王琦等：方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用 ·1149· 图13试验拱架破坏形态.(a)试验前：(b)试验后 Fig.13 Deformation of the arch:(a)before test;(b)after test 下降 3.3现场应用 试验结束时，拱架变形严重，最大变形出现在两侧 兖矿集团赵楼煤矿为典型千米深井，最大水平应 拱腿位置，如图14所示.因采用侧弯钢板补强措施进 力大小为34.63MPa.约束混凝土拱架支护现场试验 行拱架局部补强，拱腿处灌浆孔位置未产生明显变形 段布置在第二集中下山的边坡点以下500~600m之 破坏现象，补强效果较好 间，该区域断层破碎带发育，试验段穿过DF7断层，支 护难度大，现场返修频繁 补强板 基于前期室内试验与数值试验的研究成果，在该 试验段设计进行约束混凝土拱架现场试验，并对拱腿 灌浆孔位置采用焊接侧弯钢板的措施进行拱架局部补 浆孔 强，图15为现场支护效果. 针对约束混凝土拱架与传统·型钢拱架不同支 护方案，监测分析巷道围岩收敛变形及拱架径向受力 情况.图16为巷道掘进157d后的试验段不同类型拱 图14拱架灌浆孔补强效果 架各部位最终变形及径向受力监测结果对比 Fig.14 Effect of enhancing the arch 监测结果表明，在掘进巷道稳定后，SQCC拱架支 图15SQCC拱架支护效果对比.(a)支护前：(b)支护后 Fig.15 Comparison of supporting effect of SQCC arch:(a)before support;(b)after support 护下巷道围岩平均变形量仅为U型钢拱架支护巷道 明显降低，相比普通SQCC短柱降低了29.9%，为了提 的28%，拱架的变形形态与室内全比尺试验基本一 高开孔后短柱轴压承载能力，保证拱架整体强度，需对 致，且由于侧弯钢板的补强作用，拱脚处灌浆孔位置变 灌浆孔进行补强处理. 形不明显，达到了较好的补强效果，方钢约束混凝土拱 (2)侧弯钢板、开孔钢板和周边钢板三种补强方 架支护效果明显优于传统U型钢支护. 式对短柱强度均有不同程度的提升，补强后短柱强度 指标分别达到148.7%、130.2%、134.3%，经济指标分 4结论 别为90.8%、78.8%、81.5%，综合对比三种补强方式 (1)SQCC短柱留设灌浆孔后，轴压作用下率先在 的强度及经济指标，侧弯钢板补强短柱强度大、经济性 开孔处压扁破坏，继而导致整体失稳破坏，其承载能力 好，且短柱应力集中程度降低最明显，补强效果最好王 琦等: 方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用 图 13 试验拱架破坏形态. (a) 试验前; (b) 试验后 Fig. 13 Deformation of the arch: (a) before test; (b) after test 下降. 试验结束时,拱架变形严重,最大变形出现在两侧 拱腿位置,如图 14 所示. 因采用侧弯钢板补强措施进 行拱架局部补强,拱腿处灌浆孔位置未产生明显变形 破坏现象,补强效果较好. 图 14 拱架灌浆孔补强效果 Fig. 14 Effect of enhancing the arch 3郾 3 现场应用 兖矿集团赵楼煤矿为典型千米深井,最大水平应 力大小为 34郾 63 MPa. 约束混凝土拱架支护现场试验 段布置在第二集中下山的边坡点以下 500 ~ 600 m 之 间,该区域断层破碎带发育,试验段穿过 DF7 断层,支 护难度大,现场返修频繁. 基于前期室内试验与数值试验的研究成果,在该 试验段设计进行约束混凝土拱架现场试验,并对拱腿 灌浆孔位置采用焊接侧弯钢板的措施进行拱架局部补 强,图 15 为现场支护效果. 针对约束混凝土拱架与传统 U 型钢拱架不同支 护方案,监测分析巷道围岩收敛变形及拱架径向受力 情况. 图 16 为巷道掘进 157 d 后的试验段不同类型拱 架各部位最终变形及径向受力监测结果对比. 监测结果表明,在掘进巷道稳定后,SQCC 拱架支 图 15 SQCC 拱架支护效果对比. (a) 支护前; (b) 支护后 Fig. 15 Comparison of supporting effect of SQCC arch: (a) before support; (b) after support 护下巷道围岩平均变形量仅为 U 型钢拱架支护巷道 的 28% ,拱架的变形形态与室内全比尺试验基本一 致,且由于侧弯钢板的补强作用,拱脚处灌浆孔位置变 形不明显,达到了较好的补强效果,方钢约束混凝土拱 架支护效果明显优于传统 U 型钢支护. 4 结论 (1)SQCC 短柱留设灌浆孔后,轴压作用下率先在 开孔处压扁破坏,继而导致整体失稳破坏,其承载能力 明显降低,相比普通 SQCC 短柱降低了 29郾 9% ,为了提 高开孔后短柱轴压承载能力,保证拱架整体强度,需对 灌浆孔进行补强处理. (2)侧弯钢板、开孔钢板和周边钢板三种补强方 式对短柱强度均有不同程度的提升,补强后短柱强度 指标分别达到 148郾 7% 、130郾 2% 、134郾 3% ,经济指标分 别为 90郾 8% 、78郾 8% 、81郾 5% ,综合对比三种补强方式 的强度及经济指标,侧弯钢板补强短柱强度大、经济性 好,且短柱应力集中程度降低最明显,补强效果最好. ·1149·