贵州省贵阳市 550081
摘 要：文章讲述了现有隧洞围岩大变形灾害控制材料，并分析NPR锚杆（索）新型支护材料及特性，最后探究以NPR锚杆（索）支护为主体的大变形灾害控制技术及应用。
关键词：隧洞围岩；大变形；灾害防治
1 引言
随着时代的发展，各项建设工程数量增加，比如水利工程、矿山工程等，面对的地质条件也越来越复杂。这些工程建设过程中，有很多都需要进行隧洞工程建设，给工程建设提出了更高的要求。隧洞本身长度较大、埋深大、地质条件复杂，而且施工期间可能出现塌方、带安兴、岩爆等工程地质灾害，影响工程的进行，而且也带来严重的生命安全威胁。基于此，施工单位需要重视对这些灾害的防治工作，本次就分析隧洞围岩大变形灾害的防治措施。
2现有隧洞围岩大变形灾害控制材料
过去进行隧洞内施工，支护措施一般都采取的锚杆（索）支护技术，应用十分普遍，对于浅埋地下工程以及地质条件简单、围岩条件较好的较深埋地下工程中。但随着隧洞施工技术的进步，要求的提升，传统的支护方式已经难以满足隧洞围岩的大变形特征，因此出现很多新的支护材料，可有效控制大变形的发生。对于围岩大变形灾害的被动控制，可以选择钢筋混凝土、钢拱架、注浆加固支护等材料，适用于浅埋地下工程；对于其的主动控制，可以选择锚杆、锚索、挂网、喷护支护等方式，或者选择多种支护方式相结合的方式，适用于深部软岩隧道的稳定性支护；对于其的耦合控制，主要是针对各种支护之间的耦合、支护体与围岩之间的耦合、深部隧洞工程岩体等，实现稳定性控制。
3NPR锚杆（索）新型支护材料及特性
为了更好地控制和预测深部高应力岩爆、大变形和滑坡等工程地质灾害，基于负泊松比（NPR）材料或结构在抗冲击、抗剪切及吸收能量等方面的优异性能，研发具有NPR结构的新型恒阻大变形锚杆/索。NPR指的是某种材料再进行拉伸时，垂直于拉应力方向不发生收缩而是发生膨胀的特性。传统使用的锚杆（索）都是典型的PR材料，也就是说在垂直于拉应力方向会发生收缩，且收缩力度随着材料强度的增加而减小，进而可能导致锚杆（索）断裂等问题。
3.1材料结构及特点
NPR锚杆（索）的材料可以在大变形拉伸过程中，始终产生恒定的支护阻力。这种新材料的核心结构是恒阻装置，而这个装置涉及到阻套管和恒阻体，内外表面都是螺纹结构，这样降低了锚杆的自重；这个装置一般处于锚杆的尾部，托盘和螺母依次安装在这个装置的尾部。因为整体结构是螺纹结构，所以在受到外部轴向拉力大于装置和锚杆之间的静摩擦力时，锚杆杆体和这个装置的位置会发生位移，然后保持恒定的工作阻力。NPR锚杆（索）的具体材料型号主要有三种，NPR-13-1、NPR-20-1、NPR-35-1，拉伸变形量都是500-1000mm，但恒阻值分别是130KN、200KN、350KN。
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NPR锚杆（索）的新材料，主要有如下几个特点：具有大变形特征，可以“抗中有让，让中有抗，恒阻防断”；如果软岩隧洞出现大变形，材料可以保证恒定工作阻力在120KN以上；在恒定工作阻力下，大变形锚杆的变形量可以达到300-1000m；在使用寿命到达期限之后，整个设备可以进行回收循环使用；主要应用在深部工程软岩大变形、岩爆大变形等各类大变形灾害中，可以实现大变形灾害的有效控制。
3.2 支护原理
地下工程开工之后，自然会破坏岩石本身的力学平衡，这一方面会调整围岩应力，使围岩本身因为力学属性无法承受应力集中，继而产生拉力区或者塑性区；另一方面是施工会造成围岩松弛，再加上地质条件本身，导致围岩的稳定度降低。考虑到这些，在围岩没有受到更大的破坏之前，需要及时采取支护措施，提高围岩强度，保证围岩的稳定性。在这个过程中，NPR锚杆（索）的支护原理：在弹性变形阶段，围岩变形量会加到锚杆杆体上，如果变形量较小，施加的轴力低于锚杆的恒阻力，此时恒阻装置不会出现位移，依靠本身锚杆材料的弹性抵抗变形力；在结构变形阶段，围岩的变形量逐渐累加，施加到锚杆杆体上的轴力逐渐超过恒阻力，此时恒阻装置内部的恒阻体会沿着套管内壁的方向出现摩擦滑移，但在滑移过程中依然存在恒阻特性，此时是依靠装置本身的结构变形抵抗围岩的变形力；在极限变形阶段，围岩的变形量更大，变形力充分释放，此时外部荷载小于恒阻力，恒阻体停止摩擦滑移，围岩再次保持稳定。简单点说，在围岩遭到破坏出现变形时，锚杆本身可以吸收围岩的变形力，使围岩中的能量释放，就算是锚杆出现结构变形，也能在一定程度内保证稳定的变形量和恒定的工作阻力，从而保持围岩的稳定性。
3.3力学特性
有相关力学实验研究表明，NPR锚杆（索）的恒阻值在200kn、350kn时，恒阻运行长度均超过1000mm；可以在恒定支护阻力的支持下承受多次冲击，不会出现断裂，而且可以快速吸收冲击能量，具有高超的力学性能。
4以NPR锚杆（索）支护为主体的大变形灾害控制技术及应用
4.1 大变形灾害控制技术
在地下工程施工时，经常因为围岩被破坏而出现大变形灾害，此时就需要有效的支护技术，支撑围岩的稳定性。对于岩爆及冲击地压灾害来说，NPR锚杆（索）的应用比较有效，可以在该设备基础上实现工作面切顶卸压防冲控制操作。因为冲击地压一般发生在回采巷道，而且主要表现为沿空顺槽，出现事故的原因主要是煤层回采之后，工作面前方和两侧的煤体内引起采动叠加高应力集中，在这个应力集中的基础上出现大变形。基于此，在此时实施NPR锚杆（索）支护技术，对回采巷道采空区侧顶板爆破预裂切缝，这样在回采过程中可以沿切缝自动切落，以此切断回采动压向工作面两侧煤壁传递，同时还可以形成下一个工作面的回采巷道。对于深井软岩巷道围岩大变形及塌方灾害来说，借助NPR锚杆（索）支护技术，提出预留变形量释放围岩内部积聚的变形能量，借助高预应力提高围岩强度，在这个过程中，NPR锚杆（索）可以实现这些变形能量的释放控制，进而保证巷道的稳定性。
4.2 应用
NPR锚杆（索）支护技术的应用目前来说比较普遍，比如说四川芙蓉白皎矿、辽宁沈阳清水矿、甘肃平凉新安矿、山东龙口北皂矿等都有所应用。该技术可行性高、经济适用性强，安全且可靠。
5结语
NPR锚杆（索）支护技术是新时期应对隧洞围岩大变形灾害的防治有效对策之一，在各大隧洞工程都有广泛使用，尤其是煤矿上，应用普遍，具有良好的支护能力。
参考文献：
[1]李永兵.隧洞围岩大变形灾害防治对策探讨[J].西部探矿工程,2018,（4）:189-192.
论文作者:张楠
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/14
标签：围岩论文; 隧洞论文; 锚杆论文; 灾害论文; 材料论文; 阻力论文; 应力论文; 《科技新时代》2019年6期论文;