圍巖

常會引起襯砌背后圍巖松散甚至空洞，由此造成圍巖側(cè)向抗力系數(shù)減小或側(cè)向壓力變大，經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為襯砌背后圍巖松散甚至空洞或回填不密實(shí)是對隧洞穩(wěn)定性影響最大的主要原因之一，導(dǎo)致隧道建成后，出現(xiàn)不同程度的病害［4］。因此，研究襯砌結(jié)構(gòu)背后圍巖松散或回填不密實(shí)對隧道的安全圍護(hù)具有重大意義。為研究不同的圍巖條件如地質(zhì)條件差、襯砌與圍巖間回填不密實(shí)或未進(jìn)行回填灌漿等對隧道襯砌應(yīng)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(jìn)行了受力分析，研究了不同的圍巖彈性抗力系數(shù)

古生界地層之中，圍巖由松散巖、變質(zhì)巖組成。隧洞地處秦祁褶皺帶結(jié)合區(qū)，地質(zhì)背景復(fù)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(gòu)造不發(fā)育，但巖性軟弱；下古生界圍巖構(gòu)造發(fā)育，巖體破碎，地下水豐富。在隧洞施工中，出現(xiàn)了嚴(yán)重的圍巖變形、掌子面坍塌問題。針對該隧洞施工中出現(xiàn)的上述問題，工程施工、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)了對2號隧洞圍巖變形機(jī)理的分析，提出了科學(xué)合理控制圍巖變形的施工方法及支護(hù)對策，為該隧洞安全施工提供了支撐。1 隧洞區(qū)域地質(zhì)環(huán)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(wěn)定的影響[1]，采用理想彈塑性材料本構(gòu)關(guān)系及D-P 屈服準(zhǔn)則建立三維有限元模型（見圖1）。圖1 有限元模型1.2.2 計(jì)算參數(shù)依據(jù)工程地質(zhì)勘察及設(shè)計(jì)成果，按國內(nèi)水利水電工程圍巖分類方法，并結(jié)合混凝土材料力學(xué)性質(zhì)，確定各類巖體和混凝土材料的物理力學(xué)參數(shù)建議值（見表1）。表1 材料物理力學(xué)參數(shù)1.2.3 計(jì)算方案對Ⅳ～Ⅴ類圍巖超前預(yù)固結(jié)灌漿后開挖成井，不采取任何支護(hù)措施。固結(jié)灌

調(diào)整和變形傳遞，圍巖試圖達(dá)到新的平衡狀態(tài)。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(yīng)力重新分布后能自行穩(wěn)定，而當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時隧道圍巖無法自穩(wěn)，常表現(xiàn)為隧道失穩(wěn)和破壞，嚴(yán)重威脅工程安全，此時需采取適當(dāng)?shù)耐獠扛深A(yù)，以協(xié)助圍巖形成新的平衡。關(guān)鍵詞：復(fù)雜隧道圍巖安全性;評價(jià)方法前言：根據(jù)隧道開挖擾動范圍內(nèi)圍巖穩(wěn)定性的差異，將隧道周邊一定范圍內(nèi)喪失整體穩(wěn)定性而無法實(shí)現(xiàn)長期自穩(wěn)的松動區(qū)圍巖劃分為淺層圍巖，在此范圍以外整體穩(wěn)定性較好且能夠承擔(dān)地層荷載的圍巖則

0043)擠壓性圍巖是在高地應(yīng)力環(huán)境下，隧道周邊一定范圍內(nèi)產(chǎn)生顯著塑性變形或流變的巖體，具有高地應(yīng)力、低強(qiáng)度、強(qiáng)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(xù)時間長的特點(diǎn)，如施工處理不當(dāng)易產(chǎn)生變形侵限、支護(hù)開裂、隧道塌方等嚴(yán)重病害[4-5]。深埋隧道開挖后，周圍巖體產(chǎn)生應(yīng)力重分布，通過圍巖內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整及圍巖與支護(hù)相互作用，而形成能夠承擔(dān)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(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)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(rèn)為圍巖坍塌能夠自行穩(wěn)定，自行穩(wěn)定后的圍巖具有一定的自承能力。圍巖坍塌能夠自行穩(wěn)定是因?yàn)?span id="j5i0abt0b" class="hl">圍巖內(nèi)部有一個應(yīng)力平衡的過程，這種平衡過程是由圍巖內(nèi)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(gòu)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(nèi)部的反作用力結(jié)構(gòu)就是圍巖的自承結(jié)構(gòu)。1 圍巖中的自承體系結(jié)構(gòu)圍巖自穩(wěn)自承結(jié)構(gòu)的形式[2]：對石質(zhì)圍巖的結(jié)構(gòu)形式來說，由于巖體受層理、節(jié)理、開

