阅读说明：本技术 全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法 (Disaster safety control method for full-face tunnel boring machine excavation extrusion deformation card machine ) 是由 黄兴 刘泉声 王心语 张健 毕晨 申玉西 伯音 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法,包括：评估全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形等级；根据不同的挤压变形等级确定不同组合的掘进与分步联合围岩支护策略。本发明能够合理地评估围岩挤压变形等级,便于施工现场操作计算；根据围岩挤压变形的程度进行合理的掘进参数调整以及分步联合支护控制围岩,既能够在面对围岩变形的工况时避免卡机,保障掘进顺利进行,避免频繁停机延误工期,有利于提升掘进效率,又不会过度支护增加材料和人工成本,工程施工更加经济合理；通过多种支护手段有机结合有效提升了对围岩的加固支护效果,实现围岩应力状态的恢复改善,提升了围岩的自承载能力,施工安全性得到很大提升。(The invention relates to a disaster safety control method for a full-face tunnel boring machine excavation extrusion deformation card machine, which comprises the following steps: evaluating the extrusion deformation grade of surrounding rock in the tunneling process of the full-face tunnel boring machine; and determining different combined tunneling and step-by-step combined surrounding rock supporting strategies according to different extrusion deformation grades. The method can reasonably evaluate the extrusion deformation grade of the surrounding rock, and is convenient for operation and calculation on the construction site; reasonable tunneling parameter adjustment and step-by-step combined support control of the surrounding rock are carried out according to the degree of extrusion deformation of the surrounding rock, so that blocking of the surrounding rock can be avoided when the working condition of deformation of the surrounding rock is faced, smooth tunneling is guaranteed, frequent shutdown and delay of construction period are avoided, the tunneling efficiency is improved, excessive support and increase of material and labor cost are avoided, and the engineering construction is more economical and reasonable; the reinforcing and supporting effect on the surrounding rock is effectively improved through the organic combination of various supporting means, the recovery improvement of the stress state of the surrounding rock is realized, the self-bearing capacity of the surrounding rock is improved, and the construction safety is greatly improved.)

全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进机施工领域，特别是涉及全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法。

背景技术

全断面隧道掘进机已经在隧道工程中得到越来越广泛的应用，然而其对软弱围岩的适应性较差，当全断面隧道掘进机穿越高应力软弱围岩时，极易发生挤压大变形卡机灾害，导致停机与工期延误，严重制约掘进效率。掘进参数调整与围岩稳定控制是应对掘进过程中软岩大变形的主要措施，包括预留围岩变形量、控制掘进速率和支护控制等。然而目前国内外尚无完备的针对软弱围岩挤压变形卡机灾害的安全控制方法，主要存在以下不足：

(1)缺乏针对软弱围岩挤压变形卡机的围岩分级方法，施工过程中难以做到挤压变形和卡机灾害的预测分析，往往出现问题后采取被动措施；

(2)现有的掘进施工方法缺少对掘进参数(掘进速率、停机时间、推力等)影响的深入分析，出现挤压变形和卡机灾害后无法进行合理的掘进参数调整；

(3)现有的支护手段没有充分考虑岩石力学参数的时效特征、应力场分布和支护加固的共同作用，对多重支护结构与围岩的相互作用机理缺乏研究，支护设计缺乏系统的理论指导，面对卡机状况时，只能依赖于经验进行围岩支护，为了避免发生安全事故，只能盲目地将各种能想到的现有支护手段全部叠加应用，极大增加了材料和人工成本，工程施工耗资巨大，不符合当前集约化生产的要求。

发明内容

基于此，有必要针对全断面隧道掘进机在软弱围岩中容易挤压变形引发卡机灾害，难以安全高效掘进的问题，提供一种全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法。

一种全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，包括：

步骤一：评估全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形等级；

步骤二：根据以下不同的挤压变形等级确定不同组合的掘进与围岩支护策略：

挤压变形等级为轻微挤压变形时，驱动全断面隧道掘进机刀盘进行扩挖，采用沿隧道长度方向架设钢拱架，沿拱顶施打预应力锚杆以及沿拱顶布设钢筋排并喷射混凝土支护；

挤压变形等级为中等挤压变形时，掘进过程中向掌子面前方打入第一超前锚杆，操作刀盘小变径扩挖从而预留变形量，同时全断面隧道掘进机匀速不间断掘进快速通过以减轻时效变形影响；掘进后沿拱顶施作钢筋排，沿隧道长度方向架设钢拱架，同时向拱顶施打预应力锚杆和预应力锚索并喷射混凝土支护；

