采用微观NPR锚杆或锚索的支护方法及其支护结构

一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法及其支护结构

技术领域

1.本发明属于隧道挖掘领域，具体涉及一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法及其支护结构。

背景技术：

2.自20世纪50年代起，在矿山巷道挖掘领域已开始使用锚杆进行支护作业。锚杆支护作用主要依赖于锚杆将围岩与深部稳定岩体结合在一起而产生的悬吊效果、组合梁效果和补强效果，以达到围岩支护加固的目的。自20世纪90年代起，开始在水利水电工程中使用预应力锚杆，随后预应力锚索广泛应用于边坡加固工程。预应力施加过程是锚杆或锚索经由千斤顶反向张拉锚索端并配合托盘和锚具进行锚杆或锚索端部锁定，锚杆或锚索将预应力反作用于锚固区域的岩体，对被锚固岩体形成锥形压力区，起到提高岩体的自身强度和自稳能力作用。

3.但是，现有技术中还存在下述缺陷：（1）软岩隧道开挖过程中，由于围岩强度低，岩体松散破碎，目前采用的被动支护技术难以给开挖围岩稳定所需的提供支护抗力，往往难以避免发生掉块、围岩大变形甚至塌方等工程灾害，严重威胁隧道正常掘进，甚至给人员和设备带来安全风险。（2）对于锚杆或锚索，目前采用水泥砂浆或水泥药卷作为锚固剂的锚杆支护技术，存在预应力低、见效慢和预应力锁定不佳等问题，无法满足锚杆或锚索及时快速施加高预应力支护的施工工艺要求。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法及其支护结构，有效降低或避免软岩隧道和硬岩隧道面临的软岩大变形和岩爆灾害，保障施工进度和人员设备安全。

5.采用微观npr锚杆或锚索的支护方法包括：s1：定位，对开挖围岩进行表面平整，测量放样确定孔位；s2：钻孔，采用冲击旋转方式进行钻孔；s3：清孔，从孔底至孔外清孔，清除孔内岩石碎渣；s4：注入高性能树脂锚固剂，高性能树脂锚固剂包括：不饱和聚酯树脂和其它辅料按1:5的比例配制而成；其他辅料包括：固化剂、促进剂和催化剂；s5：推入微观npr锚杆或锚索，微观npr锚杆或锚索包括：由负泊松比材料制成的锚杆或锚索；在受到拉伸时，微观npr锚杆或锚索在垂直于拉应力的方向会发生膨胀；在受到压缩时，微观npr锚杆或锚索在垂直于应力方向发生收缩；在受到弯曲时，在微观npr锚杆或锚索的内部会形成一个中空低气压带以提高锚杆或锚索的背部支撑力；s6：搅拌，利用锚杆钻机带动微观npr锚杆或锚索旋转，以进行搅拌；s7：等待高性能树脂锚固剂凝固；s8：支护构件安装，支护构件包括：聚酯纤维柔性网、npr钢带、npr锚垫板和npr锚

具；s9：施加预紧力，利用张拉机具的张拉千斤顶对微观npr锚杆或锚索进行反向张拉施加预紧力；s10：截去多余外露段，将伸出岩壁外的微观npr锚杆或锚索进行切割处理。

6.优选的，s2钻孔还包括：采用接钎杆钻进，一段钎杆钻进结束后，接上另一段钎杆继续钻进，直到达到预设的钻孔深度；钻孔结束后，再依次将每一根钎杆回撤。

7.优选的，s4注入高性能树脂锚固剂包括：根据预设的锚固长度确定树脂锚固剂用量，利用微观npr锚杆或锚索将树脂锚固剂推入孔底。

8.优选的，s6搅拌包括：搅拌树脂锚固剂，利用手持式锚杆钻机、液压锚杆钻机或风动锚杆钻机，通过钻机带动锚索混合树脂锚固剂，用于胶结锚索和孔壁围岩；一边推进微观npr锚杆或锚索一边匀速增加钻机速度，直到微观npr锚杆或锚索推入孔底，搅拌全过程时间控制在20s至30s之内，使得树脂锚固剂搅拌均匀发生聚合反应固化后提供锚固力。

