瑞士Geobrugg研究中心近期发布了一项关于地下工程支护系统的关键研究成果,对比分析了普通电焊网与高抗拉菱形网在静态及动态载荷下的表现。研究明确指出,高抗拉菱形钢网在配合专用连接件使用时,完全无需传统搭接,即可确保应力传递的完整性。这一发现不仅改变了支护设计逻辑,更通过轻量化和机械化安装优势,大幅提升了作业安全与生产效率。
随着矿山和隧道向深部高应力环境延伸,岩体失稳和落石风险成为重大安全隐患。虽然特定的开挖序列和排险程序能缓解部分风险,但在突发大规模落石面前,支护系统作为最后一道防线至关重要。其中,表面支护层(如钢网)需与锚杆协同工作,控制围岩变形并防止岩块脱落,其核心在于搭接区域的可靠性。然而,长期以来,关于搭接区力学性能的测试数据匮乏,多数设计仍基于过时标准。
为验证不同网型的性能,研究团队在瑞士瓦伦施塔特进行了两项全尺寸现场冲击试验。首先,采用5.6mm普通电焊网(抗拉强度500MPa)进行模拟,在约60kJ的冲击能量下,网片断裂且中心锚杆失效,未能阻挡6.28吨的落石。随后,更换为抗拉强度高达1770MPa的MINAX 80/4.6菱形网,在相同能量冲击下,尽管部分钢丝发生断裂,但系统成功拦截了落石,展现了卓越的吸能和能量耗散能力。
实验室进一步测试了菱形网在不同连接方式下的力学性能。结果显示,采用菱形网自身螺旋结构或钢缆连接时,纵向拉伸强度分别达到284kN/m和260kN/m,且变形量极小。在横向连接测试中,无论是使用T3型卡扣还是钢缆,其抗拉强度均稳定在125kN/m左右。数据表明,只要连接件得当,传统搭接并非必要,专用连接件足以保证应力的高效传递。
从经济角度看,隧道建设成本虽因技术进步有所下降,但深部开采难度增加使得效率成为盈利关键。钢网作为支护成本的一部分,其利用率直接影响项目盈亏。数据显示,若将搭接量从0.5米降至0.1米,材料利用率可从80%提升至96%;若实现零搭接,利用率更是可达100%。对于2.5米宽的卷网,零搭接方案相比0.5米搭接方案可节省约20%的材料成本。
对于中国矿业及隧道工程从业者而言,这一技术变革意味着在深部开采和复杂地质条件下,应重新评估传统搭接设计,积极引入高抗拉菱形网及机械化安装工艺,这不仅是提升本质安全水平的有效途径,更是通过优化材料利用率实现降本增效的重要趋势。
