王 琦，何滿潮，許 碩，辛忠欣，江 貝，魏華勇

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室，北京 100083；2. 山東大學(xué) 巖土工程中心，山東 濟南 250061)

我國地下工程發(fā)展迅速，在建設(shè)過程中常面臨高應(yīng)力、極軟巖等復(fù)雜條件。傳統(tǒng)支護材料強度與延伸率均難以滿足復(fù)雜條件的圍巖控制要求，易導(dǎo)致支護體系破斷失效，圍巖大變形現(xiàn)象嚴重。錨桿支護是調(diào)動圍巖自承能力的核心，能夠改善圍巖應(yīng)力環(huán)境，是地下工程中最常用的圍巖控制手段之一。

為滿足復(fù)雜條件圍巖的控制要求，錨桿支護應(yīng)具有以下特性：高支護強度，錨桿的支護強度越高，圍巖控制效果越好，同時可避免錨桿受力和沖擊過大而破壞；高延伸率，為了適應(yīng)圍巖大變形，錨桿應(yīng)具有良好的延伸率，能夠吸收圍巖變形釋放的能量；在錨桿具備高強、高延伸率特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)施加高預(yù)緊力，補償硐室開挖后的卸荷效應(yīng)，發(fā)揮圍巖自身承載能力，提高圍巖支護效果。

為提高錨桿的支護強度，眾多學(xué)者開展了高強錨桿的研究。早期的金屬錨桿主要采用屈服強度為235 MPa的圓鋼制成，延伸率可達25%。吳學(xué)震等研究了屈服強度為368 MPa的錨桿，延伸率為23%?？导t普研發(fā)了屈服強度為600 MPa的錨桿，延伸率為18%。張東升等采用屈服強度為650 MPa，延伸率為17%的錨桿，研究了高強錨固對斷層影響下圍巖的支護效果。隨著錨桿材料強度的提高，延伸率呈降低的趨勢，導(dǎo)致錨桿的變形能力不足，在圍巖大變形時易發(fā)生破斷失效。因此，錨桿應(yīng)在提高強度的同時，保證具有較高的延伸率，吸收圍巖變形釋放的能量。

為提高錨桿的延伸率和吸能特性，眾多學(xué)者針對高伸長量的錨桿開展了研究。何滿潮等研發(fā)了恒阻大變形錨桿，利用恒阻結(jié)構(gòu)實現(xiàn)錨桿伸長，該恒阻結(jié)構(gòu)最大伸長量可達1 000 mm。張紅軍等研發(fā)了一種增阻大變形錨桿，可利用增阻裝置調(diào)整錨桿在150～1 000 mm內(nèi)伸長。劉洪濤等研發(fā)了一種可接長錨桿，4 m長錨桿最大伸長量為685 mm。上述錨桿主要通過結(jié)構(gòu)變形實現(xiàn)良好的變形性能，在圍巖支護中發(fā)揮讓壓支護的作用，但在現(xiàn)場安裝過程中需要對機械結(jié)構(gòu)增加二次擴孔等施工工序，降低了施工效率，且錨桿的整體強度受桿體材料本身強度的限制。因此，對錨桿材料自身進行研究，提高其強度、延伸率和吸能特性十分必要。

為了充分發(fā)揮圍巖自承能力，在錨桿具備高強、高延伸率特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)施加高預(yù)緊力。在高預(yù)緊力研究方面，康紅普院士等在千米深井中應(yīng)用了屈服荷載為294 kN的高強錨桿，施加的預(yù)緊力為80 kN。王宏偉等采用了屈服荷載為235 kN的高強錨桿對軟弱破碎圍巖進行支護，施加的預(yù)緊力為100 kN。研究表明，在一定范圍內(nèi)，對錨桿施加的預(yù)緊力越高，圍巖控制效果越好，但在錨桿受力過程中，經(jīng)過強化階段達到最大力后會發(fā)生頸縮破斷。因此，在錨桿支護設(shè)計時，為保證錨桿具備足夠的安全儲備，預(yù)緊力大小一般為桿體材料屈服荷載的30%～50%。如果錨桿桿體的變形能力提高，荷載-變形曲線接近理想彈塑性，可在保證錨桿具有安全儲備的同時，提高錨桿屈服荷載的利用率，對錨桿可施加更高的預(yù)緊力。同時，理想彈塑性的桿體材料能夠使錨桿在支護時提供恒定阻力，可建立錨桿支護力與圍巖位移關(guān)系方程，確定錨桿吸能與圍巖變形能的大小，實現(xiàn)錨桿支護的定量設(shè)計。

