薄壁钢管混凝土巷道支护的研究
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［19 ］
． 目前， 国内外对于薄壁钢管混凝土的
研究主要集中在确定管壁壁厚界限、 力学性能以及 提高其力学性能的构造措施几个方面 ． 2． 1 试验研究 20］ 文献［ 进行了方钢管混凝土轴压、 纯弯和偏
． 松动圈的厚度 （ Lp ） 是围岩强度和地
［10 ］
应力的综合指标， 以此为参数确定支护手段能有效 避免原岩应力和围岩体强度测试的困难 ． 文献 ［ 11］ 提出主次承载区协调作用的理论， 认为围岩的 稳定取决于主次承载区的协调作用结果， 是对松动 同时也体现了新奥法的动 圈支护理论的重要补充， 态设计思想． 耦合支护理论由何满潮提出， 它基于软岩变形 的力学机制且主要采用锚 － 网 － 索组合的支护手 段， 必要时增加可缩性钢架． 耦合支护要求支护的强 度、 刚度、 变形要与围岩的特性相协调， 最大限度发 挥围岩自承能力， 实现支护一体化、 荷载均匀化和保 持巷道稳定
［12 ］
压荷载下的力学试验， 结果表明， 即使宽厚比 （ B / t ） 100 ， 达到 方钢管混凝土的延性和后期承载力仍较 21］对圆形、 好． 文献［ 方形以及八边形薄壁钢管混 凝土短柱进行了轴压试验， 结果表明， 圆钢管混凝土 试件在达到极限承载力以前钢管未发生局部屈曲 ， 而其他 两 种 截 面 试 件 在 达 到 极 限 荷 载 的 26% ～ 65% 时表面即发生局部屈曲， 这说明内填混凝土对 22］ 进 提高圆钢管的局部稳定作用比较明显． 文献［ 行了方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压试 验， 结果表明， 试件在破坏前均发生了钢管的局部屈 曲， 方形薄壁钢管混凝土表现为弯曲屈曲破坏 ， 而八 23］ 边形柱表现为强度破坏． 文献［ 对内部焊有纵向 加劲肋的薄壁方钢管混凝土进行了轴压试验 ， 并对 比了无肋试件的受力性能， 结果表明， 纵向加劲肋的 存在能延缓方钢管的局部屈曲， 提高试件的承载力． ［ 24 ］ 、 文献 分别进行了无肋 单向直肋、 双向直肋以 及斜肋方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压 、 偏压试验， 并采用正交试验设计和多元回归方法分析了初始偏 心距和直肋集合长度对试件极限承载力的影响 ， 结 果表明， 直肋和斜肋均能有效改善薄壁钢管混凝土 25］ 的力学性能． 文献［ 对不同形式的薄壁钢管混凝 土进行了轴压和偏压试验， 研究了截面形式 （ 圆形 和方形） 、 有无加劲肋、 钢材屈服强度、 混凝土抗压 强度， 长细比等一系列参数对构件性能的影响 ， 结果 表明， 对于轴压试件， 相比较增大加劲肋尺寸或数 量、 采用锯齿形加劲肋的方法， 在加劲肋上焊接钢筋 而对于偏压试件， 设置加劲 能更好地改善试件延性， 肋并不能显著提高试件延性； 在混凝土中掺加钢纤 维是有效改善试件延性的方法， 但该方法不能延缓 试件发生局部屈曲． 2． 2 理论研究 26］采用能量法划分了薄壁方钢管混凝 文献［
［2 ］
弹塑性支护理论是现代岩土力学中典型的支护 理论， 该理论认为巷道支护的对象是围岩的弹塑性 4 － 6］运用 变形和处于弹塑性状态的围岩． 文献［ Mohr － Coulomb 准则、 Drucker － Prager 或岩石峰后 应变软化本构模型对巷道支护荷载和围岩承载结构 进行了数值分析． 著名的围岩响应曲线是建立在弹 7］指出形成该曲线的 塑性理论基础上的， 但文献［ 卡斯特纳方程不具有工程实际意义， 因此运用该曲 线进行支护时机的判断不合理． 新奥法在目前国内外的隧道工程中被广泛采
