圍巖

當隧道埋深過大，圍巖容易產生大變形，造成施工困難、支護成本提高等。如果處治不當，可能導致一定程度的經濟損失和人員傷亡。鑒于此，國內外很多學者借助數值模擬、理論推導、室內試驗、現場監測等方法手段研究了深埋隧道圍巖壓力，并取得了許多成果。比如，安永林[1]基于非線性破壞準則下，推導出一種深埋隧道圍巖壓力計算新方法，與規范法誤差較小；何知思[2]根據當地多條深埋隧道圍巖壓力監測數據，擬合出了預測模型。因此，進一步研究深埋隧道圍巖壓力分布特點具有十分重要的工程價值

常會引起襯砌背后圍巖松散甚至空洞，由此造成圍巖側向抗力系數減小或側向壓力變大，經驗認為襯砌背后圍巖松散甚至空洞或回填不密實是對隧洞穩定性影響最大的主要原因之一，導致隧道建成后，出現不同程度的病害［4］。因此，研究襯砌結構背后圍巖松散或回填不密實對隧道的安全圍護具有重大意義。為研究不同的圍巖條件如地質條件差、襯砌與圍巖間回填不密實或未進行回填灌漿等對隧道襯砌應力的影響，以某城門洞型的水工隧洞為背景，選取隧洞典型斷面進行了受力分析，研究了不同的圍巖彈性抗力系數

古生界地層之中，圍巖由松散巖、變質巖組成。隧洞地處秦祁褶皺帶結合區，地質背景復雜。隧洞穿越西秦嶺北緣深大斷裂帶。隧洞新近系、古近系圍巖構造不發育，但巖性軟弱；下古生界圍巖構造發育，巖體破碎，地下水豐富。在隧洞施工中，出現了嚴重的圍巖變形、掌子面坍塌問題。針對該隧洞施工中出現的上述問題，工程施工、設計團隊加強了對2號隧洞圍巖變形機理的分析，提出了科學合理控制圍巖變形的施工方法及支護對策，為該隧洞安全施工提供了支撐。1 隧洞區域地質環境(1) 地形地貌2號洞地

程以上為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，1 260.0 m高程下為Ⅲ類圍巖，未考慮斷層與裂隙的對圍巖穩定的影響[1]，采用理想彈塑性材料本構關系及D-P 屈服準則建立三維有限元模型（見圖1）。圖1 有限元模型1.2.2 計算參數依據工程地質勘察及設計成果，按國內水利水電工程圍巖分類方法，并結合混凝土材料力學性質，確定各類巖體和混凝土材料的物理力學參數建議值（見表1）。表1 材料物理力學參數1.2.3 計算方案對Ⅳ～Ⅴ類圍巖超前預固結灌漿后開挖成井，不采取任何支護措施。固結灌

調整和變形傳遞，圍巖試圖達到新的平衡狀態。然而由于地層條件的差異性，在有些條件下隧道圍巖通過應力重新分布后能自行穩定，而當地質條件較差時隧道圍巖無法自穩，常表現為隧道失穩和破壞，嚴重威脅工程安全，此時需采取適當的外部干預，以協助圍巖形成新的平衡。關鍵詞：復雜隧道圍巖安全性;評價方法前言：根據隧道開挖擾動范圍內圍巖穩定性的差異，將隧道周邊一定范圍內喪失整體穩定性而無法實現長期自穩的松動區圍巖劃分為淺層圍巖，在此范圍以外整體穩定性較好且能夠承擔地層荷載的圍巖則

0043)擠壓性圍巖是在高地應力環境下，隧道周邊一定范圍內產生顯著塑性變形或流變的巖體，具有高地應力、低強度、強流變的顯著特征[1-3]。擠壓性圍巖隧道具有變形量大、變形速率高、持續時間長的特點，如施工處理不當易產生變形侵限、支護開裂、隧道塌方等嚴重病害[4-5]。深埋隧道開挖后，周圍巖體產生應力重分布，通過圍巖內部應力調整及圍巖與支護相互作用，而形成能夠承擔一部分荷載的圍巖，稱為圍巖承載拱。在深埋隧道特別是超深埋的擠壓性圍巖隧道中，支護結構承擔的圍巖壓力

的知識體系中包括圍巖的古典散體理論還是圍巖的彈塑性理論[1]都認為圍巖坍塌能夠自行穩定，自行穩定后的圍巖具有一定的自承能力。圍巖坍塌能夠自行穩定是因為圍巖內部有一個應力平衡的過程，這種平衡過程是由圍巖內部作用力與反作用力形成的，作用力是圍巖自身的重力與構造力，反作用力是圍巖自身的抵抗作用力，也就是圍巖的自承作用。圍巖內部的反作用力結構就是圍巖的自承結構。1 圍巖中的自承體系結構圍巖自穩自承結構的形式[2]：對石質圍巖的結構形式來說，由于巖體受層理、節理、開

