[摘要]针对软岩层巷道支护问题，通过分析巷道围岩应力和围岩变形关系，并应用有限元数值分析法确定支护系统的合理工况点，提高锚杆支护系统的安装预应力，充分发挥锚杆系统主动支护作用，减小围岩松动圈半径，减少拉应力区，保证了锚杆都能均匀受力，实现了锚杆与锚索的变形协调，达到耦合支护的目标，并采用注浆辅助支护，实现对巷道围岩的有效控制。
前言
巷道掘进遇到复杂地质条件及软岩影响时，尤其是大型硐室施工时，原支护系统不能对巷道围岩进行有效控制，造成巷道变形破坏严重，甚至导致围岩变形加剧，支护失效。为此我们对软岩层巷道支护与治理进行研究，总结了采用高强预应力锚杆、鸟窝锚索联合支护和注浆辅助支护工艺在解决软岩层巷道支护问题中的实践经验。
1软岩巷道支护失效原因分析
1.1地质条件的影响。复杂地质条件及软岩层巷道围岩强度低，松散破碎，且具有高饱和吸水性、较强的膨胀性和流变性，不能承受较大的压力。
1.2巷道掘进支护工艺的影响。
（1）钻爆法掘进施工产生的冲击波对围岩的破坏性大，易造成表层围岩崩解，增大围岩松动圈。
（2）一般锚喷支护系统的安装应力低，托盘和杆体强度小，抗干扰能力和变形协调性差，很难发挥主动支护的作用。
（3）永久支护不及时，“三径”（眼孔直径、锚杆直径、药卷直径）问题，安设角度，眼孔处理，药卷的搅拌时间，特别是锚杆安装的预紧力不够等，大大影响了锚杆的支护质量。
2软岩巷道锚杆（锚索）支护系统的分析与研究
软岩巷道的破坏形式一般为高地应力软岩破坏显现。必须对围岩应力-变形情况进行研究，找出锚杆支护系统最佳工况点，设计合理的锚杆支护系统。
2.1锚杆（锚索）支护参数设计要满足的三点要求
（1）安装应力。锚杆的安装应力是控制围岩早期变形的重要参数，安装应力过小会使围岩发生过大的早期变形，松散破碎圈增大，引起顶板破碎，锚杆受力增加。
（2）支护强度。在高地应力条件下，支护强度必须提高，单根锚杆的强度要加大，使其与高地应力环境相适应。
（3）让压和均压性能。锚杆必须具有控制变形让压和均压性能。
2.2最佳组合梁（拱）原理
为了使组合梁（拱）达到其最佳强度，应选择合理的锚杆类型和锚杆系统的安装应力；且能够减少或消除顶板的拉应力区。
2.3支护系统合理工况点的确定
围岩的变形大小和破坏程度存在着一定的关系，巷道支护的目的是为了在保证围岩不破坏的条件下控制部分的围岩变形而允许有一定的变形产生，从而经济有效地设计支护系统。
通过分析围岩应力和围岩变形关系并应用有限元数值分析法得到围岩应力—变形特性曲线，通过对曲线的分析找到支护系统的合理工况点，确定最小支护强度、巷道围岩位移量和锚杆系统的允许变形量。
曲线从支护角度讲分为三个区：
A区（围岩弹性变形区）：在此区域内，围岩基本处于弹性变形阶段，围岩保持完好，变形小。增加支护强度不能明显改善围岩变形。为了经济合理地进行巷道支护，支护体的工况点应设在低位（90t/m），相应的锚杆支护系统应该具有最小让压距离40mm。
B区（围岩弹塑性区）：在此区域内，围岩基本处于弹塑性变形阶段，围岩基本保持稳定，没有超过锚杆的支护范围，锚杆系统仍然起到支护作用。在此区域内，支护强度的微变将引起变形的剧烈增加。
C区（围岩破坏区）：在此区域内，围岩破坏，支护系统承受破碎岩石的静载荷。随着破坏区域的增加，载荷增加。对锚杆支护，如果锚杆系统的支护范围小于破坏范围，则锚杆系统受力将变为0，彻底失去其支护作用，锚杆支护系统和围岩一起移动。
根据围岩应力和变形特性曲线支护系统的工况点可以确定如下：
（1）最小支护强度：90t/m，
（2）巷道围岩位移：40mm，
（3）锚杆系统的允许变形：40mm。
一般锚杆支护系统的表现是锚杆不破断但围岩位移大，普强全螺纹钢锚杆的设计支护强度过低，安装应力太小，在应力较大的条件下根本达不到工况点的要求，导致松散破碎区变大，最终超过锚固区，导致锚杆系统失效和围岩一起移动。
2.4锚杆支护系统几何参数初步分析
根据围岩变形的三个阶段，初步分析围岩应力和变形。
2.4.1初始阶段
初始阶段即巷道开挖后和支护前这一阶段，在巷道围岩中形成一个环状的高应力圈。根据应力分布计算出的围岩安全系数。在合理支护系统的支护下，围岩应该在短时间内稳定下来。如果没有支护或支护不合理，围岩变形将进入第二阶段—松散流动圈向内部扩展。