綜上所述，為使錨桿具有高支護強度、高延伸率和高預(yù)緊力的特性，利用筆者團隊自主研發(fā)的新型微觀NPR(Negative Poisson’s Ratio)材料，研制了恒阻吸能錨桿(Constant Resistance and Energy Absorption bolt，以下簡稱CREA)。開展了新型錨桿、傳統(tǒng)錨桿與恒阻大變形錨桿的靜力拉伸與動力沖擊對比試驗，明確了新型錨桿的力學(xué)和吸能特性。筆者基于試驗研究結(jié)果，提出了恒阻吸能錨桿支護理念，并將新型錨桿在大斷面隧道和深井巷道的圍巖支護中進行應(yīng)用。

1 錨桿力學(xué)性能試驗方案

1.1 試驗?zāi)康?/h3>

為了明確新型恒阻吸能錨桿的力學(xué)與吸能特性，開展新型錨桿與其他類型錨桿的對比試驗，選擇地下工程中普遍采用的高強錨桿(Common Bolt，以下簡稱CB)，以及利用機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高延伸率的恒阻大變形錨桿(Constant Resistance and Large Deformation，以下簡稱CRLD)進行對比分析。

現(xiàn)場圍巖大變形包括緩慢大變形和瞬時大變形，針對圍巖緩慢大變形的能量釋放方式，開展上述3類錨桿的靜力拉伸對比試驗，明確新型錨桿的強度、延伸率和恒阻支護能力；針對圍巖瞬時大變形的能量釋放方式，開展3類錨桿的動力沖擊對比試驗，明確其抗沖擊性能。

1.2 試驗方案

開展18CREA錨桿與18普通錨桿(CB18)、22普通錨桿(CB22)以及22恒阻大變形錨桿(CRLD)的對比試驗，方案見表1，其中，為S或D；S代表靜力拉伸試驗；D代表動力沖擊試驗。

表1 錨桿對比試驗方案

1.3 試驗材料

1.3.1 恒阻大變形錨桿

筆者團隊前期自主研發(fā)了恒阻大變形錨桿，由恒阻裝置、錨桿桿體、連接套、托盤和螺母等構(gòu)件組成，如圖1所示。

圖1 恒阻大變形錨桿Fig.1 Constant resistance large deformation bolt

當(dāng)錨桿受力低于設(shè)計恒阻力時，錨桿變形以桿體的彈性變形為主；當(dāng)錨桿受力大于或等于設(shè)計恒阻力時，桿體沿恒阻裝置內(nèi)壁發(fā)生相對滑移，實現(xiàn)錨桿恒阻和大變形的力學(xué)特性，因此恒阻大變形錨桿的核心在于恒阻裝置，錨桿可實現(xiàn)的力學(xué)性能主要取決于恒阻裝置參數(shù)。

1.3.2 恒阻吸能錨桿

為進一步提高錨桿材料的整體性能，充分利用材料自身特性，筆者團隊基于鋼材微觀晶體共格結(jié)構(gòu)的研究，研發(fā)了新型NPR材料，利用該新型材料研制了恒阻吸能錨桿，如圖2所示。

圖2 新型恒阻吸能錨桿材料Fig.2 New constant resistance energy absorbing bolt material

1.4 試驗系統(tǒng)

1.4.1 靜力拉伸試驗系統(tǒng)

利用恒阻吸能錨桿靜力拉伸試驗系統(tǒng)進行試驗，該試驗系統(tǒng)主要有4部分組成：加載控制系統(tǒng)、力-位移監(jiān)測系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和熱紅外成像系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 恒阻吸能錨桿靜力拉伸試驗系統(tǒng)Fig.3 Static tensile test system of CREA bolt

試驗前對各錨桿每隔100 mm進行一次標記，以便測量試驗后錨桿各段伸長量。試驗采用位移加載的方法，以10 mm/min的速率對錨桿勻速拉伸，通過熱紅外成像系統(tǒng)實時監(jiān)測錨桿表面溫度變化情況。

1.4.2 動力沖擊試驗系統(tǒng)

利用恒阻吸能錨桿動力學(xué)測試系統(tǒng)進行動力沖擊試驗，該試驗系統(tǒng)主要由6部分組成：落錘加載控制系統(tǒng)、受力監(jiān)測系統(tǒng)、機架、電磁鎖、落錘和沖擊加載單元，如圖4所示。試驗系統(tǒng)的基本參數(shù)為：最大沖擊能量15 000 J；落錘高度0～1 500 mm；落錘質(zhì)量840，880，920，960，1 000 kg。

