井巷圍巖變形量測(cè)儀表分析

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摘 要：為了保證巖體在挖掘以及使用過(guò)程中的安全性，需要對(duì)巖體的形變程度進(jìn)行研究，而圍巖形變量測(cè)儀表則能夠很好的顯示出巖體挖掘過(guò)程中的形變量，并能夠?qū)鷰r形變的日后發(fā)展做分析，以保證巖體在使用過(guò)程中的安全性能。本文主要井巷圍巖的形變特征做簡(jiǎn)要的介紹，對(duì)井巷圍巖保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的條件進(jìn)行闡述，對(duì)井巷圍巖變形量?jī)x表的檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行概述。

關(guān)鍵詞：井巷圍巖；變形量；形變特征；穩(wěn)定條件

巖體在進(jìn)行挖掘的過(guò)程中，很容易因?yàn)橥饬Χa(chǎn)生巖體變形、扭曲等現(xiàn)象，因而，在進(jìn)行巖體挖掘的過(guò)程中常常是以支護(hù)來(lái)使固定巖體，減少巖體在挖掘中的變形程度。但是，僅僅憑靠支護(hù)仍然不能夠保證巖體工作人員以及日后使用的安全性，因此，還需要對(duì)巖體的形變程度進(jìn)行研究，而巖體形變程度測(cè)量?jī)x表則很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)研究巖體形變程度測(cè)量?jī)x表所顯示出來(lái)的數(shù)據(jù)就能夠很好的知道巖體的形變程度，以及形變的未來(lái)趨勢(shì)，為巖體的挖掘以及使用的安全性提供了可靠的保障。

1.井巷圍巖的形變特征

深部巷道非對(duì)稱變形主要是指以過(guò)巷道豎直中軸線的平面為對(duì)稱面，其左右兩幫的變形量不一致，一幫變形量大而另一幫的變形量小，致使巷道整體向一側(cè)偏斜。同時(shí)在一些局部關(guān)鍵部位變形最最大，導(dǎo)致巷道整體變形形態(tài)呈現(xiàn)非對(duì)稱的特征。根據(jù)對(duì)深部巷道工程的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)深部巷道均有不同程度的非對(duì)稱變形破壞特點(diǎn)，而且隨巷道所處深度的增大和巖層傾角的增大，這種非對(duì)稱變形特征逐漸明顯。

1.1左右兩幫形變不對(duì)稱

因?yàn)榫飮鷰r巷道兩幫的變形量差值較大，故而，很容易導(dǎo)致井巷圍巖的巷道在開(kāi)采的過(guò)程中向圍巖整體的一側(cè)進(jìn)行偏移，而這種偏移在宏觀上則呈現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱變形特征。對(duì)于這種左右兩幫變形的不對(duì)稱性，在井巷圍巖的剛開(kāi)采時(shí)可能表現(xiàn)的還不明顯，但是隨著時(shí)間的推移，左右兩幫形變的不對(duì)稱性也就表現(xiàn)的十分明顯了。

1.2底鼓嚴(yán)重且左右變形不對(duì)稱

在井巷圍巖在向深處進(jìn)行挖掘時(shí)，井巷圍巖的底鼓現(xiàn)象就會(huì)逐漸的顯現(xiàn)出來(lái)，而且底鼓的發(fā)生往往是出現(xiàn)在底板的一側(cè)，這就會(huì)加劇井巷圍巖左右兩邊的形變，使得井巷圍巖左右兩邊的形變呈現(xiàn)出非常明顯的不對(duì)稱性，這種不對(duì)稱性是造成井巷圍巖軌道以及底板往一側(cè)偏斜的主要原因，進(jìn)而使得井巷圍巖的巷道不能夠正常的進(jìn)行使用。

1.3關(guān)鍵部位變形量大

巷道斷面除在整體上變形現(xiàn)非對(duì)稱外，在某些關(guān)鍵部位往往變形費(fèi)特別大，而這些關(guān)鍵部位的變形破壞容易造成巷道的整體失穩(wěn)。此類關(guān)鍵部位一般容品出現(xiàn)在蒼道頂板肩角、兩幫的底腳等部位。