質板巖，Ⅳ～Ⅴ類圍巖[1]以薄層～極薄層狀板巖、碎裂狀板巖為主，受節理裂隙切割程度、巖塊強度、地下水發育情況、開挖面與層面相互關系等因素影響，圍巖破碎程度和變形特征差異較大。軟弱破碎巖體是引起隧洞開挖過程中出現掌子面塌方、圍巖大變形、掉塊等病害的主要原因，因此，對隧洞圍巖穩定性及支護效果進行分析，對保證水工隧洞安全施工具有重要的意義。本研究分別建立了Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ類圍巖隧洞斷面，對地應力場進行了分析并獲得圍巖應力環境，通過有限元數值模擬方法，分析獲得了圍巖的應

計緊密相關的巖溶圍巖質量評價與分級已成為巖溶隧道研究的焦點[1-2]。巖溶隧道圍巖分級實質為巖溶圍巖的質量評價問題。我國現有的圍巖分級方法未充分考慮巖溶等因素對圍巖分級的影響，存在一定的缺陷。近年來，相關學者針對巖溶圍巖分級方法開展了研究，研究思路與途徑大體分為兩類：一是以現有圍巖分級方法為基礎，考慮巖溶對圍巖質量的影響，融合建立適用于巖溶圍巖的圍巖分級方法[3-6]；一是結合巖溶特征，采用針對性的指標建立巖溶圍巖分級方法[7-9]。總體而言，巖溶圍巖分級

48000)巷道圍巖控制技術是實現煤礦安全開采的重要保障，依據巷道所處位置的地質條件進行支護決策設計。受自然因素和工程條件限制，巷道多埋藏于復雜結構的巖層條件下，控制圍巖相對困難，尤其錯綜復雜的巷道群、多巷道間圍巖控制較為復雜，單純依靠平時的工程類比無法保持巷道圍巖穩定，致使巷道頻繁翻修，影響生產[1-2].結合長平煤礦五盤區上部運輸巷以及下部回風巷道之間的圍巖體條件，對交錯巷道圍巖穩定性提出支護設計，并確定支護參數。1 交錯巷道工程概況該礦4303工作面

過多層巖層，通常圍巖控制難度較大。由于貴州興安煤業有限公司糯東煤礦副平硐部分區域巷道圍巖軟弱，變形較大，為了確定合理的副平硐嚴重變形區返修支護方案，采用鉆孔窺視儀分析副平硐嚴重變形區圍巖內部結構特征，為返修支護設計提供了依據，也為相似工程提供了有益借鑒。一、工程概況糯東煤礦是貴州興安煤業有限公司旗下的首對礦井，井田面積68.28km2。由于糯東煤礦副平硐施工過程中穿過多層巖層，其圍巖條件極其復雜，而且主要以泥質砂巖、砂質泥巖、粉砂質泥巖為主，巖層強度較低，

掘進過程中面臨的圍巖破碎、支護困難等問題更為明顯，如何確保破碎圍巖巷道穩定是礦井生產過程中需要解決的現實問題[1-2]。在破碎圍巖中采用注漿錨桿對圍巖進行控制較為廣泛，在使用過程中仍會面臨預緊力不足等問題，無法滿足破碎圍巖控制需要[3-6]。文中以山西某礦15 號煤層回采巷道掘進為工程背景，根據圍巖巖性特征對破碎圍巖采取的支護參數進行設計，并進行現場應用，有效控制了圍巖變形。1 工程概況某礦15 號煤埋深560 m，頂底板巖性以砂質泥巖、泥巖為主。1520

確保礦山深部巷道圍巖的安全一直是礦山支護工作中最為薄弱的環節，因此長期以來受到同行學者們的重點關注[1]。在礦山開采過程中由于受到人為因素的影響，改變礦山深部巷道圍巖結構，從而使礦山深部巷道圍巖很容易發生變形，礦山深部巷道圍巖變形容易引發安全事故問題，直接威脅礦山工作人員的生命安全。本文在此基礎上，展開礦山深部巷道圍巖變形研究，并通過應力分布數值模擬致力于精準掌握礦山深部巷道圍巖變形情況，確保礦山深部巷道圍巖的安全性。1 礦山深部巷道圍巖變形在礦山深部開采

者對錨桿支護巷道圍巖應力進行過一定的研究[3-4]。本文通過建立支護后的巷道力學模型對錨桿支護圍巖穩定性進行分析，對不同錨桿參數下圍巖的穩定性進行研究，為礦山圍巖支護提供一定的借鑒與參考。1 圍巖加固支護參數影響分析支護合理與否可以通過礦井開采是否會造成圍巖失穩及影響礦井生產安全來衡量，當井工開采對巷道圍巖等無影響時認為支護合理，如果支護后圍巖的穩定性仍較差則認為支護不合理。對于一定埋深的圍巖，在無采動影響時，圍巖處于三向應力平衡狀態，開采圍巖由三向應力狀

