高地应力隧道卸压支护措施研究现状

国内外对高地应力地下洞室卸压支护的研究已经取得较多研究成果。国内主要是在采矿工程中高地应力巷道卸压支护研究的基础上，对高地应力隧道卸压支护进行继续研究。

高地应力隧道开挖过程中，其围岩压力对隧道周边产生许多不利影响，其中卸压原理为降低隧道周边地应力，使其向岩石内部转移，并减小对隧道周边环境的影响。卸压措施主要有切缝、卸压槽、钻孔、爆破等。在爆破卸压方面的研究较多，例如松动爆破、钻孔爆破等，以及爆破卸压和其他卸压方法的结合应用。Paine和Please（1994）从爆炸动力学和弹性动力学理论方面对爆破卸压的机理进行了研究，得出岩石产生裂隙是由爆炸冲击波与爆生气体的共同作用，应力集中在裂隙尖端，促使裂隙继续扩展，导致卸压孔周边形成径向“之”字形交叉的裂隙网。

Roest（1985）对运用巷道围岩卸压圈来保障高地应力巷道的稳定性进行了研究，结果表明在高地应力巷道实行应力转移技术，可以达到降低巷道周边围岩应力，改变围岩应力路径，进而确保巷道稳定。

Jiang（1996）分析了高地应力巷道工程特点、局部弱化控制围岩应力状态的基本思想以及钻孔爆破成缝卸压保护的原理，运用数值方法进行研究，得出巷道钻孔爆破成缝可以直接形成外承载圈和内卸压圈来充分调节岩体机能，合理分配载荷，对改变侧壁、底板的应力路径和围岩变形具有良好的效果。此外，还介绍了几个参数的初步研究成果，指出高地应力巷道围岩稳定性控制应由目前的支护理论发展形成应力控制与支护理论。

谢飞鸿（2001）将爆破卸压法应用于甘肃华亭矿务局杨家沟煤矿巷道围岩的支护中，取得了良好效果，与加强支护维护高应力巷道的方法相比，卸压支护技术可以降低维护成本，提高工程施工的安全性。

张向阳等（2009）研究了高地应力岩石巷道钻孔爆破卸压技术，采用数值模拟方法确定爆破卸压的方案，并将其应用到工程实际。结果表明，随着时间的推移，与未试验巷道变形速度对比，试验巷道变形速度较缓且逐渐降低。试验巷道顶底板和侧壁的变形得到了有效控制且变形量明显减小，进而证明钻孔松动爆破卸压技术可以有效地降低巷道周边围岩应力，改善高地应力集中现象，改变巷道的应力路径。

陈国庆等（2008）分析了掌子面上布置应力释放孔爆破卸压来防治岩爆的效果，得出应力释放孔布置优化方案。结合锦屏二级水电站辅助洞围岩的脆性破坏工程，提出了防治工程措施。实践证明，防治对策完全可以应用于工程实际，对施工具有一定的实际意义。支护结构理论与岩石力学的发展有着密切的关系，支护结构设计方法可以归纳为参照过去工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法：以现场量测和实验室试验为主的实用设计模型，比如收敛-限制法；作用与反作用模型，像弹性地基圆环计算和地基框架计算等计算法；连续介质模型，包括解析法和数值分析法。高地应力下隧道开挖过程中，对支护体系要求比较严格，现代支护设计理论是随着锚杆和喷射混凝土等现代支护结构的大量使用，以及与此相应新奥法隧洞设计施工方法的兴起而发展起来的，它以岩石力学原理为基础，考虑了支护与围岩的共同作用。

程庆国等（2000）提出了钢纤维的基本理论，并且在深埋隧道施工中体现出优越性。

刘明高等（2006）分析了钢纤维喷射混凝土的作用机理、钢纤维的韧性以及新奥法锚喷支护的几种主要力学性能，并应用在隧道工程中，得出钢纤维喷射混凝土可以很好地应用在隧道新奥法技术中，是较为理想的衬砌材料。Gunnar（1978）应用弹性理论中的Mindlin解来分析预应力锚杆的加固机理。(www.xing528.com)

Selvadurai（1979）、林世胜和朱维申（1983）利用黏弹性力学分析了锚杆及围岩的应力状态。

Grasselli（2005）通过试验和有限元法研究了锚杆轴向应变和剪切应变随锚杆长度的变化规律。

Chanrour和Ohtsu（1995）使用边界元法研究了锚杆的拔出过程，给出一个公式，用来计算锚杆极限抗拉力。

Kim（2003）用杆系有限元法模拟锚杆的受力特点，土-锚固体界面和钢筋-锚固面都使用理想弹塑性本构关系，得到锚杆轴力和剪力沿锚固段长度分布的曲线。

陈仲先和汤雷（2000）通过大量的原型监测数据，研究了大型地下洞室的位移特性、锚杆应力特性及其变化规律，分析了对围岩位移和锚杆应力的影响因素。

姜清辉和王书法（2006）提出了三维数值流形方法中锚杆的计算模型，并给出了相应的算法和公式，能较好地反映加锚岩体的变形行为和锚杆的加固效果。

上述高地应力隧道卸压支护措施方面的研究，大部分是对单一措施的研究。本书主要采用数值模拟方法，建立高地应力隧道开挖数值模型，选取几种具有代表性卸压支护措施进行模拟分析，确定卸压支护措施解决围岩应力集中与变形大的可行性与效果。