2.井巷圍巖保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的條件

2.1不存在擾動(dòng)影響下保持圍巖穩(wěn)定的條件

在深部巷道中不存在擾動(dòng)影響的情況，只要保證巷道圍巖應(yīng)力小于圍巖第二段蠕變的閥值應(yīng)力，即圍巖的長(zhǎng)期強(qiáng)度，即可使圍巖不發(fā)生持續(xù)的蠕變變形。即使圍巖應(yīng)力超過(guò)了巖石的蠕變閥值應(yīng)力發(fā)生了蠕變現(xiàn)象，也只是發(fā)生第一階段的蠕變變形，其應(yīng)變速率是逐漸減小的，使得變形最后會(huì)區(qū)域一個(gè)較小的穩(wěn)定值，不會(huì)導(dǎo)致圍巖的破壞。

2.2存在擾動(dòng)情況下保持圍巖穩(wěn)定的條件

在有擾動(dòng)影響的深部巷道中，圍巖保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的條件是圍巖應(yīng)力處于巖石的"強(qiáng)度極限鄰域"范圍之外。若強(qiáng)度極限鄰域的左邊界應(yīng)力為，圍巖應(yīng)力不能達(dá)到演示的強(qiáng)度極限，則可以判斷圍巖應(yīng)力小于左邊界應(yīng)力。此時(shí)巖石在外部擾動(dòng)荷載的作用下不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不可逆蠕變變形，圍巖能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。相反，如果圍巖應(yīng)力大于左邊界應(yīng)力，則，圍巖應(yīng)力進(jìn)入巖石的"強(qiáng)度極限鄰域"內(nèi)，擾度產(chǎn)生的蠕變變形與巖石的原有蠕變變形會(huì)產(chǎn)生疊加，進(jìn)而使巖石的入邊蠕變速度加快，使巖石產(chǎn)生破壞。

分析了深部巷道圍巖保持長(zhǎng)期穩(wěn)的條件，下一步最重要的工作就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)開(kāi)采條件確定圍巖的長(zhǎng)期強(qiáng)度和"強(qiáng)度極限鄰域"范圍，然后在巷道地應(yīng)力測(cè)試的基礎(chǔ)上判斷圍巖應(yīng)力與長(zhǎng)期強(qiáng)度"強(qiáng)度極限鄰域"的范圍關(guān)系，如果圍若應(yīng)力較大，超過(guò)了圍巖的長(zhǎng)期強(qiáng)度，處于圍巖的"強(qiáng)度極限鄰域"范圍內(nèi)，則要采取合理的支護(hù)措施，給巷道圍巖提供一個(gè)較大的支護(hù)反力，提高圍巖的長(zhǎng)期強(qiáng)度，迫使圍巖應(yīng)力退出"強(qiáng)度極限鄰域"的范圍，從而維持深部巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

3.井巷圍巖變形量?jī)x表的檢測(cè)內(nèi)容

針對(duì)支護(hù)體對(duì)巷道圍巖的控制要求，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容括以下幾點(diǎn)：首先是巷道圍巖的變形監(jiān)測(cè)：巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括頂、底板相對(duì)移近、兩幫相對(duì)移近、巷道表面非對(duì)稱變形量。其次是錨桿（索）錨固力監(jiān)測(cè)：通過(guò)在錨桿（索）上安裝錨桿測(cè)力計(jì)，用來(lái)監(jiān)測(cè)錨桿（索）外端受張拉力的情況，對(duì)錨桿（索）支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，判斷初次支護(hù)效果。最后是鋼混支架的受力和變形監(jiān)測(cè)：對(duì)鋼管混凝土支架的承載力和變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，判斷二次支護(hù)效果。

3.1圍巖變形監(jiān)測(cè)

在巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃伪O(jiān)測(cè)采用正十字布點(diǎn)法，在互扣垂直的頂?shù)装搴蛢蓭筒贾脺y(cè)點(diǎn)A、B、C、D，觀測(cè)頂?shù)装搴蛢蓭偷南鄬?duì)移近量。巷道非對(duì)稱變形監(jiān)測(cè)采用斜十字布點(diǎn)法，在巷道的四個(gè)肩角位置布置測(cè)點(diǎn)E、F、G、H，監(jiān)測(cè)巷道對(duì)角的非對(duì)稱變形量；巷道中軸線AB上布置基點(diǎn)O，通過(guò)測(cè)量OD和OC的距離可以得到左右兩幫的位移量，從而可監(jiān)測(cè)巷道兩幫的非對(duì)稱變形量。如圖3-1所示。

