有良好

效果。苏毅等提出利用 U 型钢支架 + 聚丙烯纤维增强混凝土作为新的巷道组合支护结构，
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