質(zhì)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(jié)理裂隙切割程度、巖塊強(qiáng)度、地下水發(fā)育情況、開挖面與層面相互關(guān)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(xiàn)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(wěn)定性及支護(hù)效果進(jìn)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(yīng)力場進(jìn)行了分析并獲得圍巖應(yīng)力環(huán)境，通過有限元數(shù)值模擬方法，分析獲得了圍巖的應(yīng)

計(jì)緊密相關(guān)的巖溶圍巖質(zhì)量評價(jià)與分級已成為巖溶隧道研究的焦點(diǎn)[1-2]。巖溶隧道圍巖分級實(shí)質(zhì)為巖溶圍巖的質(zhì)量評價(jià)問題。我國現(xiàn)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(guān)學(xué)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(xiàn)有圍巖分級方法為基礎(chǔ)，考慮巖溶對圍巖質(zhì)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(jié)合巖溶特征，采用針對性的指標(biāo)建立巖溶圍巖分級方法[7-9]?？傮w而言，巖溶圍巖分級

48000)巷道圍巖控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦安全開采的重要保障，依據(jù)巷道所處位置的地質(zhì)條件進(jìn)行支護(hù)決策設(shè)計(jì)。受自然因素和工程條件限制，巷道多埋藏于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的巖層條件下，控制圍巖相對困難，尤其錯綜復(fù)雜的巷道群、多巷道間圍巖控制較為復(fù)雜，單純依靠平時的工程類比無法保持巷道圍巖穩(wěn)定，致使巷道頻繁翻修，影響生產(chǎn)[1-2].結(jié)合長平煤礦五盤區(qū)上部運(yùn)輸巷以及下部回風(fēng)巷道之間的圍巖體條件，對交錯巷道圍巖穩(wěn)定性提出支護(hù)設(shè)計(jì)，并確定支護(hù)參數(shù)。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(yè)有限公司糯東煤礦副平硐部分區(qū)域巷道圍巖軟弱，變形較大，為了確定合理的副平硐嚴(yán)重變形區(qū)返修支護(hù)方案，采用鉆孔窺視儀分析副平硐嚴(yán)重變形區(qū)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，為返修支護(hù)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，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(yè)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(fù)雜，而且主要以泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，巖層強(qiáng)度較低，

掘進(jìn)過程中面臨的圍巖破碎、支護(hù)困難等問題更為明顯，如何確保破碎圍巖巷道穩(wěn)定是礦井生產(chǎn)過程中需要解決的現(xiàn)實(shí)問題[1-2]。在破碎圍巖中采用注漿錨桿對圍巖進(jìn)行控制較為廣泛，在使用過程中仍會面臨預(yù)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(jìn)為工程背景，根據(jù)圍巖巖性特征對破碎圍巖采取的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)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?shù)装鍘r性以砂質(zhì)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(hù)工作中最為薄弱的環(huán)節(jié)，因此長期以來受到同行學(xué)者們的重點(diǎn)關(guān)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(jié)構(gòu)，從而使礦山深部巷道圍巖很容易發(fā)生變形，礦山深部巷道圍巖變形容易引發(fā)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(chǔ)上，展開礦山深部巷道圍巖變形研究，并通過應(yīng)力分布數(shù)值模擬致力于精準(zhǔn)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(hù)巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行過一定的研究[3-4]。本文通過建立支護(hù)后的巷道力學(xué)模型對錨桿支護(hù)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對不同錨桿參數(shù)下圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，為礦山圍巖支護(hù)提供一定的借鑒與參考。1 圍巖加固支護(hù)參數(shù)影響分析支護(hù)合理與否可以通過礦井開采是否會造成圍巖失穩(wěn)及影響礦井生產(chǎn)安全來衡量，當(dāng)井工開采對巷道圍巖等無影響時認(rèn)為支護(hù)合理，如果支護(hù)后圍巖的穩(wěn)定性仍較差則認(rèn)為支護(hù)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(yīng)力平衡狀態(tài)，開采圍巖由三向應(yīng)力狀

