斜井圍巖穩(wěn)定性分析評價

汪頌暉+劉雁冰

摘 要：斜井圍巖的穩(wěn)定性分析是斜井工程中最為重要的研究問題之一，其關(guān)乎到斜井整個施工過程中的安全性。因此，為保證斜井施工過程中的安全性、經(jīng)濟性和高效性，開展斜井圍巖穩(wěn)定性分析評價是極其有必要的。以魏墻斜井工程作為實例，通過對選取的典型斷面，從容許極限位移、變形速率和變形加速度三方面，著重對拱頂沉降和周邊收斂進行了相應(yīng)的時間動態(tài)回歸分析。

關(guān)鍵詞：斜井圍巖；回歸分析；變形速率；變形加速度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.097

1 引言

斜井的圍巖穩(wěn)定性關(guān)乎其整個施工過程中的安全。因此，為了保證斜井施工快速、安全、高效的進行，對整個施工過程中的圍巖穩(wěn)定性分析就顯得尤為重要了[1]。通過對斜井整個施工過程中的圍巖穩(wěn)定性分析，才能較為準(zhǔn)確地掌握圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)，進而對斜井整體穩(wěn)定性作出初步評價， 從而為支護技術(shù)方案提供理論指導(dǎo)依據(jù)，同時還可以預(yù)防現(xiàn)場事故和災(zāi)情的發(fā)生，保證整個施工過程在安全、可靠的條件下高效的進行[2]。

2 斜井圍巖穩(wěn)定性評價

2.1 拱頂沉降和圍巖收斂的回歸分析

本文依托于魏墻斜井工程項目，選取一典型斷面的現(xiàn)場監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)，運用回歸分析法對其進行分析處理，從而尋找出位移變形隨時間的變化規(guī)律，以便為設(shè)計與現(xiàn)場施工提供指導(dǎo)依據(jù)[3]。

從圖2-1和圖2-2可見，在斜井剛開挖的7天內(nèi)，拱頂處沉降位移和周邊收斂位移逐漸增大，且變形速率達到最大。其中，拱頂位移最大沉降量達2.5mm/d，累計下沉量達到12.8mm。周邊位移最大收斂量達2.9mm/d，累計沉降達到16.2mm。這表明斜井在開挖初期過程中，其圍巖正處于加速變形期，變形量逐漸增大。在接下來施工開挖后的8～20天內(nèi)，前期開挖的斜井圍巖支護施工已基本完成，支護結(jié)構(gòu)對圍巖力學(xué)作用已基本形成，此時拱頂處的沉降和周邊位移的收斂量逐漸減小，其中拱頂處的最大沉降量僅0.9mm/d，累計沉降量為3.9mm，周邊處的最大收斂量僅1.7mm/d，累計位移量為7.9mm。由此可見，在斜井圍巖支護施工完成后，圍巖變形雖然仍在不斷繼續(xù)發(fā)展，但其變化趨勢已逐漸減弱，變形開始進入緩慢期。在斜井施工開挖的21天后，拱頂和周邊變形時態(tài)曲線基本達到水平，這表明圍巖變形已開始進入穩(wěn)定期，未來的變形量趨于一穩(wěn)定值[4]。

2.2 變形速率對圍巖穩(wěn)定性評價

僅僅采用單一的容許極限位移值法判斷斜井圍巖的穩(wěn)定性是遠遠不夠的，還應(yīng)結(jié)合變形速率對圍巖的穩(wěn)定性進行分析評價[5]。所謂的變形速率即是圍巖在一定時間內(nèi)的變化量。

