项目名称

一、项目名称

复杂条件下约束混凝土支护理论与关键技术及工程应用

二、申报奖种

科技进步奖

三、推荐单位

山东大学

四、项目简介

随着我国煤炭资源的持续开发及基础设施规模的快速增大，越来越多的矿山巷道、交通隧道等工程修建在高应力、极软岩、强采动及断层破碎带等复杂地质条件区域。传统支护条件下极易产生围岩大变形、冒顶、塌方等工程灾害，成为制约此类工程安全建设的重大难题。

本项目将地面约束混凝土先进结构技术引入到地下工程支护领域，创造性地提出了适用于复杂条件巷（隧）道的约束混凝土高强支护体系。围绕该支护体系，历经科研攻关和工程实践，研发了系列创新性试验系统，揭示了围岩支护相互作用机理，建立了约束混凝土支护理论与设计方法，形成了成套关键技术、装备及施工工法，攻克了此类工程建设难题，取得如下创新性成果：

1、研发了围岩支护状态探测系统与全比尺拱架力学试验系统，突破了围岩实时测试及现场拱架围岩压力定量施加等关键试验技术，揭示了复杂条件巷（隧）道围岩-支护相互作用全过程演化机理及高强控制机制。

2、基于"高强、完整、让压"耦合支护理念，首创了约束混凝土支护体系，通过系列试验明确了约束混凝土拱架钢混耦合效应及关键部位强化机制，建立了拱架内力与承载能力计算方法，形成了约束混凝土支护理论及设计方法。

3、研发了约束混凝土定量让压拱架、增阻让压锚杆及高效预紧装置等系列关键技术，创建了矿山巷道"内-中-外"支护体系施工工艺，形成了约束混凝土支护体系成套施工工法，攻克了复杂条件围岩控制难题。

研究成果在赵楼煤矿、梁家煤矿及港沟隧道、龙鼎隧道等数十个复杂条件地下工程中成功应用，取得了显著的经济和社会效益。

本项目获得国家发明专利22项，省部级工法3项；发表论文77篇，其中SCI收录18篇，EI收录51篇。项目技术应用通过了由中国工程院王梦恕院士、杨秀敏院士和任辉启院士为主任的专家组论证，论证结论为：该体系能够更好的控制围岩变形，是安全、高效、经济的支护体系。项目成果通过了由蔡美峰院士为主任的科技成果鉴定，鉴定结论为：总体技术达到国际领先水平。

该项目为解决复杂条件地下工程围岩控制难题提供了理论和技术支撑，促进了地下工程支护技术革新，具有广阔的应用前景。

五、主要完成单位及创新推广贡献

1、山东大学排名：1

项目负责单位，全面负责项目研究工作。主要科技贡献包括：

（1）研发了围岩支护状态探测系统与全比尺拱架力学试验系统；

（2）基于围岩承载结构失效机理，创立了约束混凝土高强支护体系；

（3）提出了约束混凝土支护理论及设计方法；

（4）创建了矿山巷道“内-中-外”支护体系施工工艺，形成了约束混凝土支护体系施工工法；

（5）项目总结、分析、撰写研究成果。

主持了研究成果在多个矿山巷道工程及交通隧道工程中的应用和推广工作。

2、济南大学排名：2

主要科技贡献包括：

（1）开展了隧道约束混凝土拱架1:1室内试验；

（2）明确了不同类型、不同形式拱架的变形破坏机制与力学特性，得到了拱架承载能力计算方法；

（3）协助第1完成单位研发了让压拱架拼装、核心混凝土灌注等约束混凝

土支护体系成套施工技术；

（4）协助第1完成单位明确了复杂条件交通隧道围岩破坏及支护体系失效机理。

3、山东建筑大学排名：3

主要科技贡献包括：

（1）协助第1完成单位研发了增阻让压锚杆及高效预紧装置等关键技术；

（2）协助第1完成单位明确了复杂条件巷道围岩破坏及支护体系失效机理；

（3）协助第1完成单位研发了约束混凝土支护体系关键技术；

（4）协助第1完成单位建立了约束混凝土支护体系成套施工工艺。

4、山东天勤矿山机械设备有限公司排名：4

主要科技贡献包括：

（1）协助第1完成单位研发了全比尺拱架力学试验系统，研制了反力装置、荷载施加装置和组合调整垫块等，开展了拱架室内试验；

（2）协助第1完成单位推进了约束混凝土支护体系在矿山和隧道工程的应用；

（3）协助第1完成单位研发了围岩支护状态探测系统。

5、中国矿业大学排名：5

主要科技贡献包括：

（1）协助第1完成单位明确了约束混凝土支护体系现场设计参数选取依据；

（2）协助第1完成单位推进了研究成果在矿山巷道工程的推广与应用。

6、山东科技大学排名：6

主要科技贡献包括：

（1）协助第1完成开展了约束混凝土拱架1:1室内试验，明确了约束混凝土拱架力学性能；

（2）协助第1完成单位建立了约束混凝土拱架内力与承载能力计算方法。

六、推广应用情况

本项目先后在赵楼煤矿、梁家煤矿及港沟隧道、龙鼎隧道等数十个复杂条件地下工程中进行推广应用，解决了复杂条件地下工程围岩的变形和破坏问题，保证了该类工程的施工安全性，提高了施工效率及工程质量。

七、曾获科技奖励情况

八、主要知识产权证明目录

九、主要完成人情况表

1、姓名：王琦排名：1

工作单位：山东大学

完成单位：山东大学

对本项目技术创造性贡献：（1）确定了项目整体研究思路，完成了整体研究方案的制定；（2）研发了围岩支护状态探测系统与全比尺拱架力学试验系统；（3）建立了约束混凝土支护体系；（4）研发了支护体系成套施工技术，主持开展了现场试验及应用推广。

2、姓名：江贝排名：2

工作单位：济南大学

完成单位：济南大学

对本项目技术创造性贡献：（1）完成了约束混凝土构件及拱架室内试验方案制定工作；（2）创立了隧道约束混凝土体系的设计方法；（3）开展了隧道约束混凝土拱架1:1室内试验；（4）研发了隧道约束混凝土支护体系关键技术。

3、姓名：李为腾排名：3

工作单位：山东科技大学

完成单位：山东科技大学

对本项目技术创造性贡献：（1）明确了复杂条件地下工程软弱围岩破坏及控制机制；（2）创立了矿山巷道约束混凝土体系的设计方法；（3）开展了矿山约束混凝土支护的现场试验工作，形成了约束混凝土支护体系现场施工工艺。

4、姓名：王洪涛排名：4

工作单位：山东建筑大学

完成单位：山东建筑大学