9.优选的，s8：支护构件安装，包括：待树脂锚固剂凝固后，在微观npr锚杆或锚索末端依次装上配套聚酯纤维柔性网、npr钢带、npr锚垫板和npr锚具。

10.优选的，聚酯纤维柔性网与围岩岩壁无缝隙贴合安装；npr钢带搭接安装，以达到延长效果；npr钢带上设置锚杆孔，以便将npr钢带沿隧道环向等间距布置在微观npr锚杆或锚索上；npr锚具由微观npr锚杆或锚索末端推入，以便依次将npr锚垫板、npr钢带和聚酯纤维柔性网压实。

11.优选的，微观npr锚杆或锚索屈服强度达到900mpa以上，延伸率达35%以上。

12.优选的，npr锚垫板为由npr钢材经锻造和表面防锈处理后得到方形锚垫板；npr钢带为由npr钢材经过冷弯成w型后，在npr钢带中部加工出与锚杆孔距相等锚杆孔的钢带；npr锚具包括由npr钢材经车铣和表面热处理后得到带锥形孔的锚环和三开夹片。

13.优选的，聚酯纤维柔性网包括：采用高模量、高强度工业涤纶长丝捆绑编织成网状基体，在网状基体表面覆一层阻燃抗静电的涂层；高模量、高强度工业涤纶长丝的纤度不小于550 dtex。

14.一种采用微观npr锚杆或锚索的支护结构，其改进之处在于，结构包括：npr锚杆或锚索设置于预设的岩壁孔内；聚酯纤维柔性网依据岩爆区域紧密贴合于洞壁；npr钢带穿过npr锚杆或锚索末端，以便将分散的npr锚杆或锚索联结起来形成一个整体承载结构；npr锚杆或锚索末端安装托盘和锁具，并进行反向张拉施加高预应力，形成岩爆主动防御支护结构。

15.有益效果为：（1）隧道或地下硐室开挖后围岩产生临空面，径向应力丧失后的开挖围岩在应力集中作用下切向应力增加，当开挖后围岩应力状态超过岩体强度时，围岩发生破碎失稳。开挖围岩由三维应力状态转变为二维应力状态，其承载力显著降低。本发明提供一种采用微观npr锚杆或锚索的支护结构，依托具有超高恒定阻力、超大延伸率和防冲击的吸能npr锚杆或锚索为核心锚固件，对开挖围岩及时施加高预应力以补偿开挖丧失径向应力，使得开挖围岩尽可能恢复初始应力状态，提高围岩的自承能力，使围岩与支护共同形成承载结构，促使开挖围岩重新恢复稳定状态。

16.（2）本发明提供一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，针对新型无尾纹高预应

力微观npr锚杆或锚索，采用树脂锚固剂代替原有的水泥砂浆或水泥药卷作为锚固剂，通过张拉千斤顶反向张拉对npr锚杆或锚索施加预紧力，对开挖围岩及时进行高预应力补偿，从而达到降低或控制围岩破碎失稳风险的目的。本发明具有快速施加预应力和预应力及时锁定等优势。

17.（3）本发明还涉及npr钢带、聚酯纤维柔性网，利用npr钢带连接沿隧道环向等间距布置的微观npr锚杆或锚索，结合紧密贴合围岩的聚酯纤维柔性网，形成以微观npr锚杆或锚索为主体的“点-线-面”三维npr支护体系，对开挖围岩及时进行高预应力补偿，从而达到降低或控制围岩破碎失稳风险的目的。

