本发明涉及围岩控制和加固领域，具体而言，涉及一种软破岩体硐室加固结构和方法。

背景技术：

1、大型硐室往往是矿山建设中重要的人员、通风、设备、材料运输通道和提矿通道，其稳定性状态严重制约矿山的生产和安全。有些矿山不可避免地将大型硐室建立在地质条件复杂、围岩稳定性差的软破岩体中，这些存在于软破岩体中的大型硐室，呈现出流变大变形和垮塌大变形等复杂的破坏形式，而且越大的暴露空间，变形破坏越严重。随着硐室变形持续发展，硐室外围岩体的松动范围和深度变大，其加固治理的难度极大。

2、经发明人研究发现，目前代表性技术的大型破碎硐室加固主要通过注浆加固岩体、锚网喷、长锚索等单一及组合方法，能够控制围岩相对比较好的大型硐室的小范围内的岩体。现有技术未考虑不同深度及不同支护强度需求的大范围软破围岩加固，由于其加固的范围有限和支护的强度不足，不能解决软破岩体中大型硐室的大范围岩体稳定性控制问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种软破岩体硐室加固结构和方法，其能够针对已经发生混凝土结构局部开裂、预期发生持续大变形的软破岩体中建造的大型硐室或硐室群，解决其大区域稳定性控制问题，并且考虑不同区域已出现的不同变形程度的分类控制，使加固后硐室变形得到有效控制。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种软破岩体硐室加固结构，包括：

4、第一层加固结构，所述第一层加固结构为硐室外围不同厚度的注浆岩体联合组成，所述注浆岩体上具有多个第一次预应力锚索孔和多个第二次预应力锚索孔；

5、第二层加固结构，所述第二层加固结构包括混凝土衬砌层和多根锚杆，所述混凝土衬砌层设置在所述硐室的内表面，多根所述锚杆穿过所述混凝土衬砌层并插入所述第一层加固结构中；

6、第三层加固结构，所述第三层加固结构包括多个第一层位释能钢板和多根第一次预应力锚索，多个所述第一层位释能钢板紧贴在所述混凝土衬砌层的内表面，多个所述第一次预应力锚索的一端一一对应的设置在多个所述第一次预应力锚索孔中，另一端设置在多个所述第一层位释能钢板上并将多个所述第一位层释能钢板连接在一起；

7、第四层加固结构，所述第四层加固结构包括多个第二层位释能钢板和多根第二预应力锚索，多个所述第二层位释能钢板紧贴在多个所述第一层位释能钢板上，多个所述第二次预应力锚索的一端一一对应的设置在多个所述第二次预应力锚索孔中，另一端设置在多个所述第二层位释能钢板上并将多个所述第二层位释能钢板连接在一起。

8、在可选的实施方式中，所述注浆岩体是通过所述第一次预应力锚索孔和所述第二次预应力锚索孔对硐室周围不同深度的软破岩体注入注浆材料构成。

9、在可选的实施方式中，所述注浆材料由普通硅酸盐水泥、纳米级沸石、膨胀剂和减水剂按照比例制成，且注浆后形成的结石体无收缩。

10、在可选的实施方式中，所述第一次预应力锚索的长度长于或者短于所述第二次预应力锚索的长度，避免第一次预应力锚索的长度与所述第二次预应力锚索的长度相等形成应力集中，对硐室外围深部岩体造成破坏。

11、在可选的实施方式中，所述第一次预应力锚索包括小吨位锚索和中吨位锚索，所述中吨位锚索设置在所述硐室的侧墙的中位线位置、顶板的中位线位置和地板的中位线位置，所述小吨位锚索设置在所述硐室的其余位置；所述第二次预应力锚索采用大吨位锚索。

12、在可选的实施方式中，所述小吨位锚索的锚固深度小于所述中吨位锚索的锚索深度8~10m。

13、在可选的实施方式中，所述中吨位锚索的锚固深度小于所述大吨位锚索的锚固深度8~10m。

14、第二方面，本发明提供一种软破岩体硐室加固方法，包括以下步骤：

15、步骤1：在硐室侧墙按照设计参数向软破岩体施工多个第一次预应力锚索孔和多个第二次预应力锚索孔；

16、步骤2：在所述第一次预应力锚索孔和所述第二次预应力锚索孔内，安放第一次预应力锚索和第二次预应力锚索；

17、步骤3：通过所述第一次预应力锚索孔和所述第二次预应力锚索孔，向软破岩体进行高压注浆形成注浆岩体；

18、步骤4：待高所述注浆岩体达到设计要求强度后，安装第一层位释能钢板，通过所述第一层位释能钢板将所述第一次预应力锚索在全空间范围内连在一起，并按照设计锁定值进行张拉锁定；