+ 中图分类号： TU94 2
文献标志码： A
巷道开挖后， 原有的 3 向平衡应力状态遭到破 坏， 岩体内部发生应力重分布从而引起了围岩的变 形和位移． 对于强度高、 整体性好的岩体， 变形发展 到一定程度会自动停止， 即围岩可以实现自稳； 而大 尤其对于高地 多数煤矿巷道围岩的地质条件复杂， 若不及时对其进行有效的支护， 岩体 应力软岩巷道， 变 形 将 自 由 发 展， 最终导致巷道的整体失稳破 坏
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报
2010 年 12 月
用， 它与传统理论的区别是不将围岩视为荷载 ， 而是 将其作为一种承载机构， 支护的目的是保持围岩与 支护的共同变形， 最大限度利用围岩自承能力， 其主 8］总结了运 要支护手段是锚杆 + 喷混凝土． 文献［ 用新奥法对软岩、 大跨度围岩进行支护的成功经验 ， “少扰动、 ． 虽然 即要做到 早喷锚、 勤测量、 紧封闭 ” 该理论将围岩与支护视为一个相互作用的整体 ， 但 在考虑围岩稳定问题时， 仍然采用传统的“荷载 － 结构” 模式， 缺少明确的设计理论和方法． 松动圈支护理论由董方庭提出， 认为支护的作 用是限制围岩松动圈形成过程中碎胀力所造成的有 而不是阻止围岩的松动破坏， 这与弹塑性理 害变形， 论完全不同
［9 ］
2
薄壁钢管混凝土的研究现状
薄壁钢管混凝土是在薄壁钢管中填充高性能混 凝土形成的构件， 与普通钢管混凝土相比， 其主要特 点是管壁薄， 可有效减少用钢量和焊接工作量 ， 降低 工程造价． 钢管混凝土受压时两种材料在力学性能 ， 上表现出“共生现象 ” 能有效提高混凝土的强度、 塑性和韧性， 延缓局部屈曲， 从而保证材料性能得到 充分发挥
4
结
语
3
最终构件由于变形太大丧失稳定 ． 结果表明， 钢管混 凝土支架具有较大的承载力和变形能力且弹塑性性 能良好， 符合地下结构支护的要求； 支架以大偏心受 压为主， 钢管各截面环向拉应变均匀； 利用钢管混凝 土构件承载力计算公式计算圆弧形钢管混凝土的承 载力， 计算结果为试验结果的 0． 826 ， 有较大的安全 储备． 拱脚、 拱顶等处偏心受力严重， 易发生连接破 坏， 在实际工程中需采取适当的加固措施 ． 31］运用结构力学的方法分析了圆弧形 文献［ 钢管混凝土在径向荷载作用下的受力情况 ， 并结合 工程实际将其与 H 型钢支架进行了用钢量和施工 方面的比较． 结果表明， 采用相同设计形式时， 钢管 混凝土支架的承载能力比型钢支架大， 而总用钢量 35． 5% ， 而且可以降低劳动强度和 仅为型钢支架的 加快施工进度． 目前， 除钢拱架支护外， 其他支护方式存在湿作 业多、 耗时长、 污染重等缺点． 而以 U 型钢拱架为主 的型钢支护也存在与围岩结合不密切、 不能有效发 挥承载力、 易发生侧向失稳且与围岩共同作用小等 ［32 ］ 问题 ．
第 31 卷第 6 期 2010 年 12 月
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学wk.baidu.com
报
Vol. 31 No. 6 Dec． 2010
Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
文章编号： 1002 － 5634 （ 2010 ） 06 － 0015 － 04
薄壁钢管混凝土巷道支护的研究
金延俊，侯和涛，邱灿星