挤压变形等级为严重挤压变形时，掘进前对掌子面前方进行超前预注浆加固支护，操作全断面隧道掘进机刀盘进行大变径扩挖为围岩预留更大的变形空间，同时提高刀盘扭矩和主驱动推力；掘进后沿拱顶施作钢筋排，沿隧道长度方向架设可缩式钢拱架，以及向拱顶施打预应力锚杆和预应力锚索并分步注浆；

挤压变形等级为非常严重挤压变形时，如果继续使用全断面隧道掘进机开挖极易发生卡机，应停止全断面隧道掘进机掘进并驱动全断面隧道掘进机后退，用钻爆法扩挖，分步联合支护以稳定控制围岩，钻爆法掘进通过后全断面隧道掘进机步进通过；所述分步联合支护包括：开挖前通过超前预注浆、超前管棚对掌子面前方岩体进行超前加固；掘进时采用钢拱架、钢筋网喷射混凝土对工作面安全防护；掘进后的后期支护采用预应力锚杆、预应力锚索和分步注浆改善隧道围岩应力状态以增强自承载能力。

上述全断面隧道掘进机掘进过程挤压变形卡机灾害安全控制方法，至少具有以下有益的技术效果：

本发明能够根据围岩挤压变形的程度进行合理的掘进参数调整以及联合支护控制围岩，既能够在面对围岩挤压变形的工况时避免卡机，保障掘进顺利进行，避免频繁停机延误工期，有利于提升掘进效率；又综合考虑了岩石力学参数的时效特征、支护加固、以及支护后围岩应力状态重新改善分布的共同作用，不会盲目过度支护增加材料投入和人工成本，工程施工更加经济合理；

通过多种支护手段有机结合有效提升了对围岩的加固支护效果，可以固结修复围岩内部破裂损伤，实现围岩应力状态的恢复改善，同时可以使应力峰值能够向围岩深层转移，从而提升了围岩的自承载能力，施工安全性得到很大提升；

本发明能够合理地评估围岩挤压变形等级，便于施工现场操作计算。

在其中一个实施例中，所述步骤一的评估全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形等级包括：

依照挤压变形U_rmax与扩挖间隙ΔR的比值将挤压变形等级分为五级：U_rmax/ΔR<1时，无挤压变形；1≤U_rmax/ΔR<1.25时，轻微挤压变形；1.25≤U_rmax/ΔR<1.5时，中等挤压变形；1.5≤U_rmax/ΔR<2时，严重挤压变形；U_rmax/ΔR>2时，非常严重挤压变形。

在其中一个实施例中，还包括：当挤压变形等级为无挤压变形时，不扩挖，支护时沿隧道长度方向依次架设多榀第一钢拱架，贴合隧道围岩表面在拱顶环向挂单层钢筋网并喷第一混凝土层；围岩变形稳定后，在第一钢拱架内侧施作钢筋混凝土衬砌。

在其中一个实施例中，所述挤压变形等级为严重挤压变形时，采用人工扩挖旁洞、开挖超前导洞及更换刀盘中的一种或多种方法辅助进行变径扩挖。

在其中一个实施例中，所述挤压变形等级为严重挤压变形时，启动所述全断面隧道掘进机的脱困电机提高主驱动推力，降低所述全断面隧道掘进机的刀盘转速从而提高刀盘扭矩。

在其中一个实施例中，当所述挤压变形等级为严重挤压变形时，所述掘进前对掌子面前方进行超前预注浆加固支护包括：

在靠近掌子面的拱顶位置朝掘进前方施打超前注浆小导管，对掌子面前方软弱、破碎围岩进行预注浆加固，确保前方围岩稳定；超前注浆小导管与隧道长度方向之间形成的外倾角为10°；