附图说明

18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：图1为本发明采用微观npr锚杆或锚索的支护步骤；图2为本发明在钻孔中注入高性能树脂锚固剂示意图；图3为本发明通过张拉设备反向施加预紧力示意图；图4为本技术实施例中采用的npr锚索的拉伸特性曲线图；图5为本技术实施例中采用的npr锚索的冲击特性试验曲线图；图6为本技术涉及的“点-线-面”三维npr支护结构示意图；其中，聚酯纤维柔性网-1，npr钢带-2，npr锚垫板-3，npr锚具-4。

具体实施方式

19.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

20.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

21.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

22.自20世纪50年代起，我国在矿山巷道领域开始使用锚杆支护作业，锚杆支护作用主要依赖于锚杆将围岩与深部稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果和补强效果，以达到围岩支护加固的目的。锚杆支护具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活和占用施工净空少等优点，在隧道、边坡工程、水库大坝、地下工程等领域也得到广泛应用和迅速发展。我国在上世纪90年代在水利水电工程中开始使用预应力锚杆，随后预应力锚索应用于边坡加固工程。预应力施加过程是锚杆或锚索经由千斤顶反向张拉索端配合托盘和锚具进行锚杆或锚索端部锁定，锚杆或锚索将预应力反作用于锚固区域的岩体，对被锚固

岩体形成锥形压力区，起到提高岩体的自身强度和自稳能力作用。预应力锚杆或锚索有利于提高围岩加固体的抗拉和抗剪强度，提高围岩加固体的整体刚度，减小围岩的变形量，在岩土加固工程中得到了广泛的应用，取得了巨大的经济效益。

23.但是在上述工程中，还广泛存在下述缺点：其一，软岩隧道开挖过程中，由于围岩强度低，岩体松散破碎，目前采用的被动支护技术难以给开挖围岩稳定所需的提供支护抗力，往往难以避免发生掉块、围岩大变形甚至塌方等工程灾害，严重威胁隧道正常掘进，甚至给人员和设备带来安全风险。

24.其二，对于新型无尾纹高预应力微观npr锚杆或锚索，目前采用水泥砂浆或水泥药卷作为锚固剂的锚杆支护技术，存在预应力低、见效慢和预应力锁定不佳等问题，无法满足微观npr锚杆或锚索及时快速施加高预应力支护的施工工艺要求。

25.为解决上述缺陷，本发明提供一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法及其支护结构，有效降低或避免软岩隧道和硬岩隧道面临的软岩大变形和岩爆灾害，保障施工进度和人员设备安全。

26.具体为：（1）隧道或地下硐室开挖后围岩产生临空面，径向应力丧失后的开挖围岩在应力集中作用下切向应力增加，当开挖后围岩应力状态超过岩体强度时，围岩发生破碎失稳。开挖围岩由三维应力状态转变为二维应力状态，其承载力显著降低。本发明提供一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法及其支护结构，依托具有超高恒定阻力、超大延伸率和防冲击的吸能npr锚杆或锚索为核心锚固件，对开挖围岩及时施加高预应力以补偿开挖丧失径向应力，使得开挖围岩尽可能恢复初始应力状态，提高围岩的自承能力，使围岩与支护共同形成承载结构，促使开挖围岩重新恢复稳定状态。

27.（2）本发明提供一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法及其支护结构，针对新型无尾纹高预应力微观npr锚杆或锚索，采用树脂锚固剂代替原有的水泥砂浆或水泥药卷作为锚固剂，通过张拉千斤顶反向张拉对npr锚杆或锚索施加预紧力，对开挖围岩及时进行高预应力补偿，从而达到降低或控制围岩破碎失稳风险的目的。本发明具有快速施加预应力和预应力及时锁定等优势。

28.（3）本发明还涉及npr钢带、聚酯纤维柔性网，利用npr钢带连接沿隧道环向等间距布置的微观npr锚杆或锚索，结合紧密贴合围岩的聚酯纤维柔性网，形成以微观npr锚杆或锚索为主体的“点-线-面”三维npr支护体系，对开挖围岩及时进行高预应力补偿，从而达到降低或控制围岩破碎失稳风险的目的。

