劉俊俊

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院,安徽 淮南 232001)

0 前 言

如今，對于支護(hù)技術(shù)快速發(fā)展，支護(hù)形式也越來越多，對于巷道頂部下移和兩幫內(nèi)移已得到解決，但目前為避免巷道出現(xiàn)底臌而采取又省錢又可行的方法卻很少[2]。巷道出現(xiàn)底臌會使其斷面變小，對車輛交通和人員通過將產(chǎn)生一定的影響，也不利于空氣流動，面對底臌現(xiàn)象，不少礦井只能利用大量勞動力、財力來進(jìn)行一些臨時修復(fù)處理，若礦井底臌現(xiàn)象明顯的話，很有可能使整條巷道無法使用，從而大大降低了礦山的生產(chǎn)率和安全性[3]。所以,采取經(jīng)濟(jì)有效的底臌治理支護(hù)方式及監(jiān)測其支護(hù)效果具有十分重要的意義。

1.1 監(jiān)測目的

進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測是為了判斷圍巖是否穩(wěn)定和了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，從而可以對硐室及巷道的支護(hù)形式進(jìn)行調(diào)整，最終保障作業(yè)的安全性與高效性。

1)提供監(jiān)控設(shè)計的依據(jù)和信息。測量現(xiàn)場變位和受力可以得知支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況和變形程度，同時可以掌握圍巖和支護(hù)的安全程度，為選擇合適的支護(hù)形式提供合理的依據(jù)和計算所需的參數(shù)。

2)指導(dǎo)施工和預(yù)報險情。面對復(fù)雜地質(zhì)情形的巷道圍巖，像破碎松散的圍巖、塑性流變大的圍巖、遇水膨脹型圍巖等這一類圍巖，在作業(yè)時必須要進(jìn)行現(xiàn)場測試且及時做好信息反饋，以保證作業(yè)的安全性。

3)用于理論校正與研究，給類似工程做參考。人們以前幾乎是憑借積累的經(jīng)驗來進(jìn)行地下空間的設(shè)計，后來隨著科技的進(jìn)步，分析方式的增多，理論分析得到了巨大的發(fā)展，其分析出來的結(jié)果漸漸得到人們更高的關(guān)注度。所以進(jìn)行工程監(jiān)測、掌握巷道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)信息，對評定圍巖巷道是否安全可靠是非常有必要的。

4)評判支護(hù)效果。利用監(jiān)測出來的支護(hù)結(jié)構(gòu)承受力大小與圍巖收斂變形量大小來評判采用該支護(hù)方式工程的支護(hù)效果。

5)作為工程應(yīng)用的經(jīng)驗資料。要想更清晰地掌握巷道、硐室的地壓分布和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特征，得到與支護(hù)相關(guān)的參數(shù)信息，監(jiān)測圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力是十分有必要的，同時有助于為情形相似的巷道支護(hù)參數(shù)的確定，也可作為改進(jìn)支護(hù)設(shè)計的可行參考依據(jù)。

1.2 監(jiān)測內(nèi)容

選擇三維格構(gòu)式鋼筋混凝土網(wǎng)架作反拱的支護(hù)方案用于加固巷道，現(xiàn)場監(jiān)測的方面含有硐室圍巖未修之前的松動區(qū)域、投入使用的網(wǎng)架的鋼筋應(yīng)變大小、兩側(cè)幫部及頂?shù)撞繃鷰r變形收斂值、底板受壓大小等。

1.3 測試點現(xiàn)場布置

當(dāng)支護(hù)工作完成后，對于底板網(wǎng)架的承載情況、底板和頂板位移變化情況等都需要進(jìn)行為期不短的監(jiān)測工作，圖1為監(jiān)測點的分布情況。

1.3.1 測點布置

壓力盒、網(wǎng)架鋼筋計、圍巖松動圈和變形監(jiān)測點的分布情況見圖1。

圖1 測點布置示意圖

1.3.2 測試結(jié)果及分析

1)圍巖松動圈測試。圖2～3顯示了Ⅱ857行人聯(lián)巷圍巖松動圈的監(jiān)測結(jié)果，從圖中分析得到該圍巖松動圈為190～200 cm，屬大松動圈(LP=150～300 cm)的Ⅴ類圍巖。

圖2 圍巖松動圈變化圖1

圖3 圍巖松動圈變化圖2

2)頂?shù)装迨諗孔冃螠y試及分析。在Ⅱ857行人聯(lián)巷加固修理完成后，利用了差不多100 d的時間就其支護(hù)襯砌的收斂進(jìn)行監(jiān)測，然后對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。

由圖4～5顯示可得，大約在開挖前20 d附近幫部圍巖的收斂速度較快、50 d左右的收斂值較大，幫部的峰值收斂量處于20 mm附近，頂?shù)撞繃鷰r的收斂速度前期較快，50 d左右速度變小，最大收斂值大約在17 mm附近，幫部和頂?shù)撞恐ёo(hù)襯砌的收斂值大約在70 d附近走向平穩(wěn)狀態(tài)。

