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矿山地质灾害与环境治理

将承载力提升至单独 U 型钢支架的 3.1 倍。王忠昶等提出了圆形巷道全封闭的 U 型钢可缩

型支架和壁后混凝土砂浆充填为主、锚网喷为辅的支护技术，现场实测圆形巷道全封闭支
护使顶底板移近量减小了 73%。姜鹏飞等提出了锚架充协同控制技术，当采用 U 型钢可
缩性支架加强支护时在 U 型钢和围岩表面之间充填混凝土，使围岩变形量降低了 90%。

4. 约束混凝土拱架
针对刚性支架贴合性不强的缺陷，在钢管等约束内灌注混凝土或在格栅架外喷混凝土，
将混凝土和支架有机结合，刚性支架可发挥高承载能力，混凝土使刚性支架稳定承载不易

弯曲变形。目前，此类形式的混凝土支架大致分为约束混凝土拱架和钢筋混凝土拱架两类。
约束混凝土拱架是在钢管等外部约束材料中灌注混凝土，形成具有更高抗压强度的整
体承载结构。约束混凝土拱架可实现外部约束和核心混凝土力的共生，具有高强、高刚的

特性，其承载力可达相同截面型钢拱架的 2 ～ 5 倍，可对软弱围岩表面提供更高的径向抗
力，从而提高岩体的峰后强度和围岩自承能力。近些年来该技术在软岩支护领域得到了广

泛应用。
约束混凝土支护所使用的支架主要包括 U 型钢拱架、钢管混凝土拱架、方钢混凝土拱
架 3 种。臧德胜等首次开展了圆钢约束混凝土拱架的缩尺试验，明确了该类拱架的承载性

能。高延法等采用圆形钢管作为主体结构的刚性支架并应用到深井软岩支护巷道中。李术
才等采用 U 型钢、方型钢管作为主体结构的刚性支架，提出多种约束混凝土支护体系并在

深部高应力、海域极软岩等典型矿井中成功应用。刘珂铭等针对某极软弱围岩提出以钢管
混凝支架支护为主，锚网喷为辅的方案。现有研究结果表明，钢管混凝土支架的支护强度
是同等用钢量的 U 型钢支架的 2 ～ 3 倍。

5. 格栅拱架混凝土衬砌
约束混凝土拱架是在钢管等外部约束材料中灌注混凝土使其凝成具有更高抗压强度的
整体结构，但往往由于混凝土不密实出现局部空洞导致拱架整体失稳折断。近年来，格栅

拱架 + 喷射混凝土技术逐步得到发展，此方法具备良好的密贴性。组合结构中的混凝土可
大幅提高其格栅在横向截面内部的稳定性，而且格栅式拱架可显著增强核心混凝土的抗拉
强度与刚度，二者的抗拉性能都得到改进，支护构件的总体承载能力、刚度、强度都得到

提高。不少学者对格栅拱架 + 喷射混凝土技术进行研究，李树忱等建立了格栅拱架 + 喷射
混凝土的力学分析模型，发现当格栅拱架间距在 0.6 ～ 1.0m 之间调整时对其支护效果影

响较小；杨旸等以东天山公路隧道软弱破碎围岩为例，发现高强钢筋格栅拱架与喷射混凝
土的黏结性更强，更能发挥整体支护的性能；张德华等以大梁初期隧道为依托，在充分综
合考虑喷射混凝土的强度硬化作用时间及其效应基础上，提出了适用于高地应力隧道较大

坡度变形的隧道初期性能和支护设计方法。
综上分析，刚性金属支架无可缩性，具有较高的承载力和稳定性；可缩性支架能通过

压缩适应围岩变形，安装方便，但支架与围岩表面之间很难紧密接触，控制早期围岩变形
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