29.如图1所示，本发明采用的微观npr锚杆或锚索的支护方法，降低或避免开挖围岩破坏风险，保障施工人员和设备的安全，其具体支护施工步骤概括为：定位

→

钻孔

→

清孔

→

注入高性能树脂锚固剂

→

推入微观npr锚杆或锚索

→

快速搅拌

→

等待凝固

→

安装npr锚垫板和npr锚具

→

施加预紧力。其中，具体支护步骤如下：s1：定位，具体为孔位测量放样：对开挖围岩进行表面平整，经测量放样以确定孔位。

30.：钻孔，采用冲击旋转方式进行钻孔，以对锚杆孔进行施工。具体为：钻机钻孔，利用液压锚杆钻机或风动锚杆钻机采用冲击旋转钻进方式，钻孔过程中要均速增大液压或风压，优选的，液压或风压可以分别为20mpa和0.4～0.63mpa；同时保证水压足够起到润滑、冷却钻头作用，亦可将岩石碎渣冲洗出孔，钻进速度不宜过快。优选的，在岩石硬度不大于f8

的围岩，钻进速度以0.2~0.5m/min为宜，钻孔作业时，机具下方和左侧严禁站人，严防歪钻或断钎时伤人。

31.当孔深较大时，优选采用接钎杆钻进，具体为：先将一段钎杆钻进围岩中，再接上另一段钎杆继续钻进，直至达到设计要求的钻孔深度。

32.达到钻孔设计深度后，关小水压，同时操作液压锚杆钻机或风动锚杆钻机的液压支腿或气动支腿回撤，从而带动钎杆回撤，将最外侧的一根钎杆卸下，继续操作液压支腿或气动支腿回撤，将下一根钎杆退出，重复上述程序直到将全部钎杆从钻孔内提出；s3：清孔，从孔底至孔外清孔，清除孔内岩石碎渣。具体为：利用风机清孔，本技术的一个实施例中采用空气压缩机产生的高压风送入钻孔底部，依次由深部向浅部清孔，尽可能使岩石碎渣全部清除，以便将后续使用的锚固剂与基岩完全接合，提高锚固力；s4：注入高性能树脂锚固剂；具体为：推入锚固剂，根据设计锚固长度确定树脂锚固剂用量，用微观npr锚杆或锚索将树脂锚固剂推入孔底，推入时尽可能匀速，预计达到孔底时降低推进速度，以避免树脂锚固剂聚酯薄膜破裂，影响锚固力。

33.本技术的一个实施例为，锚固长度为1.5m，树脂锚固剂用量为3卷，每卷500mm长。

34.优选的，树脂锚固剂推进方式可采用人工方式将树脂锚固剂推入孔底。

35.：推入微观npr锚杆或锚索。具体为：微观npr锚杆或锚索为新型无尾纹高预应力微观npr锚杆或锚索。

36.：搅拌，利用锚杆钻机带动微观npr锚杆或锚索旋转，以便进行搅拌。具体为：利用npr锚杆或锚索搅拌树脂锚固剂，利用手持式锚杆钻机、液压锚杆钻机或风动锚杆钻机，通过钻机带动锚索混合树脂锚固剂，用于胶结锚索和孔壁围岩。具体为：利用微观npr锚杆或锚索专用搅拌器母头卡持锚杆或锚索末端，搅拌器公头连接锚杆钻机，利用锚杆钻机带动微观npr锚杆或锚索旋转。初始搅拌时，钻机转速不宜过快，应做到一边推进微观npr锚杆或锚索一边匀速增加钻机速度，直到微观npr锚杆或锚索推入孔底，搅拌全过程时间控制在20~30s之内，具体视树脂锚固剂类别而定，使得树脂锚固剂搅拌均匀发生聚合反应固化后提供锚固力，切记搅拌过程中不可反复抽拉锚杆或锚索以保证锚固效果；s7：等待高性能树脂锚固剂凝固。具体为：等待30至50分钟后即可达到凝固状态，具体视施工环境确定。若遇湿冷环境，则凝固时间加长；若在燥热环境中施工，则可有缩短凝固时间。s8：支护构件安装。具体为：安装聚酯纤维柔性网、npr钢带、npr锚垫板和npr锚具；达到树脂锚固剂凝固时间要求后，在微观npr锚杆或锚索末端依次装上配套聚酯纤维柔性网、npr钢带、npr锚垫板、npr锚具，保证聚酯纤维柔性网紧贴围岩岩壁，保证npr钢带进行搭接延长，利用其锚杆孔沿隧道环向等间距布置的微观npr锚杆或锚索连接，其后将npr锚具由微观npr锚杆或锚索末端推入，以便用于依次将npr锚垫板、npr钢带、聚酯纤维柔性网压实。