在靠近掌子面的拱顶位置处利用全断面隧道掘进机配备的超前钻机朝向掘进前方施打第二超前锚杆，从而在掘进前方形成围岩锚固圈，实现对前方围岩的预锚固；所述第二超前锚杆与隧道长度方向之间形成的外插角为10°～18°。

在其中一个实施例中，当所述挤压变形等级为严重挤压变形时，所述掘进后分步注浆包括：

在拱顶和两帮进行浅孔注浆，所述浅孔注浆的注浆管长1000mm，孔深1500mm，排距1m，注浆压力2MPa；

待浅孔注浆形成强度后进行深孔注浆，所述深孔注浆的注浆管长2000mm，孔深3000mm，排距2m，封孔长度400～500mm，注浆压力≥3.5MPa。

在其中一个实施例中，当所述挤压变形等级为非常严重挤压变形时，所述分步联合支护中的开挖前通过超前预注浆、超前管棚对掌子面前方岩体进行超前加固包括：

工作面开挖前先顶拱向掘进前方施打超前注浆锚杆，从而在掘进前方形成围岩锚固圈，实现对前方围岩的预锚固；所述超前注浆锚杆长4500mm，与隧道长度方向呈20°夹角外倾，相邻的所述超前注浆锚杆的间距500mm，排距1500mm，每断面布置13个所述超前注浆锚杆；

在工作面前利用超前钻机在环绕隧道拱顶120°范围内向掘进前方钻设多个超前孔，所述超前孔与隧道长度方向之间的外插角为10°～15°，向钻好的超前孔中分别打入超前管棚形成拱壳状结构，对掌子面前方软弱、破碎围岩进行预加固，确保前方围岩稳定。

在其中一个实施例中，所述超前管棚的长度为15～20m。

在其中一个实施例中，当所述挤压变形等级为非常严重挤压变形时，所述掘进后的后期支护包括：

在拱顶环向270°的范围内向围岩中施打第二高强预应力系统锚杆，L＝3.5m，间排距为500×500mm，梅花形放射布置，预应力50～70kN；

向拱顶围岩内施打第二预应力锚索，直径Φ22mm，长度L＝8300mm，间距1500×1500mm，预应力不小于150kN；

在拱顶和两帮的围岩中进行浅孔注浆，浅孔注浆管长1000mm，孔深1500mm，排距1m，注浆压力2MPa；待浅孔注浆形成强度后进行深孔注浆，深孔注浆管长2500mm，孔深3500mm，排距1.5m，封孔长度400～500mm，注浆压力≥3.5MPa。

附图说明

图1为本发明一实施例的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法中的无挤压变形等级时的隧道支护示意图。

图2为本发明一实施例的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法中的轻微挤压变形等级时的隧道支护示意图。

图3为本发明一实施例的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法中的中等挤压变形等级时的隧道支护示意图。

图4为本发明一实施例的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法中的严重挤压变形等级时的隧道支护横截面示意图。

图5为本发明一实施例的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法中的严重挤压变形等级时的超前支护纵向截面示意图。

图6为本发明一实施例的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法中的非常严重挤压变形等级时的隧道支护示意图。

图中：1.第一钢拱架、2.第一混凝土层、3.钢筋混凝土衬砌、4.随机锚杆、5.第二钢拱架、6.第二混凝土层、7.第一超前锚杆、8.第三钢拱架、9.预应力锚杆、10.第三混凝土层、11.超前注浆小导管、12.第二超前锚杆、13.合成纤维混凝土层、14.第四钢拱架、15.第一高强预应力系统锚杆、16.第一预应力锚索、17.超前注浆锚杆、18.超前管棚、19.可伸缩式钢拱架、20.第四混凝土层、21.第二高强预应力系统锚杆、22.第二预应力锚索。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施例中，提供一种全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，包括：