（ 山东大学土木工程学院， 山东 济南 250061 ）
摘
要： 简述了现行的几种围岩支护理论及其适用范围， 并对当前所开展的试验研究和有限元分析成果进行
了总结． 理论分析和试验研究表明， 薄壁钢管混凝土具有独特的优越性， 但需要设置合理的构造措施保证其 承载力的稳定发挥． 将薄壁钢管混凝土用于巷道支护， 与普通的型钢支架相比， 具有承载力高、 成本低、 与围 但仍有许多关键技术问题亟待解决， 如薄壁钢管混凝土与围岩的耦合作用 、 适用于 岩的协同作用好等优势， 工程实践的简化计算方法等 ． 最后对今后的研究工作提出了展望 ． 关键词： 薄壁钢管混凝土； 巷道支护； 优越性
第 31 卷第 6 期
金延俊， 等：
薄壁钢管混凝土巷道支护的研究
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土柱截面的不同应力区域并推出了钢管不发生局部 屈曲的临界 k 值（ k 为板件屈曲系数 ） ， 结果表明， 混 凝土强度 及 钢 板 宽 厚 比 对 k 值 的 影 响 不 大． 文 献 ［ 27］ 采用有限条法计算出了钢管混凝土轴压构件 28］采用 STRAND6． 1 有限元软 的板件 k 值． 文献［ 件分析了薄壁方钢管混凝土柱屈曲后的力学性能 ， 利用一个八节点二次板模型来计算钢板的局部屈曲 位移， 板件服从 Von － Mises 屈服准则并假设为四边 模型分析了构件几何缺陷、 残余应力以及宽厚 固定， 比对钢管局部屈曲性能的影响并得出了钢管局部屈 25］ 曲后板件有效宽度的计算公式． 文献［ 分别采用 纤维模型法和 ABAQUS 有限元分析法研究了薄壁 钢管混凝土轴压、 偏压条件下的荷载 － 变形关系和 工作机理， 相比较纤维模型法， 有限元方法能更准确 3 地计算钢管和混凝土单元的 向应力以及模拟初始 缺陷和残余应力， 模型中钢管和加劲肋采用四节点 减缩积分格式的壳单元 （ S4R ） ， 厚度方向采用 9 个 积分点的 Simpson 积分， 核心混凝土采用八节点线 性缩减积分的三维实体单元 （ C3D8R ） 模拟并选择 Concrete Plastic Damage 模型描述混凝土的非线性行 理论计算结果与试验结果能较 为； 结 果 表 明， 好吻合．
［3 ］
． 因此， 如何选择合理的支护手段和设计方法
．
保证围岩长期稳定并有效提高施工效率和经济性成 为目前众多学者的研究课题． 支护方法按照作用机 理不同可分为表面支护法和内部加固法． 前者设置 在开挖表面限制开挖边界位移， 如各种支架支护、 砌 碹、 混凝土衬砌等； 后者插入或灌入巷道内部实现煤 岩体自稳， 主要有锚杆、 锚索、 注浆等
［1 ］
1
围岩 － 支护理论的研究
目前， 国内外形成了几套比较完整支护理论体
系： 散体支护理论、 弹塑性支护理论、 新奥法支护理 松动圈支护理论和耦合支护理论 ． 论、 散体支护理论仅用简单的指标反映复杂围岩且 忽略了围岩变形的因素， 不能解释高应力区的一些 仅在浅部工程中有一定的应用价值 工程现象，
． 文献［ 13］介绍了运用耦合支护理