37.：施加预紧力。具体为：反向施加预紧力，是通过张拉设备的千斤顶夹持微观npr锚杆或锚索，油缸活塞行走给微观npr锚杆或锚索施加轴向力，使得微观npr锚杆或锚索轻微伸长，再通过npr锚垫板和npr锚具的将轴向力锁定，使得微观npr锚杆或锚索对围岩存在反作用力，称为反向施加预紧力。

38.如图3所示，本技术的一个优选实施例为，将微观npr锚杆或锚索外露段穿入已标定的张拉千斤顶预留廊道内，启动油泵，向张拉缸供油进行张拉，在张拉千斤顶活塞外伸

时，张拉千斤顶中夹片可自行夹紧微观npr锚杆或锚索外露段，同步调节节流阀，以控制油压高低和张拉速度，同时注意压力表指针读数，到达预定压力时，及时打开截止阀，使活塞回退复位，张拉千斤顶中夹片可自行复位，取回张拉千斤顶，完成微观npr锚杆或锚索预紧力施加，注意张拉千斤顶在工作进程中，操作人员应站在两侧，端面方向禁止站人，以免发生意外。

39.：截去多余外露段，将伸出岩壁外的微观npr锚杆或锚索进行切割处理。具体为：利用液压切割器截下微观npr锚杆或锚索外露段，避免侵限，此步骤也可单根切割，也可以将多根微观npr锚杆或锚索外露段集中一次切割。

40.其中，本技术采用的微观npr锚杆或锚索是一种新型无尾纹高预应力微观npr锚杆或锚索，由单独的杆状钢材构成，不必在npr锚杆或锚索的一端设置管体。微观npr锚杆或锚索是具有超高恒定工作阻力、超大延伸率和防冲击的吸能锚杆或锚索，以具有超高恒定工作阻力的微观npr锚杆或锚索为核心，配合npr锚具、npr锚垫板、npr钢带、聚酯纤维柔性网和高性能树脂锚固剂，组成快速施加超高预紧力的三维npr支护体系，依托具有超高恒定工作阻力的微观npr锚杆或锚索对开挖围岩快速施加超高预紧力，迫使开挖围岩重新恢复三维应力状态，提高围岩的自承能力，使围岩与支护共同形成承载结构，促使开挖围岩重新恢复稳定状态的施工工艺。

41.本技术采用的微观npr锚杆或锚索是由npr材料制成的锚杆和锚索，npr材料全称为negative poisson’s ratio，即负泊松比材料，微观npr锚杆或锚索是由npr材料在锻造过程中加入npr微小单元，形成弥散颗粒，进行加工制作而成；npr微小单元具体为，首先通过球差电镜明暗场确定的二相2-5纳米的颗粒与基体共格，进一步通过纳米电子衍射确定第二相纳米颗粒具有fcc（face center cubic/face-centered cubic）面心立方结构，晶体常数0.82纳米。通过添加剂及冶炼工艺设计，使夹杂物的纳米细粒化，纳米颗粒从而和基体实现共格，同时通过设计，在纳米颗粒共格的基础上，实现晶内栾晶共格，晶界共格等多重共格设计。共格界面相对于非共格界面位错可以再界面滑动，因此通过提高材料中的共格界面密度可同时提高钢筋网的强度和韧性。在受到拉伸时，微观npr锚杆或锚索在垂直于拉应力的方向会发生膨胀，而不是发生通常的收缩，在受到压缩时，微观npr锚杆或锚索在垂直于应力方向发生收缩，而不是发生通常的膨胀，在受到弯曲时，在微观npr锚杆或锚索的内部会形成一个中空低气压带以提高锚杆或锚索的背部支撑力，因此由npr材料制成的微观npr锚杆或锚索在抗冲击、抗剪切及吸收能量等方面有着优异的性能。