本次試驗選取質(zhì)量為1 000 kg的落錘，以固定高度1 000 mm對錨桿進行動力沖擊試驗。

圖4 恒阻吸能錨桿動力學(xué)測試系統(tǒng)Fig.4 Dynamic test system of CREA bolt

試驗前對各錨桿每隔200 mm進行一次標記，將錨桿穿過落錘與電磁鎖，上端固定，并將沖擊加載單元固定于錨桿下端部，控制電磁鎖將落錘提升至試驗高度后，釋放落錘使其自由落體，對錨桿進行動力加載。

2 靜力試驗結(jié)果分析

2.1 力學(xué)性能

恒阻吸能錨桿CREA-S、普通錨桿CB18-S、CB22-S與恒阻大變形錨桿CRLD-S的荷載-延伸率曲線如圖5(a)所示，通過錨桿所受荷載與其橫截面積之比計算得到錨桿強度，強度-延伸率曲線如圖5(b)所示，各錨桿強度統(tǒng)計如表2和圖6所示。

定義各錨桿屈服荷載為彈性與塑性階段分界點對應(yīng)的荷載，恒阻吸能錨桿和普通錨桿的破斷荷載為錨桿發(fā)生破斷失效時的荷載。由于恒阻大變形錨桿是由桿體材料和恒阻裝置組成的結(jié)構(gòu)，力學(xué)性質(zhì)具有特殊性，定義其破斷荷載為桿體從恒阻裝置內(nèi)拉伸脫出時的荷載。

圖5 錨桿力學(xué)試驗曲線Fig.5 Mechanical test curves of bolt

表2 錨桿受力性能對比

圖6 錨桿強度對比Fig.6 Comparison of bolt strength

由表2、圖5與圖6分析可知：

(1)承載能力。相比普通錨桿CB18-S，CB22-S與恒阻大變形錨桿CRLD-S，恒阻吸能錨桿CREA-S的屈服荷載分別為前者的2.06，1.45和1.40倍，屈服強度分別為前者的2.06，2.16和2.09倍。CREA-S的破斷荷載分別為CB18-S，CB22-S與CRLD-S的1.66，1.08與1.89倍，破斷強度分別為后者的1.66，1.62與2.82倍。直徑為18 mm的CREA-S破斷荷載略大于直徑為22 mm的CB22-S，但破斷強度遠大于后者，表明恒阻吸能錨桿具有高強特性。

(2)恒阻支護能力。定義錨桿塑性階段中最大和最小荷載的差值占最小荷載的百分比為塑性強度波動率，例如普通錨桿=(-)/×100%，該值越低，支護阻力，越接近恒定。CREA-S，CB18-S，CB22-S與CRLD-S的塑性強度波動率分別為15.5%，43.0%，54.1%和14.6%。相比CB18-S與CB22-S，CREA-S的塑性強度波動率相比前者分別降低了27.5%與38.6%，與CRLD-S的接近。CRLD-S由于其套筒具有螺紋結(jié)構(gòu)，塑性階段強度存在波動。結(jié)果表明，新型錨桿具有恒阻支護能力。

2.2 變形與吸能特性分析

圖5中荷載-延伸率曲線與直角坐標軸圍成的面積為單位長度錨桿吸收的能量。對各錨桿的延伸率和單位長度吸能特性進行統(tǒng)計，如表3，4和圖7所示。試驗結(jié)束后對錨桿各段的伸長量進行統(tǒng)計，如圖8所示，錨桿熱紅外圖像、紅外監(jiān)測溫度和破斷形態(tài)如圖9所示。

表3 錨桿延伸率與吸能特性對比

表4 錨桿變形與吸能均勻程度指標對比

圖7 錨桿最大力延伸率與吸能特性對比Fig.7 Comparison of maximum force elongation andenergy absorption characteristics of bolt

圖8 錨桿分段伸長量Fig.8 Elongation of each section of bolt

2.2.1 變形特性

(1)整體變形能力。由表3可知，CREA-S的斷后延伸率為26.5%，相比普通錨桿CB18-S，CB22-S與恒阻大變形錨桿CRLD-S，分別為后者的1.78，1.26和1.08倍；最大力延伸率為24.4%，分別為后者的1.69，1.52和1.39倍。表明恒阻吸能錨桿具有高延伸率特性。