圖4 幫部圍巖收斂變化圖

圖5 頂?shù)讎鷰r收斂變化圖

3)網(wǎng)架襯砌受力與變形的監(jiān)測。為明確Ⅱ857行人聯(lián)巷所采用的底臌修復(fù)方法對該巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)具有怎樣的作用效果，在監(jiān)測設(shè)備安裝之前，認(rèn)真分析設(shè)計文件與施工區(qū)的現(xiàn)場情形，兩者相聯(lián)系，選擇在底臌修復(fù)臥底周圍的網(wǎng)架混凝土襯砌中放置2個豎向鋼筋計，然后再在處于臥底底板位置布置2個壓力盒，進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測。

圖6為襯砌的鋼筋應(yīng)力隨時間變化圖，圖6中曲線表明，在鋼筋網(wǎng)架混凝土襯砌灌注完成前期，襯砌表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，鋼筋所受應(yīng)力呈上下浮動趨勢且數(shù)值偏小。由于受巷道底板在臥底過程中的作業(yè)干擾，讓混凝土襯砌在30 d前后所受應(yīng)力快速增加，大約70 d之后應(yīng)力基本上無明顯變化，混凝土襯砌進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 襯砌鋼筋應(yīng)力圖

從圖7壓力盒的受力曲線圖能看出，位于底板的壓力盒在底板混凝土澆筑完成前期所受應(yīng)力并不大，大約只有0.3 MPa。在基礎(chǔ)設(shè)備的作業(yè)進(jìn)行下，底板所受應(yīng)力增加，速度較快，大約在90 d附近應(yīng)力值達(dá)到最大，大約1.3 MPa，由圖7觀察，在80 d左右應(yīng)力變化幅度明顯減小，應(yīng)力處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，可以推斷這種鋼筋網(wǎng)架混凝土襯砌的受力走勢穩(wěn)定。

圖7 壓力盒受力圖

1.4 效果評價

因為安裝了反拱支架，它的存在有著兩處明顯的效果，第一，相當(dāng)于為硐室的底板增加了一組反力，它可以很好地減弱應(yīng)力對底板的作用效果，有效控制底板的破壞；第二，拱形結(jié)構(gòu)具有特定的屬性，它可以起到轉(zhuǎn)化力學(xué)的作用，就是把那些大的水平應(yīng)力，分解成許多個其他方向的力，大大地減弱了應(yīng)力的集中，從而可以使硐室和底板處于三維應(yīng)力狀態(tài)中，同時也增加了硐室圍巖的穩(wěn)定性。

經(jīng)過支護(hù)處理后的Ⅱ857行人聯(lián)巷，未出現(xiàn)限位塊掉落的情形，噴漿層也沒有產(chǎn)生裂縫，巷道斷面沒有明顯收縮變化，巷道達(dá)到穩(wěn)定理想狀態(tài)，從而說明支護(hù)方式可行，完成了預(yù)期目標(biāo)。

1)加快了施工速度。選擇鋼筋網(wǎng)架混凝土襯砌作為底臌修復(fù)的支護(hù)手段，不僅在時間和空間上可以交叉施工，而且給挺進(jìn)施工獲取了多工序平行施工的時間和空間，提高了施工效率，使作業(yè)速度得到提升，有助于巷道掘進(jìn)施工的早日完成。

2)降低了支護(hù)成本。采用鋼筋網(wǎng)架混凝土反拱襯砌支護(hù)方式可以很好地降低巷道圍巖的變形(包括變形速度和變形量)，尤其對抑制底臌速度和底臌量更有效，從而可以達(dá)到巷道長久穩(wěn)定的目的，這樣就可以降低底臌治理修復(fù)次數(shù)，與此同時也就降低了支護(hù)費用，基于安全可行的前提下，使之具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

3)保留了一些有關(guān)底臌修復(fù)的經(jīng)驗。根據(jù)Ⅱ857行人聯(lián)巷監(jiān)測結(jié)果分析，可以得出反拱網(wǎng)架襯砌對于軟巖巷道底臌的修復(fù)在技術(shù)上是可采用的，在作業(yè)過程中是安全的，在費用上是節(jié)省的，還能給其他地方類似的軟巖巷道進(jìn)行底臌治理時提供經(jīng)驗方法，因此有很強的推廣價值。

2 結(jié) 語

總得來說，新型三維反拱網(wǎng)架混凝土襯砌對于軟巖巷道底臌的修復(fù)在技術(shù)上是可采用的，在作業(yè)過程中是安全的，在費用上是節(jié)省的，更大意義的是在于為我國深部高應(yīng)力軟巖巷道底臌的治理提供了新的方向，在以后的工程應(yīng)用中有著良好的發(fā)展前景。

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