42.本发明申请采用的微观npr锚杆或锚索具有超高恒定工作阻力、超大延伸率和防冲击为微观npr锚杆或锚索屈服强度达到900mpa以上，延伸率达35%以上，可承受多次冲击荷载，微观npr锚杆或锚索达到屈服强度后开始以恒定工作阻力延伸，延伸率达到35%以上时才发生破断，微观npr锚杆或锚索静力拉拔曲线呈现近似理想弹塑性。具体讲：当微观npr锚杆或锚索在外力施加的同时立即产生全部变形，而在外力解除的同时，只有一部分变形立即消失，其余部分变形在外力解除后却永远不会自行消失的性能。微观npr锚杆或锚索在进入塑性阶段后不会产生加工硬化。在应力-应变曲线上所表现为：由原点出发沿右上方向至屈服点的线段，以及从屈服点处起与应变的轴（横轴）平行的射线。因此，微观npr锚杆或锚索表现出具有超高恒定工作阻力、超大延伸率和防冲击的优异物理性能。经试验表明，其中，微观npr锚杆屈服强度能够达到650mpa以上，抗拉强度能够达到900mpa以上，延伸率达

到35%以上。微观npr锚索屈服强度能够达到950mpa以上，抗拉强度能够达到1100mpa以上，延伸率达到35%以上。

43.如图4所示，经静力拉伸系统进行的拉伸实验表明，微观npr锚杆或锚索能够承受的拉伸力可高达350kn至400kn。

44.如图5所示，经落锤冲击系统进行的冲击实验表明，微观npr锚杆或锚索能够承受的冲击阻力可高达350kn至400kn。

45.本发明采用的高性能树脂锚固剂采用不饱和聚酯树脂、固化剂、促进剂和其它辅料按一定比例配制而成，由聚酯薄膜分割包装呈药卷状，具有常温固化快，粘接强度高，锚固力可靠和耐久力好等优良性能。具体为：高性能树脂锚固剂采用不饱和聚酯树脂和固化剂、促进剂、催化剂等其它辅料按1:5的比例配制而成。

46.优选的，如图2所示，本技术采用的高性能树脂锚固剂分为a组份和b组份，a组分包括树脂混合料；b组分包括催化剂混合料。

47.本技术采用的npr锚具可以理解为是具有锁紧功能的锁具，由npr钢材经车铣和表面热处理后得到带锥形孔的锚环和三开夹片构成；本技术采用的npr锚垫板为由npr钢材经锻造和表面防锈处理后得到方形锚垫板；本技术采用的npr钢带为由npr钢材经过冷弯成w型后，在npr钢带中部加工出与锚杆孔距相等锚杆孔的钢带，即形成w钢带。具体的，w钢带为在连续辊压式或冲压式冷弯组上生产、可冷加工变形的冷轧或热轧纵切钢卷板或钢带，将分散的npr锚杆或锚索联结起来形成一个整体承载结构，显著地提高npr锚杆或锚索支护的整体效果。

48.本技术采用的微观npr锚杆或锚索、npr锚具、npr锚垫板和高性能树脂锚固剂为核心锚固件，主要承担径向荷载，利用npr钢带连接沿隧道环向等间距布置的微观npr锚杆或锚索，结合紧密贴合围岩的聚酯纤维柔性网，形成以微观npr锚杆或锚索为主体的“点-线-面”三维npr支护体系。