1.评估全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形卡机风险等级

评估围岩挤压变形等级时，可依据文献(黄兴，刘泉声，刘滨，刘学伟，崔先泽.TBM围岩挤压大变形特性分析与等级划分[J].采矿与安全工程学报，2015(3))进行确定。具体的，首先根据围岩地应力场分布特征和围岩力学性质参数，开展全断面隧道掘进机掘进过程数值模拟分析、物理模拟试验甚至现场监测，对隧道围岩挤压变形量进行预测分析，依照挤压变形Urmax(全断面隧道掘进机护盾区域围岩最大径向位移)与扩挖间隙ΔR(扩挖产生的围岩与护盾间的径向间隙)的比值(Urmax/ΔR)评估挤压变形卡机风险等级。继而可将全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形等级划分为五级：无挤压变形(U_rmax/ΔR<1)、轻微挤压变形(1≤U_rmax/ΔR<1.25)、中等挤压变形(1.25≤U_rmax/ΔR<1.5)、严重挤压变形(1.5≤U_rmax/ΔR<2)、非常严重挤压变形(U_rmax/ΔR>2)。

当然，在其他一些实施例中，还可以根据实际施工过程中的工况评估围岩挤压变形等级，此处不作限制。

2.根据围岩挤压变形等级划分结果，提出不同挤压变形等级时的控制技术和措施：

(1)无挤压变形(I级)：

没有挤压变形导致卡机的风险，不需要扩挖，采用正常的全断面隧道掘进机掘进参数。

可施行如下支护方法：

参考图1，沿隧道长度方向依次架设多榀HW150型(H型钢，宽150mm)第一钢拱架1，榀距0.9～1.2m；

紧贴隧道岩面在拱顶环向180°范围内挂单层钢筋网，Φ8×Φ[email protected]×200mm(钢筋直径为8mm，间距为200mm)，并喷第一混凝土层2，喷层厚100mm，其中第一混凝土层2可选用C25混凝土(混凝土试块在实验室条件下，温度20度养护28天，抗压强度不小于25Mpa)；

围岩变形稳定后，在第一钢拱架1内侧施作钢筋混凝土衬砌3，钢筋混凝土衬砌3厚200mm。

(2)轻微挤压变形(II级)：

全断面隧道掘进机刀盘进行适当扩挖，支护结构采用拱顶施打预应力锚杆、沿隧道长度方向架设钢拱架、以及沿拱顶布设钢筋排结合挂网喷射混凝土支护。

具体支护手段结合图2描述如下：

①在隧道内沿拱顶120°范围布设钢筋排，钢筋排直径可根据围岩的破碎程度来确定(12～22mm)，此实施例取Φ20mm，钢筋之间的间距100mm，长4.7m。

②在全断面隧道掘进机撑靴以上的隧道拱顶环向180°范围内紧贴岩面挂设单层钢筋网，规格Φ8×Φ[email protected]×150mm(钢筋直径为8mm，间距为150mm)。

③沿隧道长度方向依次架设多榀第二钢拱架5，榀距0.9m，并向拱顶喷射第二混凝土层6，第二混凝土层6厚100mm，C25等级。

④在拱顶环向180°范围内施打Φ25mm随机锚杆4，锚杆长度3.5m，预应力50～70kN。

(3)中等挤压变形(III级)：

参考图3，掘进过程中向掌子面前方打入超前锚杆，掘进机刀盘小变径扩挖从而预留变形量，掘进机保持匀速、不间断掘进快速通过，掘进后及时施作钢筋排、沿隧道长度方向架设钢拱架、拱顶施打预应力锚杆及预应力锚索并喷射混凝土支护。

①利用掘进机配备的超前钻机朝向掘进前方施打第一超前锚杆7预先加固围岩(超前钻机满足不了钻孔要求时辅以人工钻机)，从而在开挖面前方形成围岩锚固圈，实现对前方围岩的预锚固，第一超前锚杆7直径Φ25mm，长L＝4.5m，间距0.3～0.8m，排距2m，外插角α＝10～18°；

②掘进机刀盘沿径向扩挖预留变形量：小变经扩挖的径向扩挖量增加25mm增加围岩与全断面隧道掘进机之间的间隙，为围岩预留更大的变形空间，防止对护盾产生挤压力造成卡机；

③在隧道内沿拱顶120°范围布设钢筋排，钢筋直径Φ20mm，钢筋之间的间距100mm，长4.7m；

④在全断面隧道掘进机撑靴以上的隧道拱顶环向180°范围内紧贴岩面挂设单层钢筋网，规格Φ8×Φ[email protected]×100mm(钢筋直径为8mm，间距为100mm)；