论对高应力软岩巷道进行支护， 能够较好地发挥支 护的承载能力并充分调动深层围岩的强度 ， 支护成 14］提出了耦合支护的基本思路， 本降低． 文献［ 运 用有限元模拟和正交设计法得到的耦合支护参数降 15］采 用 低了 实 际 工 程 的 造 价 和 返 修 率． 文 献 ［ FLAC2D 中的指数模型模拟软岩， 指出合理二次支护 时间应在应力与变形速度趋于稳定的时间段附近 ， 16］ 从而实现支护与围岩的强度耦合． 文献［ 采用有 限元程序 2D － σ 对支护与围岩的耦合作用进行了 数值分析， 结果表明， 耦合支护能减小应力集中范围 和结构整体变形， 围岩应力状态趋于均匀化． 文献 ［ 17］ 运用 ANSYS 对巷道的耦合支护进行了优化设 其中本构模型采用 Drucker － Prager 准则， 并用 计， PLANE42 单元模拟围岩、 LINE1 模拟锚杆和锚索、 BEAM3 模拟钢筋网和喷混凝土， 选择巷道 5 倍距离 作为边界． 结果表明， 提高喷层混凝土的厚度能有效 18］ 提高支护刚度． 文献［ 建立了围岩与支护相互作 用的非线性动力学模型， 该模型可预测围岩与支护 耦合一定时间后各参数的变化规律 ．
． 根据围岩
和支护的相互作用机理， 实际工程中通常将几种支 护手段结合起来， 满足不同条件下的稳定和变形要 各种新型结构被应 求． 随着围岩 － 支护理论的发展， 用到巷道支护中， 如薄壁钢管混凝土拱架．
收稿日期： 2010 － 08 － 30 基金资助： 山东大学自主创新基金自然科学类专项项目（ 2009TS091 ） ． 作者简介： 金延俊（ 1986 —） ， 女， 山东烟台人， 硕士研究生， 主要从事薄壁钢管混凝土支护方面的研究 ． 通讯作者： 侯和涛（ 1970 —） ， 男， 山东沂南人， 副教授， 博士后， 硕导， 国家一级注册结构工程师， 中国钢结构协会结构稳定与疲 劳分会常务理事， 主要从事钢框架稳定与极限承载力验算方法 、 钢结构住宅产业化、 节能复合墙板、 薄壁钢管混凝 土支护、 钢结构高等分析与设计方面的研究 ．
． 目前， 国内外对于薄壁钢管混凝土的
研究主要集中在确定管壁壁厚界限、 力学性能以及 提高其力学性能的构造措施几个方面 ． 2． 1 试验研究 20］ 文献［ 进行了方钢管混凝土轴压、 纯弯和偏
． 松动圈的厚度 （ Lp ） 是围岩强度和地
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应力的综合指标， 以此为参数确定支护手段能有效 避免原岩应力和围岩体强度测试的困难 ． 文献 ［ 11］ 提出主次承载区协调作用的理论， 认为围岩的 稳定取决于主次承载区的协调作用结果， 是对松动 同时也体现了新奥法的动 圈支护理论的重要补充， 态设计思想． 耦合支护理论由何满潮提出， 它基于软岩变形 的力学机制且主要采用锚 － 网 － 索组合的支护手 段， 必要时增加可缩性钢架． 耦合支护要求支护的强 度、 刚度、 变形要与围岩的特性相协调， 最大限度发 挥围岩自承能力， 实现支护一体化、 荷载均匀化和保 持巷道稳定
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压荷载下的力学试验， 结果表明， 即使宽厚比 （ B / t ） 100 ， 达到 方钢管混凝土的延性和后期承载力仍较 21］对圆形、 好． 文献［ 方形以及八边形薄壁钢管混 凝土短柱进行了轴压试验， 结果表明， 圆钢管混凝土 试件在达到极限承载力以前钢管未发生局部屈曲 ， 而其他 两 种 截 面 试 件 在 达 到 极 限 荷 载 的 26% ～ 65% 时表面即发生局部屈曲， 这说明内填混凝土对 22］ 进 提高圆钢管的局部稳定作用比较明显． 文献［ 行了方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压试 验， 结果表明， 试件在破坏前均发生了钢管的局部屈 曲， 方形薄壁钢管混凝土表现为弯曲屈曲破坏 ， 而八 23］ 边形柱表现为强度破坏． 