49.如图6所示，“点-线-面”三维npr支护结构包括：聚酯纤维柔性网1依据岩爆区域紧密贴合于洞壁，npr锚杆或锚索设置于预制的孔内；npr钢带2穿过npr锚杆或锚索末端，将分散的npr锚杆或锚索联结起来形成一个整体承载结构；在npr锚杆或锚索末端安装npr锚垫板3和npr锚具4，并进行反向张拉施加高预应力，最终形成“npr锚杆或锚索+柔性网+npr钢带”耦合支护的岩爆主动防御技术。从而达到以利用“npr锚杆或锚索+柔性网+npr钢带”耦合支护系统，以沿隧道周向等间距布置的npr锚杆或锚索为主体锚固件，结合紧密贴合围岩的柔性网和起到连接各个npr锚杆或锚索作用的npr钢带，形成以npr锚杆或锚索为主体的“点-线-面”耦合支护系统的效果。

50.本技术采用的聚酯纤维柔性网是采用高模量、高强度工业涤纶长丝捆绑编织成网状基体，在网状基体表面覆一层阻燃抗静电的涂层，是一种新型的矿用支护材料，具有强度高、重量轻、耐腐蚀、阻燃等性能。其中，高模量、高强度工业涤纶长丝的纤度不小于550分特克斯（dtex）。其中dtex，全称为分特克斯，是一种线密度单位，具体指1万米长纱线在公定回潮率下重量的克数。本技术采用上述工业涤纶长丝制得的聚酯纤维柔性网具有断裂强度大、弹性模量高、延伸率低、耐冲击性好等优良性能。

51.本技术采用快速施加超高预紧力为依托具有超高恒定工作阻力的微观npr锚杆或锚索作为承载构件，利用张拉机具的张拉千斤顶对微观npr锚杆或锚索进行反向张拉施加

预紧力，具有速度快，操作简单，工作效率高的优点，单根微观npr锚杆或锚索预紧力可达20吨或30吨以上。

52.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。技术特征：

1.一种采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述方法包括：s1：定位，对开挖围岩进行表面平整，测量放样确定孔位；s2：钻孔，采用冲击旋转方式进行钻孔；s3：清孔，从孔底至孔外清孔，清除孔内岩石碎渣；s4：注入高性能树脂锚固剂，所述高性能树脂锚固剂包括：不饱和聚酯树脂和其它辅料按1:5的比例配制而成；所述其他辅料包括：固化剂、促进剂和催化剂；s5：推入微观npr锚杆或锚索，所述微观npr锚杆或锚索包括：由负泊松比材料制成的锚杆或锚索；在受到拉伸时，所述微观npr锚杆或锚索在垂直于拉应力的方向会发生膨胀；在受到压缩时，所述微观npr锚杆或锚索在垂直于应力方向发生收缩；在受到弯曲时，在所述微观npr锚杆或锚索的内部会形成一个中空低气压带以提高所述锚杆或锚索的背部支撑力；s6：搅拌，利用锚杆钻机带动所述微观npr锚杆或锚索旋转，以进行搅拌；s7：等待所述高性能树脂锚固剂凝固；s8：支护构件安装，所述支护构件包括：聚酯纤维柔性网、npr钢带、npr锚垫板和npr锚具；s9：施加预紧力，利用张拉机具的张拉千斤顶对所述微观npr锚杆或锚索进行反向张拉施加预紧力；s10：截去多余外露段，将伸出岩壁外的微观npr锚杆或锚索进行切割处理。2.如权利要求1所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述s2钻孔还包括：采用接钎杆钻进，一段钎杆钻进结束后，接上另一段钎杆继续钻进，直到达到预设的钻孔深度；钻孔结束后，再依次将每一根所述钎杆回撤。3.如权利要求1所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述s4注入高性能树脂锚固剂包括：根据预设的锚固长度确定树脂锚固剂用量，利用所述微观npr锚杆或锚索将树脂锚固剂推入孔底。4.如权利要求1所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，s6搅拌包括：搅拌树脂锚固剂，利用手持式锚杆钻机、液压锚杆钻机或风动锚杆钻机，通过钻机带动锚索混合树脂锚固剂，用于胶结锚索和孔壁围岩；一边推进所述微观npr锚杆或锚索一边匀速增加钻机速度，直到所述微观npr锚杆或锚索推入孔底，搅拌全过程时间控制在20s至30s之内，使得树脂锚固剂搅拌均匀发生聚合反应固化后提供锚固力。5.如权利要求1所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，s8：支护构件安装，包括：待树脂锚固剂凝固后，在所述微观npr锚杆或锚索末端依次装上配套聚酯纤维柔性网、所述npr钢带、所述npr锚垫板和所述npr锚具。6.如权利要求5所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述聚酯纤维柔性网与围岩岩壁无缝隙贴合安装；所述npr钢带搭接安装，以达到延长效果；所述npr钢带上设置锚杆孔，以便将所述npr钢带沿隧道环向等间距布置在所述微观npr锚杆或锚索上；所述npr锚具由所述微观npr锚杆或锚索末端推入，以便依次将所述npr锚垫板、所述npr钢带和所述聚酯纤维柔性网压实。7.如权利要求1所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述微观npr锚杆或锚索屈服强度达到900mpa以上，延伸率达35%以上。