19、步骤5：在第一层位释能钢板上安装第二层位释能钢板，通过所述第二层位释能钢板将所述第二次预应力锚索在全空间范围内连在一起，并按照设计锁定值进行张拉锁定。

20、在可选的实施方式中，步骤3中，向所述第一次预应力锚索孔注浆时压力采用3mpa以下的压力值，向所述第二次预应力锚索孔注浆时压力应采用3mpa以上的压力值。

21、在可选的实施方式中，步骤4中，所述第一层位释能钢板在相邻搭接处要弯折成弧度并留有距离，可控的释放软破岩体硐室加固结构中潜在的变形能。

22、本发明实施例的有益效果是：

23、本技术实现要素：提供的一种软破岩体硐室加固结构，主要针对已经发生混凝土结构局部开裂、预期发生持续大变形的软破岩体中建造的大型硐室或硐室群，能够解决其大区域稳定性控制问题，并且考虑不同区域已出现的不同变形程度的分类控制，使加固后硐室变形得到有效控制。本发明以提高围岩自身承载能力为主，通过硐室外围不同厚度的注浆岩体、混凝土衬砌层和多根锚杆、多个第一层位释能钢板和多根第一次预应力锚索、多个第二层位释能钢板和多根第二预应力锚索，实现对软破岩体的四层支护，形成的多层硐室加固结构，既促进了围岩自身强度的有效发挥，又有序可控释放了围岩中的部分变性能，同时第一次和第二次预应力锚索布置结构起到了减跨和对破坏围岩加固增强作用，加固后软破大型硐室的变形得到有效控制，可以彻底保障其永久工程长期正常使用。

24、本发明内容提供的一种软破岩体硐室加固方法，一方面，施工工艺相对简单，施工效率较高，施工对围岩的扰动影响小，可以尽可能较少工程投资和工程施工期，安全效益显著。另一方面，采用本发明提出的软破岩体硐室加固方法，充分利用围岩自身承载能力，同时兼顾控制流变大变形和垮塌大变形两种变形形式，考虑不同区域已出现的不同变形程度的分类控制，加固后硐室变形得到有效控制，可以彻底保障其永久工程长期正常使用。

技术特征：1.一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，所述注浆岩体是通过所述第一次预应力锚索孔和所述第二次预应力锚索孔对硐室周围不同深度的软破岩体注入注浆材料构成。

3.根据权利要求2所述的一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，所述注浆材料由普通硅酸盐水泥、纳米级沸石、膨胀剂和减水剂按照比例制成，且注浆后形成的结石体无收缩。

4.根据权利要求1所述的一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，所述第一次预应力锚索的长度长于或者短于所述第二次预应力锚索的长度，避免第一次预应力锚索的长度与所述第二次预应力锚索的长度相等形成应力集中，对硐室外围深部岩体造成破坏。

5.根据权利要求1所述的一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，所述第一次预应力锚索包括小吨位锚索和中吨位锚索，所述中吨位锚索设置在所述硐室的侧墙的中位线位置、顶板的中位线位置和地板的中位线位置，所述小吨位锚索设置在所述硐室的其余位置；所述第二次预应力锚索采用大吨位锚索。

6.根据权利要求5所述的一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，所述小吨位锚索的锚固深度小于所述中吨位锚索的锚索深度8~10m。

7.根据权利要求5所述的一种软破岩体硐室加固结构，其特征在于，所述中吨位锚索的锚固深度小于所述大吨位锚索的锚固深度8~10m。

8.一种软破岩体硐室加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种软破岩体硐室加固方法，其特征在于，步骤3中，向所述第一次预应力锚索孔注浆时压力采用3mpa以下的压力值，向所述第二次预应力锚索孔注浆时压力应采用3mpa以上的压力值。

10.根据权利要求8所述的一种软破岩体硐室加固方法，其特征在于，步骤4中，所述第一层位释能钢板在相邻搭接处要弯折成弧度并留有距离，可控的释放软破岩体硐室加固结构中潜在的变形能。

技术总结本发明提供一种软破岩体硐室加固结构和方法，涉及围岩控制和加固领域，本发明以提高围岩自身承载能力为主，通过硐室外围不同厚度的注浆岩体、混凝土衬砌层和多根锚杆、多个第一层位释能钢板和多根第一次预应力锚索、多个第二层位释能钢板和多根第二预应力锚索，实现对软破岩体的四层支护，形成的多层硐室加固结构能够针对已经发生混凝土结构局部开裂、预期发生持续大变形的软破岩体中建造的大型硐室或硐室群，解决其大区域稳定性控制问题，并且考虑不同区域已出现的不同变形程度的分类控制，使加固后硐室变形得到有效控制。技术研发人员：于世波,余天成,刘晓宇,何宗潮,原野,张贤,唐进受保护的技术使用者：矿冶科技集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/14

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