文献［ 对内部焊有纵向 加劲肋的薄壁方钢管混凝土进行了轴压试验 ， 并对 比了无肋试件的受力性能， 结果表明， 纵向加劲肋的 存在能延缓方钢管的局部屈曲， 提高试件的承载力． ［ 24 ］ 、 文献 分别进行了无肋 单向直肋、 双向直肋以 及斜肋方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压 、 偏压试验， 并采用正交试验设计和多元回归方法分析了初始偏 心距和直肋集合长度对试件极限承载力的影响 ， 结 果表明， 直肋和斜肋均能有效改善薄壁钢管混凝土 25］ 的力学性能． 文献［ 对不同形式的薄壁钢管混凝 土进行了轴压和偏压试验， 研究了截面形式 （ 圆形 和方形） 、 有无加劲肋、 钢材屈服强度、 混凝土抗压 强度， 长细比等一系列参数对构件性能的影响 ， 结果 表明， 对于轴压试件， 相比较增大加劲肋尺寸或数 量、 采用锯齿形加劲肋的方法， 在加劲肋上焊接钢筋 而对于偏压试件， 设置加劲 能更好地改善试件延性， 肋并不能显著提高试件延性； 在混凝土中掺加钢纤 维是有效改善试件延性的方法， 但该方法不能延缓 试件发生局部屈曲． 2． 2 理论研究 26］采用能量法划分了薄壁方钢管混凝 文献［
［2 ］
弹塑性支护理论是现代岩土力学中典型的支护 理论， 该理论认为巷道支护的对象是围岩的弹塑性 4 － 6］运用 变形和处于弹塑性状态的围岩． 文献［ Mohr － Coulomb 准则、 Drucker － Prager 或岩石峰后 应变软化本构模型对巷道支护荷载和围岩承载结构 进行了数值分析． 著名的围岩响应曲线是建立在弹 7］指出形成该曲线的 塑性理论基础上的， 但文献［ 卡斯特纳方程不具有工程实际意义， 因此运用该曲 线进行支护时机的判断不合理． 新奥法在目前国内外的隧道工程中被广泛采
+ 中图分类号： TU94 2
文献标志码： A
巷道开挖后， 原有的 3 向平衡应力状态遭到破 坏， 岩体内部发生应力重分布从而引起了围岩的变 形和位移． 对于强度高、 整体性好的岩体， 变形发展 到一定程度会自动停止， 即围岩可以实现自稳； 而大 尤其对于高地 多数煤矿巷道围岩的地质条件复杂， 若不及时对其进行有效的支护， 岩体 应力软岩巷道， 变 形 将 自 由 发 展， 最终导致巷道的整体失稳破 坏
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用， 它与传统理论的区别是不将围岩视为荷载 ， 而是 将其作为一种承载机构， 支护的目的是保持围岩与 支护的共同变形， 最大限度利用围岩自承能力， 其主 8］总结了运 要支护手段是锚杆 + 喷混凝土． 文献［ 用新奥法对软岩、 大跨度围岩进行支护的成功经验 ， “少扰动、 ． 虽然 即要做到 早喷锚、 勤测量、 紧封闭 ” 该理论将围岩与支护视为一个相互作用的整体 ， 但 在考虑围岩稳定问题时， 仍然采用传统的“荷载 － 结构” 模式， 缺少明确的设计理论和方法． 松动圈支护理论由董方庭提出， 认为支护的作 用是限制围岩松动圈形成过程中碎胀力所造成的有 而不是阻止围岩的松动破坏， 这与弹塑性理 害变形， 论完全不同
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薄壁钢管混凝土的研究现状
薄壁钢管混凝土是在薄壁钢管中填充高性能混 凝土形成的构件， 与普通钢管混凝土相比， 其主要特 点是管壁薄， 可有效减少用钢量和焊接工作量 ， 降低 工程造价． 钢管混凝土受压时两种材料在力学性能 ， 上表现出“共生现象 ” 能有效提高混凝土的强度、 塑性和韧性， 延缓局部屈曲， 从而保证材料性能得到 充分发挥