8.如权利要求5所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述npr锚垫板为由npr钢材经锻造和表面防锈处理后得到方形锚垫板；所述npr钢带为由npr钢材经过冷弯成w型后，在所述npr钢带中部加工出与锚杆孔距相等锚杆孔的钢带；所述npr锚具包括由npr钢材经车铣和表面热处理后得到带锥形孔的锚环和三开夹片。9.如权利要求5所述的采用微观npr锚杆或锚索的支护方法，其特征在于，所述聚酯纤维柔性网包括：采用高模量、高强度工业涤纶长丝捆绑编织成网状基体，在所述网状基体表面覆一层阻燃抗静电的涂层；所述高模量、高强度工业涤纶长丝的纤度不小于550 dtex。10.一种采用微观npr锚杆或锚索的支护结构，其特征在于，所述结构包括： npr锚杆或锚索设置于预设的岩壁孔内；聚酯纤维柔性网依据岩爆区域紧密贴合于洞壁；npr钢带穿过所述npr锚杆或锚索末端，以便将分散的所述npr锚杆或锚索联结起来形成一个整体承载结构；所述npr锚杆或锚索末端安装托盘和锁具，并进行反向张拉施加高预应力，形成岩爆主动防御支护结构。

技术总结

本发明涉及隧道挖掘技术领域，具体提供一种采用微观NPR锚杆或锚索的支护方法及其支护结构，其改进之处在于，方法包括：S1：定位；S2：钻孔；S3：清孔；S4：注入高性能树脂锚固剂；S5：推入微观NPR锚杆或锚索；S6：搅拌，利用锚杆钻机带动微观NPR锚杆或锚索旋转，以进行搅拌；S7：等待高性能树脂锚固剂凝固；S8：支护构件安装；S9：施加预紧力利用张拉机具的张拉千斤顶对微观NPR锚杆或锚索进行反向张拉施加预紧力；S10：截去多余外露段。本发明提供一种采用微观NPR锚杆或锚索的支护方法及其支护结构，有效降低或避免软岩隧道和硬岩隧道面临的软岩大变形和岩爆灾害，保障施工进度和人员设备安全。安全。安全。

技术研发人员：胡杰 何满潮 陶志刚 毛玉铤 宋伟 薛永庆 幸国庆

受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）

技术研发日：2023.05.06

技术公布日：2023/6/7