⑤沿隧道长度方向依次架设多榀第三钢拱架8，榀距0.5m；

⑥在拱顶环向270°范围内施打Φ25mm预应力锚杆9，预应力锚杆9长度L＝3.5m，间排距1m，梅花形布置，预应力50～70kN。局部地方可施打预应力锚索补强；

⑦向拱顶喷射第三混凝土层10，厚150mm，C25等级。

以上钢筋排与第三钢拱架8提高了第三混凝土层10的抗剪、抗拉及其整体性，预应力锚杆9和预应力锚索使围岩内部产生挤压区，形成承载拱，同时在预应力锚杆9的径向压力作用下使围岩处于三向应力状态，可以使应力峰值能够向围岩深层转移，提高围岩强度与稳定性。

(4)严重挤压变形(IV级)：

参考图4和图5，掘进前对掌子面前方进行超前预注浆加固；进行大变径扩挖，同时降低刀盘转速提高刀盘扭矩和主驱动推力；掘进后及时沿拱顶施作钢筋排、沿隧道长度方向架设可缩式钢拱架、以及拱顶施打预应力锚杆及预应力锚索并分步注浆。具体步骤如下：

1)超前支护

①在靠近掌子面的拱顶位置朝掘进前方施打超前注浆小导管11，超前注浆小导管11规格：Φ42mm，L＝6m，间距0.4m，排距2m，注浆小导管11与隧道长度方向之间形成的外倾角为10°，形成拱壳状结构，对掌子面前方软弱、破碎围岩进行预注浆和预加固，确保前方围岩稳定，防止围岩发生挤压大变形卡机。

②在靠近掌子面的拱顶位置处利用全断面隧道掘进机配备的超前钻机朝向掘进前方施打第二超前锚杆12在开挖面前方形成围岩锚固圈，实现对前方围岩的预锚固，第二超前锚杆12直径Φ25mm，长L＝3～5m，间距0.3～0.8m，排距2m，第二超前锚杆12与隧道长度方向之间形成的外插角α＝10～18°。

2)大变径扩挖

采用人工扩挖旁洞、开挖超前导洞、更换刀盘等方式进行大变径扩挖(开挖直径增加35mm)，从而增加围岩与全断面隧道掘进机之间的间隙，为围岩预留更大的变形空间，防止对护盾产生挤压力造成卡机；同时降低刀盘转速和启动脱困电机从而提高刀盘扭矩和主驱动推力。

3)一次支护

①沿拱顶120°范围内布设钢筋排，钢筋排直径Φ20mm，间距100m，长4.7m；

②在全断面隧道掘进机撑靴以上的拱顶布设双层钢筋网：Φ8×[email protected]×100mm；(钢筋配置为横向及纵向间距均为100mm的直径8mm的钢筋网)

③向拱顶初喷合成纤维混凝土层13，厚100mm；

④沿隧道长度方向依次架设多榀第四钢拱架14，榀距0.5m；

⑤在拱顶环向270°的范围内向围岩中施打Φ25mm第一高强预应力系统锚杆15，L＝3.5m，间排距为500×500mm，梅花形放射布置，预应力50～70kN；

⑥向拱顶复喷合成纤维混凝土层13，厚100mm；

⑦分步注浆：拱顶和两帮注浆补强，注浆顺序为先浅孔注浆后再行深孔注浆；浅孔注浆管长1000mm，孔深1500mm，排距1m，注浆压力2MPa；待浅孔注浆形成强度后，再进行深孔注浆，深孔注浆管长2000mm，孔深3000mm，排距2m，封孔长度400～500mm，注浆压力≥3.5MPa；上述操作是因为：浅部(距离隧道表面较近处)围岩破裂更严重，所以需要先浅孔注浆提高隧道近表围岩完整性；然后再进行深孔注浆，有利于提高注浆压力，防止漏浆，提高注浆效果。