3.2錨桿錨固力監(jiān)測(cè)

在A～G共8個(gè)測(cè)點(diǎn)位置處的錨桿上分別安裝錨桿測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)描桿安裝過(guò)程中的初撐力和在巷道變形過(guò)程中錨桿所承載的力，評(píng)價(jià)錨桿的工作狀態(tài)，判斷初次支護(hù)效果。冋時(shí)通過(guò)對(duì)比不同位置的銷(xiāo)鬧力的大小，可監(jiān)測(cè)巷道闈若應(yīng)力的集中程度和大小，判斷巷道的非對(duì)稱變形位置。在巷道軸線方向上共布置個(gè)斷面的測(cè)站，每個(gè)測(cè)站相隔8～10厘米。

3.3混凝土支架受力以及變形監(jiān)測(cè)

支架宏觀變形觀測(cè)也采用十字布點(diǎn)法，測(cè)點(diǎn)布置方式與巷道變形測(cè)點(diǎn)布置方式相同。測(cè)點(diǎn)在鋼管上用紅漆進(jìn)行標(biāo)注。巷道軸線方向井布置個(gè)斷面的測(cè)站，每個(gè)測(cè)站相隔8～10厘米。

支架受力監(jiān)測(cè)是通過(guò)監(jiān)測(cè)支架的壓縮變形量，求出支架應(yīng)變，利用理論計(jì)算由應(yīng)變換算出支架所承受的力的大小。應(yīng)變測(cè)方法為：在支架中間一側(cè)的直線段上垂直距離為500毫米處鉆兩個(gè)直徑為Φ8的小孔，將Φ8的鋼筋插入小孔內(nèi)，鋼筋末端間距為70毫米，使用電數(shù)顯千分尺測(cè)量支架變形。千分尺的量程為50～70毫米。精度為0.001毫米，用千分尺每隔3天測(cè)量一次鋼筋的間距。兩次測(cè)量值之間的差值即為鋼管混凝土支架的變形量，再除以500毫米，即為鋼管混凝支架的應(yīng)變量。

結(jié)束語(yǔ)：

綜合全文的敘述，可以得出以下結(jié)論。本文是從三方面來(lái)對(duì)井巷圍巖變形量?jī)x表分析進(jìn)行探討的，一方面是井巷圍巖的形變特征，井巷圍巖的形變特征是不對(duì)稱形變，其具體的表現(xiàn)為左右兩幫形變不對(duì)稱、底鼓嚴(yán)重且左右變形不對(duì)稱以及關(guān)鍵部位變形量大等等。另一方面是井巷圍巖長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的條件，為了使井巷圍巖的有效使用時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)，還需要對(duì)井巷圍巖保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的條件進(jìn)行討論，文本主要從存在擾動(dòng)的情況以及不存在擾動(dòng)情況兩方面對(duì)其進(jìn)行討論。還有一方面是從井巷圍巖變形量?jī)x表的檢測(cè)內(nèi)容，其主要的檢測(cè)內(nèi)容有三個(gè)，分別是井巷圍巖變形的檢測(cè)、錨桿錨固力的檢測(cè)以及混凝土支架的受力以及變形監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛大林.國(guó)外井巷圍巖變形量測(cè)儀表[J].建井技術(shù)，1984，01：57-61.

[2]趙旭峰.擠壓性圍巖隧道施工時(shí)空效應(yīng)及其大變形控制研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.

[3]楊奎.銅鑼山隧道圍巖變形及穩(wěn)定性研究[D].西南交通大學(xué)，2007.

[4]高直，李靜波.新型伸長(zhǎng)儀在量測(cè)地下硐室圍巖變形中的應(yīng)用[J].有色金屬礦產(chǎn)與勘查，2000，S1：117-121.