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(wèn)題之一，其關(guān)乎到斜井整個(gè)施工過(guò)程中的安全性。因此，為保證斜井施工過(guò)程中的安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性，開展斜井圍巖穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)是極其有必要的。以魏墻斜井工程作為實(shí)例，通過(guò)對(duì)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(duì)拱頂沉降和周邊收斂進(jìn)行了相應(yīng)的時(shí)間動(dòng)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(gè)施工過(guò)程中的安全。因此，為了保證斜井施工快速、安全、高效的進(jìn)行，對(duì)整個(gè)施工過(guò)程中的圍巖穩(wěn)定性分析就顯得尤為重要了[1]。通過(guò)對(duì)斜井整個(gè)施工過(guò)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(jìn)而對(duì)斜井整體穩(wěn)定性作出初步評(píng)價(jià)， 從而為支護(hù)技術(shù)方案提供理論指導(dǎo)依據(jù)，同時(shí)還可以預(yù)防現(xiàn)場(chǎng)事故和災(zāi)情的發(fā)生，保證整個(gè)施工過(guò)程在安全、可靠的條件下高效的進(jìn)行[2]。

2 斜井圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

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(xiàng)目，選取一典型斷面的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)，運(yùn)用回歸分析法對(duì)其進(jìn)行分析處理，從而尋找出位移變形隨時(shí)間的變化規(guī)律，以便為設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工提供指導(dǎo)依據(jù)[3]。

從圖2-1和圖2-2可見(jiàn)，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(dá)到最大。其中，拱頂位移最大沉降量達(dá)2.5mm/d，累計(jì)下沉量達(dá)到12.8mm。周邊位移最大收斂量達(dá)2.9mm/d，累計(jì)沉降達(dá)到16.2mm。這表明斜井在開挖初期過(guò)程中，其圍巖正處于加速變形期，變形量逐漸增大。在接下來(lái)施工開挖后的8～20天內(nèi)，前期開挖的斜井圍巖支護(hù)施工已基本完成，支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖力學(xué)作用已基本形成，此時(shí)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?jī)H0.9mm/d，累計(jì)沉降量為3.9mm，周邊處的最大收斂量?jī)H1.7mm/d，累計(jì)位移量為7.9mm。由此可見(jiàn)，在斜井圍巖支護(hù)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(shì)已逐漸減弱，變形開始進(jìn)入緩慢期。在斜井施工開挖的21天后，拱頂和周邊變形時(shí)態(tài)曲線基本達(dá)到水平，這表明圍巖變形已開始進(jìn)入穩(wěn)定期，未來(lái)的變形量趨于一穩(wěn)定值[4]。

2.2 變形速率對(duì)圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)結(jié)合變形速率對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[5]。所謂的變形速率即是圍巖在一定時(shí)間內(nèi)的變化量。

從圖2-3可見(jiàn)，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(shí)，圍巖處于加速變形階段。開挖過(guò)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(hù)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(shí)的變形速率基本上小于1mm/d，圍巖已開始進(jìn)入緩慢變形期。在接下來(lái)斜井施工開挖21天內(nèi)，伴隨著支護(hù)系統(tǒng)的逐步完善，圍巖應(yīng)力釋放量達(dá)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(jìn)行下一階段的施工和支護(hù)工作。

2.3 變形加速度對(duì)圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

為了更加準(zhǔn)確深入地對(duì)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(jìn)一步對(duì)圍巖的變形特性和變形規(guī)律進(jìn)行分析。位移變形加速度法是根據(jù)位移加速度時(shí)態(tài)曲線來(lái)判別圍巖穩(wěn)定狀態(tài)的[6]。

由圖2-4可見(jiàn)，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(shí)圍巖的變形加速度大于零，變形速率急劇加快，此時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)加固[7]。在其開挖后的2～9天內(nèi)，隨著圍巖初期支護(hù)和二次襯砌加固工作的完成，時(shí)態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，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(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)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(hù)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(shí)間的增加，圍巖變形加速度和變形速率都逐漸趨于零，此時(shí)加速度已小于0.01mm2/d，這表明圍巖已基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可以進(jìn)行下一階段的斜井開挖和圍巖支護(hù)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)斜井圍巖的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(jì)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(hù)技術(shù)方案下比較穩(wěn)定的，整體的支護(hù)系統(tǒng)是合理和安全的。

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