從圖2-3可見，在斜井施工開挖初期7天內(nèi)，圍巖變形速率均大于lmm/d。此時，圍巖處于加速變形階段。開挖過程中，圍巖內(nèi)部應(yīng)力突然得到釋放，導(dǎo)致圍巖拱頂和周邊產(chǎn)生很大的位移。在其施工開挖后8～20天內(nèi)，隨著支護系統(tǒng)的不斷完善以及圍巖周邊應(yīng)力的不斷釋放，其變形速率得到控制，變形值明顯下降，此時的變形速率基本上小于1mm/d，圍巖已開始進入緩慢變形期。在接下來斜井施工開挖21天內(nèi)，伴隨著支護系統(tǒng)的逐步完善，圍巖應(yīng)力釋放量達到最大，其變形速率基本小于0.02mm/d，且變形值開始逐漸趨于零。這表明圍巖已基本穩(wěn)定，可以進行下一階段的施工和支護工作。

2.3 變形加速度對圍巖穩(wěn)定性評價

為了更加準(zhǔn)確深入地對斜井圍巖穩(wěn)定性做出分析，還應(yīng)結(jié)合位移變形加速度，進一步對圍巖的變形特性和變形規(guī)律進行分析。位移變形加速度法是根據(jù)位移加速度時態(tài)曲線來判別圍巖穩(wěn)定狀態(tài)的[6]。

由圖2-4可見，在開挖后的第1天內(nèi)，圍巖周邊應(yīng)力突然得到釋放，斜井處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，此時圍巖的變形加速度大于零，變形速率急劇加快，此時應(yīng)立即進行支護加固[7]。在其開挖后的2～9天內(nèi)，隨著圍巖初期支護和二次襯砌加固工作的完成，時態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點，變形加速度逐漸向反方向變化，且加速度值逐漸減小，這表明開挖后施工的支護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)對圍巖穩(wěn)定起到了控制作用[8]。在斜井施工開挖后的8～20天內(nèi)，隨著后期支護系統(tǒng)的完善，圍巖自身承載力逐漸得到提高，圍巖的變形加速度和速率均逐漸下降，這表明斜井圍巖已開始逐漸趨于穩(wěn)定。在斜井開挖21天以后，隨著時間的增加，圍巖變形加速度和變形速率都逐漸趨于零，此時加速度已小于0.01mm2/d，這表明圍巖已基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，可以進行下一階段的斜井開挖和圍巖支護工作。

3 結(jié)語

通過對斜井圍巖的量測數(shù)據(jù)進行回歸分析，繪制出了相應(yīng)回歸曲線，分析了周邊凈空收斂和拱頂沉降的時間效應(yīng)變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合圍巖變形速率和變形加速度，選取一定的參數(shù)和計算方程，分析了圍巖變形的特性和變化規(guī)律。根據(jù)其拱頂和周邊的變量關(guān)系曲線，分析得出了斜井圍巖在現(xiàn)有的支護技術(shù)方案下比較穩(wěn)定的，整體的支護系統(tǒng)是合理和安全的。

參考文獻：

[1]田敬學(xué).煤礦巷道圍巖穩(wěn)定性動態(tài)工程分類技術(shù)研究與應(yīng)用[J].上海：巖土力學(xué)，2001（01）：29-31.

[2]于學(xué)馥.地下工程圍巖穩(wěn)定性分析[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1983（02）：293-295.

[3]楊青.錢營孜煤礦馬頭門圍巖變形特性與支護優(yōu)化研究[D].安徽：安徽理工大學(xué)，2008：1-7.

[4]景詩庭，朱永全，宋玉香.隧道結(jié)構(gòu)可靠度[M].石家莊：中鐵出版社，2002（04）：37-82.

[5]任長吉.公路隧道圍巖穩(wěn)定性分析及支護對策研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2008：45-59.

[6]李曉紅.隧道新奧法及其量測技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002（02）：55-122.

[7]周維垣，楊強.巖石力學(xué)數(shù)值計算方法[M].北京：中國電力出版社，2005（04）：345-580.

[8]王思敬，楊志法，劉竹華.地下工程巖體穩(wěn)定分析[M].北京：科學(xué)出版社，1984（04）：145-178.endprint