(2)變形均勻程度。CREA-S各段伸長量最大值為2.7 cm，是最小值1.8 cm的1.50倍，普通錨桿CB18-S和CB22-S各段伸長量最大值分別為最小值的2.29倍和5.5倍，表明恒阻吸能錨桿具有均勻變形特性。CREA-S各段伸長量方差相比普通錨桿CB18-S和CB22-S分別降低了8.5%與87.1%，表明恒阻吸能錨桿由于整體力學(xué)性能得到充分發(fā)揮，能夠均勻變形，而普通錨桿破斷段的伸長量遠高于其他段，整體的材料性能未能充分發(fā)揮。

2.2.2 吸能特性

(1)單位長度吸能能力。CREA-S，CB18-S，CB22-S與CRLD-S單位長度吸收能量分別為58，19，41和33 kJ。相比CB18-S，CB22-S與CRLD-S，CREA-S單位長度吸能分別為其3.05，1.41和1.76倍，表明恒阻吸能錨桿在吸收圍巖變形釋放的能量方面具有明顯優(yōu)勢。

(2)全長吸能能力。在試件拉伸過程中由于外力做功，使外在能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠錂C械能，機械能以熱能的形式表現(xiàn)出來，熱紅外圖像能夠反映錨桿吸能特性。

圖9表明新型錨桿CREA破斷時未出現(xiàn)明顯頸縮，錨桿最高溫度為35.41 ℃，出現(xiàn)在斷口位置，最低溫度為30.92 ℃，前者是后者的1.15倍；普通錨桿CB18與CB22發(fā)生頸縮破斷，斷口位置溫度最高，分別為48.15和61.55 ℃，錨桿最低溫度分別為28.61和22.39 ℃，CB18與CB22溫度最大值分別為最小值的1.68，2.75倍，表明恒阻吸能錨桿具有均勻吸能特性。

圖9 熱紅外圖像與錨桿各段溫度Fig.9 Thermal infrared image and temperature of each section of bolt

CB18與CB22各段溫度方差分別為27.09和92.99，CREA各段溫度方差為2.16，相比前者分別降低了92.02%和97.68%，表明普通錨桿以局部吸收能量為主，未發(fā)揮整體材料性能，恒阻吸能錨桿具有全長吸能特性，整體材料性能得到充分發(fā)揮。

2.3 結(jié)果分析

(1)在靜力強度方面，相比普通錨桿CB18，CB22與恒阻大變形錨桿CRLD，新型恒阻吸能錨桿CREA的屈服強度分別為前者的2.06，2.16和2.09倍，破斷強度分別為前者的1.66，1.62與2.82倍，具有高強力學(xué)特性。

(2)在恒阻支護能力方面，相比CB18與CB22，新型錨桿CREA的塑性強度波動率相比前者分別降低了27.5%與38.6%，具有恒阻支護能力，且錨桿材料均勻，塑性階段無明顯波動，可實現(xiàn)對圍巖的穩(wěn)定支護。

(3)在靜力變形方面，相比CB18，CB22與CRLD，CREA的最大力延伸率分別為前者的1.69，1.52和1.39倍，各段伸長量的方差相比CB18和CB22分別降低了8.5%與87.1%，表明恒阻吸能錨桿具有高延伸率、均勻變形特性。

(4)在靜力吸能方面，相比CB18，CB22與CRLD，CREA單位長度吸能分別為其3.05，1.41和1.76倍，且破斷時未出現(xiàn)明顯頸縮，CREA錨桿各段溫度方差相比CB18與CB22分別降低了92.02%和97.68%，表明恒阻吸能錨桿具有全長吸能特性，在吸收圍巖變形釋放的能量方面具有明顯優(yōu)勢。

3 動力試驗結(jié)果分析

3.1 力學(xué)性能分析

各試件的單次沖擊力/位移-沖擊次數(shù)曲線及破斷形態(tài)如圖10所示。單次沖擊能量為落錘質(zhì)量、下落高度與重力加速度的乘積，單次沖擊能量為10 kJ。圖11為試驗結(jié)束后錨桿各段的伸長量。

圖10 錨桿單次沖擊力/位移-沖擊次數(shù)曲線及破斷形態(tài)Fig.10 Curres of single impact force/displacementand fracture mode of bolt

圖11 錨桿分段伸長量Fig.11 Elongation of each section of bolt

由圖10，11分析可知：

(1)動力抗沖擊性能。錨桿單次沖擊的位移量隨著沖擊次數(shù)的累加呈逐漸降低的趨勢，CREA-D與CB18-D單次沖擊的平均位移量為36.0與67.9 mm，前者相比后者降低了47.0%，表明相同動力沖擊能量作用下新型錨桿產(chǎn)生的變形更小，具有更好的吸能抗沖擊能力。