形成，出現了巷道圍巖二次應力。如果二次應力大于巖體強度極限，就會造成巖體變形松動，出現巷道頂板的下沉、片幫冒頂、底板鼓起等地壓現象。作用于圍巖和支架上的力即為地壓。1、支承壓力的分布規律對巷道穩定性的影響因其巖石強度包括地質和技術條件的不同，在巖體內開掘巷道后，巖體內的應力必然重新分布，它的變形、破壞和移動的形式也各有不同。由于受巖石強度條件的影響，特別是支架的支撐作用阻礙了破碎巖塊的冒落和破碎區的向外作用，使巖體深部抵抗破壞的能力增強，并且，破碎的巖塊間

081)0 引言圍巖穩定控制一直是巷道開挖的重點。在復雜高應力、特殊構造應力的影響下，深部高應力巷道圍巖具有十分復雜的力學特性。層狀巖體是一種典型的復雜巖體，受內部層理、節理、裂隙等結構面的影響，其表現出非連續性、非均質性、非線性等特征，層狀巖體的破壞機理及失穩模式也明顯不同于均質巖體。現有的深部巷道物理試驗，大都將圍巖簡化為完整的均質巖體，而缺乏對深部層狀圍巖巷道的相關研究。因此，研究深部巷道層狀圍巖的變形破壞特征和應力演化規律對實際工程具有一定的理論意

道相比，深部巷道圍巖力學環境更加復雜，深部高應力巷道圍巖呈現出非連續性、非協調性大變形、大范圍失穩破壞等一系列工程響應問題[1-6]。近年來，錨桿支護技術已成為煤礦巷道首選的主要支護方式，我國國有大中型礦井的錨桿支護率達到60%以上，有些礦區甚至達到100%，使得錨桿支護技術得到了快速發展[7]。深部煤炭開采使得礦井發生重大安全事故的危險性增加，嚴重威脅礦井安全生產。深部高應力、大斷面和軟巖巷道的圍巖穩定性控制一直是礦井開采的主要技術瓶頸之一，國內外許多專

巖和片麻巖為主，圍巖級別以Ⅲ、Ⅳ級為主，隧道局部穿越斷層破碎帶，屬于Ⅴ級圍巖。麥積山隧道的支護結構為錨噴支護與模筑混凝土組成的復合式襯砌，其中：Ⅲ級圍巖地段設計無仰拱，初支厚度為10cm，由鋼筋網和噴射混凝土組成，二襯為模筑素混凝土，厚30cm；Ⅳ級圍巖地段初支厚度為22cm，由系統錨桿、鋼筋網和噴射混凝土組成，仰拱由模筑混凝土和片石混凝土組成，厚度為40cm，二襯為模筑素混凝土，厚度為40cm；Ⅴ級圍巖地段采取了超前錨桿的預加固措施，同時，初支厚度為25

正確地認識和掌握圍巖，包括圍巖的基本概念及其工程特性、圍巖的分級及分類、圍巖開挖后的動態、圍巖的評價方法等，是隧道設計、施工的基礎條件。隧道技術的發展，多數是圍繞"圍巖"展開的。因此，樹立以"圍巖為本"的基本理念，認識、掌握、利用和改造"圍巖"是非常重要的。1 隧道圍巖的工程特性隧道是修筑在地下的線狀結構物，從工程角度出發，其基本特性是由周邊的地質環境，具體而言，是由隧道周邊圍巖的條件所決定的。因此，要了解隧道的工程特性，就必須了解隧道周邊圍巖的工程特性。

分別為各重要節點圍巖應力。具體監控點布置如圖2，根據圣維南原理選取中間斷面DK5+177.97為分析斷面。圖2 監測點布置2.1 拱頂圍巖應力分析根據監測的數據與監測時間段繪制圖表如圖3，從圖中分析可以看出在施工初期拱頂的圍巖應力處于平穩狀態，由于圍巖的自穩性較差，隨著5斷面核心土的施工，從第6天到第10天，應力出現了突變，應力從剛開始的12 kPa陡然躍升至74.7 kPa，應力增長522.5%，平均每天應力增加15.67 kPa。在核心土開挖中間臨時支

縮和彈性變形調節圍巖應力。在支架變形和收縮過程中，保持對圍巖的支護阻力，能促進圍巖與支護共同作用。本文闡述了受采動影響前彈塑性狀態下巷道圍巖與U型鋼可縮性金屬支架支護相互作用原理、巷道開掘后圍巖彈塑性階段有效地控制巷道圍巖以及保持圍巖穩定的重要性等技術問題。關鍵詞：圍巖應力支護阻力可縮性支架中圖分類號：TD35 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0086-011受采動影響前巷道掘進階段圍巖變形規律巷道開掘會造成圍巖