⑧向拱顶围岩内施打第一预应力锚索16，锚索直径Φ22mm，长度L＝8300mm，间排距1500×1500mm，材料为低松驰钢绞线，预应力不小于150kN。

以上钢筋排与第四钢拱架14提高了合成纤维混凝土层13的抗剪、抗拉及其整体性，第一高强预应力系统锚杆15和第一预应力锚索16使围岩内部产生挤压区，形成承载拱，同时在第一高强预应力系统锚杆15的径向压力作用下使围岩处于三向应力状态，可以使应力峰值能够向围岩深层转移，提高围岩强度与稳定性。

(5)非常严重挤压变形(V级)：

如果继续使用全断面隧道掘进机开挖极易发生卡机灾害，应立即停止全断面隧道掘进机掘进并适当后退掘进机，改用钻爆法或人工开挖方式扩挖，采用分步联合支护以稳定控制围岩，钻爆法掘进通过后全断面隧道掘进机步进通过。其中的钻爆法，全称“钻眼***法施工”，指用******来破碎岩体，开挖洞室的一种施工方法，即是通过钻孔、装药、***开挖岩石的方法。

其中，对围岩的分步联合支护可参考图6，包括：

1)掌子面前方岩体超前加固

工作面开挖前先顶拱向掘进前方施工超前注浆锚杆17进行超前注浆加固，在开挖面前方形成锚固圈，实现对前方围岩的预锚固；超前注浆锚杆长4500mm，与隧道长度方向呈20°夹角外倾，间距500mm，排距1500mm，每断面布置13个注浆孔。超前注浆锚杆17可采用无缝钢管制备，封孔距离长400～500mm，注浆前需在迎头进行喷浆，防止注浆过程中跑浆。

特别严重时施作超前管棚18：在工作面前利用超前钻机在环绕隧道拱顶120°范围内向掘进前方钻设超前孔，超前孔与隧道长度方向之间的外插角控制在10～15°，钻孔后向钻好的超前孔中打入超前管棚18。超前管棚18的钢管内径Φ75mm，壁厚5mm，L＝15～20m。纵向两组管棚的搭接长度控制在6～8m。

超前管棚18形成拱壳状结构，通过超前管棚18的注浆孔可加压向地围岩中注浆，以加固软弱的围岩，对掌子面前方软弱、破碎围岩进行预注浆和预加固，确保前方围岩稳定，提高围岩的自稳能力。管棚注浆是长距离超前支护，超前距离长、刚度较大，适用于掌子面不能自稳、含水的地层，可控制地表沉降、防渗止水。将超前管棚18与超前注浆锚杆17结合，能够防止管棚下方三角土体的塌落，这种长短结合的预支护效果更为理想。

2)工作面安全防护

①架设可伸缩式钢拱架19，榀距0.5m。

②拱顶全断面铺设Φ8×[email protected]×100mm规格的钢筋网；向拱顶喷第四混凝土层20防护，喷层厚度150mm。

3)后期支护

①在拱顶环向270°的范围内向围岩中施打Φ25mm第二高强预应力系统锚杆21，L＝3.5m，间排距为500×500mm，梅花形放射布置，预应力50～70kN。

②向拱顶围岩内施打第二预应力锚索22，直径Φ22mm，长度L＝8300mm，间距1500×1500mm，材料为低松驰钢绞线，预应力不小于150kN。

③分步注浆：对拱顶和两帮的围岩注浆补强，注浆顺序为先浅孔后深孔，浅孔注浆后再行深孔注浆。浅孔注浆管长1000mm，孔深1500mm，排距1m，注浆压力2MPa；待浅孔注浆形成强度后，再进行深孔注浆，深孔注浆管长2500mm，孔深3500mm，排距1.5m，封孔长度400～500mm，注浆压力≥3.5MPa。

若采取上述措施后底鼓变形量较大，可在上述基础上将预应力锚索支护扩大到底板，将注浆补强措施扩大到底板。

上述方法中，开挖前通过超前预注浆、超前管棚对掌子面前方岩体进行超前加固；掘进时采用钢拱架、钢筋网喷射混凝土实现工作面安全防护；后期支护采用的预应力系统锚杆、预应力锚索以及分步注浆可以使应力峰值能够向围岩深层转移，同时可以固结修复围岩内部破裂损伤、实现围岩应力状态的恢复改善，从而整体上提升了围岩的自承载能力，施工安全性得到很大提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。