(2)動力變形能力。在動力沖擊作用下，CREA-D的延伸率為28.7%，CB18-D的延伸率為18.7%，前者是后者的1.53倍。表明在動力沖擊作用下新型錨桿的整體變形性能優(yōu)于普通錨桿。相比CB18-D，CREA-D各段伸長量的方差比前者降低了33.3%，表明新型錨桿各段伸長量均勻，在動力沖擊作用下整體的材料性能得到充分發(fā)揮。

3.2 吸能特性分析

普通錨桿與恒阻吸能錨桿單次沖擊波形如圖12，13所示。選取典型錨桿的前3波峰作為分析對象，對2類材料的波峰峰值和沖擊時間進行對比。

圖12 普通錨桿單次沖擊波形及前3波峰波形Fig.12 Waveform of single impact and the first threepeaks of common bolt

圖13 恒阻吸能錨桿單次沖擊波形及前3波峰波形Fig.13 Waveform of single impact and the first threepeaks of CREA bolt

由圖12,13分析可知：

(1)動力吸能能力。CREA-D在第25次發(fā)生破斷，斷口處未出現(xiàn)明顯頸縮，CB18-D在第9次發(fā)生頸縮破斷。在動力沖擊作用下錨桿所吸收的能量為沖擊次數(shù)與單次沖擊能量的乘積，CREA-D和CB18-D單位長度吸收的能量分別為83和30 kJ，前者是后者的2.77倍，表明恒阻吸能錨桿在吸收動力沖擊的能量時具有明顯的優(yōu)勢。

(2)動能吸收效率。定義錨桿的單次沖擊能量與單次沖擊所耗時間為錨桿的動力吸能效率。CREA-D與CB18-D單次沖擊分別需要4 932，5 729 ms完成，兩者動力吸能效率分別為2.03，1.75 J/ms，前者相比于后者的動力吸能效率提高了16.2%，表明恒阻吸能錨桿在受到動力沖擊時能夠更快吸收能量，可實現(xiàn)對圍巖的穩(wěn)定控制。

3.3 結(jié)果分析

(1)在動力力學(xué)性能方面，新型恒阻吸能錨桿CREA與普通錨桿CB18單次沖擊的平均位移量為36.0與67.9 mm，前者相比后者降低了47.0%，恒阻吸能錨桿具有良好的抗沖擊能力。

(2)在動力變形能力方面，CREA和CB18的延伸率分別為28.7%和18.7%，前者是后者的1.53倍，且CREA錨桿各段伸長量的方差相比CB18降低了33.3%，恒阻吸能錨桿具有高延伸率、均勻變形的能力。

(3)在動力吸能特性方面，CREA單位長度吸收的能量是普通錨桿的2.77倍，動力吸能效率比普通錨桿提高了16.2%，具有動力吸能優(yōu)勢明顯、吸能效率高的特點。

4 恒阻吸能錨桿支護思路與現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 恒阻吸能錨桿支護思路

根據(jù)2.1節(jié)新型恒阻吸能錨桿的力學(xué)性能試驗結(jié)果，將圖5簡化為CREA錨桿與普通錨桿(CB)的力學(xué)模型，考慮錨桿設(shè)計安全系數(shù)，取CREA錨桿的屈服荷載為塑性階段最大荷載，如圖14所示。圖14中，為錨桿的屈服荷載，kN；為錨桿的預(yù)緊力，kN；為錨桿塑性階段的最大荷載，kN；為錨桿的最大延伸量，m。

圖14 恒阻吸能錨桿力學(xué)模型Fig.14 Mechanical model of CREA bolt

上述研究表明，新型恒阻吸能錨桿具有高強、高延伸率、高吸能特性，是一種理想彈塑性材料。

高強度、高延伸率、高預(yù)緊力錨桿支護是圍巖有效控制手段。在高強、高延伸率支護的基礎(chǔ)上，對錨桿施加高預(yù)緊力，可及時補償硐室開挖后圍巖臨空面的應(yīng)力損失，使圍巖應(yīng)力達到新的平衡狀態(tài)，從而保證圍巖穩(wěn)定。