形成，出現(xiàn)了巷道圍巖二次應(yīng)力。如果二次應(yīng)力大于巖體強(qiáng)度極限，就會造成巖體變形松動，出現(xiàn)巷道頂板的下沉、片幫冒頂、底板鼓起等地壓現(xiàn)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(guī)律對巷道穩(wěn)定性的影響因其巖石強(qiáng)度包括地質(zhì)和技術(shù)條件的不同，在巖體內(nèi)開掘巷道后，巖體內(nèi)的應(yīng)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(qiáng)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(qū)的向外作用，使巖體深部抵抗破壞的能力增強(qiáng)，并且，破碎的巖塊間

081)0 引言圍巖穩(wěn)定控制一直是巷道開挖的重點(diǎn)。在復(fù)雜高應(yīng)力、特殊構(gòu)造應(yīng)力的影響下，深部高應(yīng)力巷道圍巖具有十分復(fù)雜的力學(xué)特性。層狀巖體是一種典型的復(fù)雜巖體，受內(nèi)部層理、節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面的影響，其表現(xiàn)出非連續(xù)性、非均質(zhì)性、非線性等特征，層狀巖體的破壞機(jī)理及失穩(wěn)模式也明顯不同于均質(zhì)巖體?，F(xiàn)有的深部巷道物理試驗(yàn)，大都將圍巖簡化為完整的均質(zhì)巖體，而缺乏對深部層狀圍巖巷道的相關(guān)研究。因此，研究深部巷道層狀圍巖的變形破壞特征和應(yīng)力演化規(guī)律對實(shí)際工程具有一定的理論意

道相比，深部巷道圍巖力學(xué)環(huán)境更加復(fù)雜，深部高應(yīng)力巷道圍巖呈現(xiàn)出非連續(xù)性、非協(xié)調(diào)性大變形、大范圍失穩(wěn)破壞等一系列工程響應(yīng)問題[1-6]。近年來，錨桿支護(hù)技術(shù)已成為煤礦巷道首選的主要支護(hù)方式，我國國有大中型礦井的錨桿支護(hù)率達(dá)到60%以上，有些礦區(qū)甚至達(dá)到100%，使得錨桿支護(hù)技術(shù)得到了快速發(fā)展[7]。深部煤炭開采使得礦井發(fā)生重大安全事故的危險(xiǎn)性增加，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。深部高應(yīng)力、大斷面和軟巖巷道的圍巖穩(wěn)定性控制一直是礦井開采的主要技術(shù)瓶頸之一，國內(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)為錨噴支護(hù)與模筑混凝土組成的復(fù)合式襯砌，其中：Ⅲ級圍巖地段設(shè)計(jì)無仰拱，初支厚度為10cm，由鋼筋網(wǎng)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(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)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(yù)加固措施，同時，初支厚度為25

正確地認(rèn)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(tài)、圍巖的評價(jià)方法等，是隧道設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)條件。隧道技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)是圍繞"圍巖"展開的。因此，樹立以"圍巖為本"的基本理念，認(rèn)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(jié)構(gòu)物，從工程角度出發(fā)，其基本特性是由周邊的地質(zhì)環(huán)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(jié)點(diǎn)圍巖應(yīng)力。具體監(jiān)控點(diǎn)布置如圖2，根據(jù)圣維南原理選取中間斷面DK5+177.97為分析斷面。圖2 監(jiān)測點(diǎn)布置2.1 拱頂圍巖應(yīng)力分析根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)與監(jiān)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?shù)?span id="j5i0abt0b" class="hl">圍巖應(yīng)力處于平穩(wěn)狀態(tài)，由于圍巖的自穩(wěn)性較差，隨著5斷面核心土的施工，從第6天到第10天，應(yīng)力出現(xiàn)了突變，應(yīng)力從剛開始的12 kPa陡然躍升至74.7 kPa，應(yīng)力增長522.5%，平均每天應(yīng)力增加15.67 kPa。在核心土開挖中間臨時支