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结
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最终构件由于变形太大丧失稳定 ． 结果表明， 钢管混 凝土支架具有较大的承载力和变形能力且弹塑性性 能良好， 符合地下结构支护的要求； 支架以大偏心受 压为主， 钢管各截面环向拉应变均匀； 利用钢管混凝 土构件承载力计算公式计算圆弧形钢管混凝土的承 载力， 计算结果为试验结果的 0． 826 ， 有较大的安全 储备． 拱脚、 拱顶等处偏心受力严重， 易发生连接破 坏， 在实际工程中需采取适当的加固措施 ． 31］运用结构力学的方法分析了圆弧形 文献［ 钢管混凝土在径向荷载作用下的受力情况 ， 并结合 工程实际将其与 H 型钢支架进行了用钢量和施工 方面的比较． 结果表明， 采用相同设计形式时， 钢管 混凝土支架的承载能力比型钢支架大， 而总用钢量 35． 5% ， 而且可以降低劳动强度和 仅为型钢支架的 加快施工进度． 目前， 除钢拱架支护外， 其他支护方式存在湿作 业多、 耗时长、 污染重等缺点． 而以 U 型钢拱架为主 的型钢支护也存在与围岩结合不密切、 不能有效发 挥承载力、 易发生侧向失稳且与围岩共同作用小等 ［32 ］ 问题 ．
第 31 卷第 6 期 2010 年 12 月
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学wk.baidu.com
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Vol. 31 No. 6 Dec． 2010
Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
文章编号： 1002 － 5634 （ 2010 ） 06 － 0015 － 04
薄壁钢管混凝土巷道支护的研究
金延俊，侯和涛，邱灿星
（ 山东大学土木工程学院， 山东 济南 250061 ）
摘
要： 简述了现行的几种围岩支护理论及其适用范围， 并对当前所开展的试验研究和有限元分析成果进行
了总结． 理论分析和试验研究表明， 薄壁钢管混凝土具有独特的优越性， 但需要设置合理的构造措施保证其 承载力的稳定发挥． 将薄壁钢管混凝土用于巷道支护， 与普通的型钢支架相比， 具有承载力高、 成本低、 与围 但仍有许多关键技术问题亟待解决， 如薄壁钢管混凝土与围岩的耦合作用 、 适用于 岩的协同作用好等优势， 工程实践的简化计算方法等 ． 最后对今后的研究工作提出了展望 ． 关键词： 薄壁钢管混凝土； 巷道支护； 优越性
第 31 卷第 6 期
金延俊， 等：
薄壁钢管混凝土巷道支护的研究
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土柱截面的不同应力区域并推出了钢管不发生局部 屈曲的临界 k 值（ k 为板件屈曲系数 ） ， 结果表明， 混 凝土强度 及 钢 板 宽 厚 比 对 k 值 的 影 响 不 大． 文 献 ［ 27］ 采用有限条法计算出了钢管混凝土轴压构件 28］采用 STRAND6． 1 有限元软 的板件 k 值． 文献［ 件分析了薄壁方钢管混凝土柱屈曲后的力学性能 ， 利用一个八节点二次板模型来计算钢板的局部屈曲 位移， 板件服从 Von － Mises 屈服准则并假设为四边 模型分析了构件几何缺陷、 残余应力以及宽厚 固定， 比对钢管局部屈曲性能的影响并得出了钢管局部屈 25］ 曲后板件有效宽度的计算公式． 