恒阻吸能錨桿在施加高預(yù)緊力后仍具有較高的安全儲備，因此預(yù)緊力可設(shè)計為屈服荷載的50%～80%，實現(xiàn)高預(yù)緊力支護?；谏鲜鲅芯浚岢隽撕阕栉苠^桿支護思路，如圖15所示。

圖15 恒阻吸能錨桿支護思路Fig.15 Supporting thinking of CREA bolt

4.2 現(xiàn)場應(yīng)用

基于上述研究，在大斷面隧道——青島地鐵6號線隧道和深部高應(yīng)力礦井——趙樓煤礦應(yīng)用新型恒阻吸能錨桿進行圍巖支護。

4.2.1 大斷面隧道現(xiàn)場應(yīng)用

青島地鐵6號線工程為典型淺埋大斷面隧道，隧道開挖面主要位于微風(fēng)化花崗巖巖層，穿越多條斷裂破碎帶，局部節(jié)理發(fā)育，圍巖變形及地表沉降嚴重。暗挖車站風(fēng)道進主體挑高段處，橫斷面寬度達27.5 m，高度達21.3 m，如圖16所示。隧道斷面尺寸大，結(jié)構(gòu)應(yīng)力復(fù)雜，圍巖支護困難。

圖16 隧道斷面尺寸與CREA錨桿現(xiàn)場應(yīng)用效果Fig.16 Tunnel section size and field application effect ofCREA bolt

原支護方案采用25 mm×5 000 mm中空注漿錨桿，錨桿屈服強度為324 MPa，延伸率為7%，無法對圍巖施加預(yù)緊力，不能滿足大斷面隧道圍巖控制需求。為對隧道圍巖進行有效控制，應(yīng)用新型恒阻吸能錨桿進行支護，錨桿預(yù)緊力設(shè)計值為130 kN，現(xiàn)場應(yīng)用效果如圖16所示。

選取淺埋暗挖大斷面車站進行錨桿受力和隧道表面位移監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖17所示。結(jié)果表明，監(jiān)測30 d后，錨桿軸力和圍巖變形趨于穩(wěn)定，圍巖變形控制在6 mm以內(nèi)，表明新型恒阻吸能錨桿對大斷面隧道圍巖具有良好的支護效果。

圖17 錨桿受力與圍巖變形量Fig.17 Bolt stress and surrounding rock deformation

4.2.2 深部高應(yīng)力礦井現(xiàn)場應(yīng)用

趙樓煤礦位于山東省西部巨野礦區(qū)，該礦7302工作面最大埋深1 037 m，工作面軌道巷附近實測最大水平應(yīng)力為33.72 MPa，屬于典型的深部高應(yīng)力巷道，巷道圍巖控制困難。

為保證巷道的安全穩(wěn)定，在7302軌道巷采用新型恒阻吸能錨桿對圍巖進行支護，長度為2.4 m，間排距為850 mm×800 mm，預(yù)緊力設(shè)計值為130 kN。7302工作面布置與現(xiàn)場應(yīng)用效果如圖18所示。

圖18 現(xiàn)場工作面布置與CREA錨桿應(yīng)用情況Fig.18 Layout of working face and application of CREA bolt

選取典型斷面進行錨桿受力和巷道表面位移監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖19所示。結(jié)果表明，最大兩幫收斂量和頂?shù)滓平糠謩e為128 mm和165 mm，錨桿受力最大為153 kN。采用新型恒阻吸能錨桿對深部高應(yīng)力巷道圍巖具有良好的支護效果。

圖19 錨桿受力與圍巖變形量Fig.19 Bolt stress and surrounding rock deformation

5 結(jié) 論

(1)在靜力學(xué)性能方面，相比普通錨桿，CREA錨桿的屈服強度為前者的2.06倍以上，最大力延伸率和斷后延伸率分別為前者的1.52倍和1.26倍以上，單位長度吸收的能量為前者的3.05倍以上，CREA錨桿具有高強、高延伸率、高靜力吸能特性。

(2)在動力學(xué)性能方面，相比普通錨桿，新型錨桿的單次沖擊平均位移量降低了47.0%，斷后延伸率是前者的1.53倍，單位長度吸收的能量是前者的2.77倍，CREA錨桿具有良好的抗沖擊能力、高延伸率和高動力吸能特性。

(3)提出了恒阻吸能錨桿支護思路，并將CREA錨桿在大斷面隧道和深部高應(yīng)力礦井現(xiàn)場進行了應(yīng)用，結(jié)果表明，采用CREA錨桿的支護方法能夠有效控制圍巖變形，為地下工程圍巖安全穩(wěn)定控制提供了重要手段。