2.4.2松散破碎圈扩展
巷道开挖后，围岩内部形成一个松散流动圈。随着时间的增加，在无支护或支护不合理的条件下，松散流动圈将向深部扩展直到应力达到新的平衡。一旦松散区扩散，很难维修。
2.4.3流变阶段
由于软岩中的高泥质含量（含有膨胀性矿物成分），特别是在含水或空气湿度影响条件下巷道将发生明显的流变现象，从而进一步扩大松动圈半径，增加围岩的变形量。如果支护不合理，等到松散流动圈形成并发生扩展和流变扩展后，再进行维修是相当困难的。正确的支护方式应该是初期选用合理的支护系统，把松散流动圈控制在最小的范围内。
3注浆支护机理分析
巷道最佳支护系统的设计需要根据实际地质条件进行计算、分析，设计出合理的支护系统并进行试验、监测和修正，在实践中经常会使用注浆支护工艺对巷道支护系统进行辅助支护，且效果明显。（1）通过注浆锚杆注浆，可以利用浆液封堵围岩裂隙、隔绝空气，防止围岩因吸水（潮气）而降低围岩本身的强度。
（2）注浆后将松软的岩石胶结成整体，从而可以提高岩体的强度，可以实现利用岩体本身作为支护结构的一部分。
（3）注浆后使注浆锚杆及其它支护锚杆成为全长锚固，使其锚杆与围岩形成一个整体，充分发挥锚杆的作用（尤其高预应力锚杆与围岩形成预应力组合拱），形成可靠有效的组合拱。
（4）利用浆液充填围岩裂隙，配合锚喷支护可以形成一个多层有效的组合拱支护结构，扩大了支护结构的有效范围，提高了支护结构的整体性、承载能力和稳定性。
（5）注浆后使其作用在拱顶上压力能有效地传递到两墙，通过对两墙的加固，又能把荷载传递到底板。由于组合拱厚度加大，又能减小作用在底板上的荷载集中度，减少底板岩石中的应力，减弱底板的塑性变形，减轻底鼓，有助于底板和两墙的稳定，进而又能保持拱顶的稳定，从而保证了整个支护的结构的稳定。
（6）注浆锚杆本身为全长锚固锚杆，可将多层组合拱连成一个整体，共同承载，提高支护结构的整体性。注浆使其支护结构断面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的载荷所产生的弯矩变小，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因而能承受更大的荷载，提高了支护结构与承载能力，扩大了支护结构的适应性，能均匀承受较高的动压作用。
（7）通过底角锚杆将一部分墙角荷载传递到比较稳定的底板深部，扩大了支护结构范围，且能限制巷道底角的变形，可将支护结构有固定铰支座演化为固定支座，改变了支护结构的受力性能。
4施工注意事项
（1）爆破时应注意炮眼布置和装药量，严格控制巷道成形，临时支护要及时，并严格控制循环进尺。
（2）要注意合理的“三径”匹配问题，合理的“三径”匹配是：锚杆孔的直径比锚杆直径大4～10mm，药卷直径介于两者之间，施工时建议坚持“三小”原则，即小钻头、小钻杆、小药卷。
（3）安装锚杆、锚索时要注意打设的角度，托盘要紧贴岩面，特别是锚杆、锚索的安装预应力要达到要求。
（4）为保证注浆效果，注浆施工时应做到以下要求：
①应保证混凝土或喷层表面堵塞质量，对已出现的混凝土开裂或喷层裂隙应预先喷浆或用快硬水泥药卷堵塞，以免出现漏浆跑浆现象。
②注浆锚杆必须按规定的角度和间排距施工，靠近底板方向的底角锚杆应下扎30°～45°。
③注浆液配制应按规定的水灰比进行，并安排专人负责连续搅拌桶内浆液，水泥入桶前要过筛，结块严重的水泥不得使用。
④水泥浆液配制好后，在注浆前再加入适量减水剂，拌和均匀后即可注浆。
5结论
（1）软岩层巷道支护系统的强度、预应力大小、预应力施加时间及围岩结构要匹配合理，才能够控制巷道围岩的早期变形，充分发挥锚杆、锚索及时、主动支护的优点。
（2）实践中通过对巷道围岩变形、顶板离层和锚杆受力状态的监测、分析，巷道围岩变形得到有效控制，支护体系稳定。
（3）成巷后可减小巷道返修率。
（4）实现了巷道安全、经济、快速掘进的目标。
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