文献［ 分别采用 纤维模型法和 ABAQUS 有限元分析法研究了薄壁 钢管混凝土轴压、 偏压条件下的荷载 － 变形关系和 工作机理， 相比较纤维模型法， 有限元方法能更准确 3 地计算钢管和混凝土单元的 向应力以及模拟初始 缺陷和残余应力， 模型中钢管和加劲肋采用四节点 减缩积分格式的壳单元 （ S4R ） ， 厚度方向采用 9 个 积分点的 Simpson 积分， 核心混凝土采用八节点线 性缩减积分的三维实体单元 （ C3D8R ） 模拟并选择 Concrete Plastic Damage 模型描述混凝土的非线性行 理论计算结果与试验结果能较 为； 结 果 表 明， 好吻合．
［3 ］
． 因此， 如何选择合理的支护手段和设计方法
．
保证围岩长期稳定并有效提高施工效率和经济性成 为目前众多学者的研究课题． 支护方法按照作用机 理不同可分为表面支护法和内部加固法． 前者设置 在开挖表面限制开挖边界位移， 如各种支架支护、 砌 碹、 混凝土衬砌等； 后者插入或灌入巷道内部实现煤 岩体自稳， 主要有锚杆、 锚索、 注浆等
［1 ］
1
围岩 － 支护理论的研究
目前， 国内外形成了几套比较完整支护理论体
系： 散体支护理论、 弹塑性支护理论、 新奥法支护理 松动圈支护理论和耦合支护理论 ． 论、 散体支护理论仅用简单的指标反映复杂围岩且 忽略了围岩变形的因素， 不能解释高应力区的一些 仅在浅部工程中有一定的应用价值 工程现象，
． 文献［ 13］介绍了运用耦合支护理
论对高应力软岩巷道进行支护， 能够较好地发挥支 护的承载能力并充分调动深层围岩的强度 ， 支护成 14］提出了耦合支护的基本思路， 本降低． 文献［ 运 用有限元模拟和正交设计法得到的耦合支护参数降 15］采 用 低了 实 际 工 程 的 造 价 和 返 修 率． 文 献 ［ FLAC2D 中的指数模型模拟软岩， 指出合理二次支护 时间应在应力与变形速度趋于稳定的时间段附近 ， 16］ 从而实现支护与围岩的强度耦合． 文献［ 采用有 限元程序 2D － σ 对支护与围岩的耦合作用进行了 数值分析， 结果表明， 耦合支护能减小应力集中范围 和结构整体变形， 围岩应力状态趋于均匀化． 文献 ［ 17］ 运用 ANSYS 对巷道的耦合支护进行了优化设 其中本构模型采用 Drucker － Prager 准则， 并用 计， PLANE42 单元模拟围岩、 LINE1 模拟锚杆和锚索、 BEAM3 模拟钢筋网和喷混凝土， 选择巷道 5 倍距离 作为边界． 结果表明， 提高喷层混凝土的厚度能有效 18］ 提高支护刚度． 文献［ 建立了围岩与支护相互作 用的非线性动力学模型， 该模型可预测围岩与支护 耦合一定时间后各参数的变化规律 ．
． 根据围岩
和支护的相互作用机理， 实际工程中通常将几种支 护手段结合起来， 满足不同条件下的稳定和变形要 各种新型结构被应 求． 随着围岩 － 支护理论的发展， 用到巷道支护中， 如薄壁钢管混凝土拱架．
收稿日期： 2010 － 08 － 30 基金资助： 山东大学自主创新基金自然科学类专项项目（ 2009TS091 ） ． 作者简介： 金延俊（ 1986 —） ， 女， 山东烟台人， 硕士研究生， 主要从事薄壁钢管混凝土支护方面的研究 ． 通讯作者： 侯和涛（ 1970 —） ， 男， 山东沂南人， 副教授， 博士后， 硕导， 国家一级注册结构工程师， 中国钢结构协会结构稳定与疲 劳分会常务理事， 主要从事钢框架稳定与极限承载力验算方法 、 钢结构住宅产业化、 节能复合墙板、 薄壁钢管混凝 土支护、 钢结构高等分析与设计方面的研究 ．