童志鵬

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

新奧法原理是為了充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力，允許并控制圍巖的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環(huán)；另一方面又必須限制它，使圍巖不致過度松弛而喪失或大大降低其承載能力。

在運(yùn)用新奧法設(shè)計(jì)施工時(shí)，為充分發(fā)揮圍巖自承作用，容許初期支護(hù)和圍巖有一定的變形，而將設(shè)計(jì)開挖線作適當(dāng)擴(kuò)大的預(yù)留量稱為預(yù)留變形量。

新奧法是礦山開采中運(yùn)用較為普遍的設(shè)計(jì)施工技術(shù)，而預(yù)留變形量則是新奧法中一個(gè)重要的理念。目前在礦山行業(yè)還沒有專門規(guī)范對(duì)巷道預(yù)留變形量進(jìn)行說明，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70/2—2014)中規(guī)定：“在確定開挖斷面時(shí)，除應(yīng)滿足隧道凈空和結(jié)構(gòu)尺寸外，還應(yīng)考慮初期支護(hù)并預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟?。預(yù)留變形量的大小可根據(jù)圍巖級(jí)別、斷面大小、埋置深度、施工方法和支護(hù)情況等，采用工程類比法預(yù)測(cè)。當(dāng)無預(yù)測(cè)值時(shí)，在軟弱圍巖，預(yù)留變形量參考值范圍50～250 mm，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果調(diào)整”。

一般來說巷道預(yù)留變形量根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，預(yù)留變形量設(shè)置過小，圍巖的變形大，造成后期二襯施工易產(chǎn)生侵限情況；設(shè)置過大，容易造成巷道超挖、出渣量增加，二襯厚度加大等從而耽誤工期、增加成本。該文以某斜井工程為研究對(duì)象，分析了軟弱Ⅴ圍巖級(jí)別條件下斜井?dāng)嗝骖A(yù)留變形量控制值。以后設(shè)計(jì)施工時(shí)，在遇到類似工程條件，希望可以起到一定的幫助和參考作用。

1 工程概況

某礦主斜井全程1 500 m左右，斷面形式為半圓形拱，凈斷面長×寬=5.2 m×4 m，根據(jù)通過的圍巖等級(jí)，主要?jiǎng)澐譃槊鞑鄱?、泥巖段、石鹽巖段，其中泥巖段包括泥巖段及過水泥巖段。各段圍巖等級(jí)分別為：明槽段為Ⅴ級(jí)、泥巖段為Ⅴ級(jí)、石鹽巖段為Ⅲ級(jí)，該文主要分析斜井通過泥巖段Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)，斷面預(yù)留變形量的取值控制范圍，并給出該工程的預(yù)留變形量建議值。由于斜井巷道圍巖軟弱、深埋，在設(shè)計(jì)階段需考慮預(yù)留變形量的問題，斜井采用超前管棚+錨網(wǎng)噴+預(yù)留變形量+鋼支架+鋼筋混凝土支護(hù)。泥巖段支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 泥巖段支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 預(yù)留變形量的確定

該次斜井工程支護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)與U型鋼支架聯(lián)合支護(hù)方式。在實(shí)際施工中，錨網(wǎng)噴支護(hù)與U型鋼支架往往同時(shí)施工，沒有考慮兩種支護(hù)之間合理間隔時(shí)間，使得U型鋼支架沒能避開初期圍巖的劇烈變形。在錨噴網(wǎng)支護(hù)未有效發(fā)揮作用之前，U型鋼支架已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重變形或破壞，影響了鋼支架的承載能力和可縮性能。為此根據(jù)新奧法的原理，在圍巖有一定的承載能力情況下，錨網(wǎng)噴支護(hù)與U型鋼支架安裝設(shè)置一定合理間隔時(shí)間是必要的。

該次工程采用試驗(yàn)監(jiān)測(cè)和工程類比法設(shè)置預(yù)留變形量。首先根據(jù)工程類比法確定預(yù)留變形量1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，在類似Ⅴ級(jí)圍巖，斷面寬度5～7 m情況下，預(yù)留變形量暫按150 mm考慮。斜井?dāng)嗝嬖O(shè)置了2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別命為CD1及CD2，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置見圖1。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖

在開挖完成后，立即進(jìn)行噴錨網(wǎng)支護(hù)，根據(jù)對(duì)斷面實(shí)時(shí)觀察及變形監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在噴錨網(wǎng)支護(hù)5天內(nèi)圍巖整體性及穩(wěn)定性較好，未發(fā)現(xiàn)任何混凝土開裂情況；而在噴錨網(wǎng)支護(hù)后第7天時(shí)，圍巖穩(wěn)定性較好，但發(fā)現(xiàn)有混凝土開裂的征兆，現(xiàn)場(chǎng)立即安裝鋼拱架，防止圍巖繼續(xù)變形?，F(xiàn)場(chǎng)在第25天施工二襯，即400 mm厚鋼筋混凝土。

根據(jù)對(duì)2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，繪出拱頂及幫部變形量時(shí)間曲線圖，見圖2。

圖2 拱頂與幫部變形量與時(shí)間曲線圖

拱頂與幫部變形量與時(shí)間曲線圖表明：

(1)圍巖變形量在開挖初期變形較大，并拱頂變形從始至終大于幫部。

(2)鋼拱架安裝在第7天，安裝完成后，斷面圍巖變形基本趨于穩(wěn)定。

(3)二襯施工在第25天，二襯施工完成后，斷面圍巖變形基本不再增加。

(4)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，拱頂最大變形量為105 mm，幫部最大變形量88 mm。

根據(jù)項(xiàng)目試驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)觀察得出結(jié)論：錨噴支護(hù)完成后前5天圍巖會(huì)出現(xiàn)較大變形，且圍巖穩(wěn)定性良好，圍巖釋放大量能量，從而可以減少圍巖對(duì)后期支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形壓力；在錨噴支護(hù)完成后第7天圍巖變形持續(xù)增加，會(huì)產(chǎn)生因圍巖變形持續(xù)增大，從而使得圍巖失去承載能力，可能出現(xiàn)巷道冒頂、坍塌等現(xiàn)象，威脅現(xiàn)場(chǎng)施工人員安全。故在類似圍巖情況下，鋼拱架安裝在錨噴網(wǎng)支護(hù)后第5天至第7天為宜。當(dāng)掌子面出現(xiàn)了含水層及破碎層時(shí)，錨網(wǎng)噴支護(hù)與U型鋼支架間隔時(shí)間應(yīng)適當(dāng)減少，具體間隔時(shí)間應(yīng)由工程試驗(yàn)確定。鋼支架安裝完成以后，一般來說應(yīng)在30天之內(nèi)施工二襯。鋼支架安裝完后至二襯施工之間的間隔時(shí)間圍巖變形相對(duì)較小，可利用U型鋼支架自身可縮性來滿足變形要求。為此，在圍巖有一定的承載能力情況下，錨網(wǎng)噴支護(hù)與U型鋼支架合理施工間隔時(shí)間是控制預(yù)留變形量的關(guān)鍵。

在該次工程中錨網(wǎng)噴支護(hù)與U型鋼支架施工間隔時(shí)間為7天，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)拱頂在第7天沉降量為92 mm，幫部沉降量為74 mm。為此對(duì)于預(yù)留變形量150 mm進(jìn)行修正，提出預(yù)留變形量建議值為100 mm。

設(shè)計(jì)考慮控制凈斷面方式及二襯結(jié)構(gòu)、鋼拱架安裝、預(yù)留變形量來確定開挖斷面。該次工程斷面凈寬為5.2 m，凈高為4 m，二襯支護(hù)厚度400 mm，并設(shè)仰拱，二襯外寬為6 m，外高4.8 m，故初期支護(hù)完成后，凈斷面長×寬=6 m×4.8 m。預(yù)留變形量為100 mm，錨噴網(wǎng)支護(hù)厚度100 m，鋼拱架安裝厚度150 mm，故開挖斷面為長×寬=6.7 m×5.55 m。詳見斜井巷道斷面圖，見圖3。

圖3 斜井巷道斷面圖

3 結(jié) 語

該文主要針對(duì)于斜井巷道在軟弱圍巖運(yùn)用新奧法設(shè)計(jì)施工時(shí)，通過工程類比和試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可得出以下結(jié)論：

(1)在采用錨噴網(wǎng)+鋼支架聯(lián)合支護(hù)情況下，錨噴網(wǎng)與鋼支架設(shè)置合理施工間隔時(shí)間是控制預(yù)留變形量的關(guān)鍵因素。

(2)在類似該工程條件下，錨噴網(wǎng)與鋼支架施工間隔時(shí)間設(shè)置5～7天為宜。但掌子面遇含水層及破碎段時(shí)，間隔時(shí)間應(yīng)適當(dāng)減少，具體時(shí)間由試驗(yàn)確定。

(3)鋼支架安裝后，斜井巷道周邊圍巖變形基本趨于穩(wěn)定，因此控制鋼支架安裝時(shí)間尤為重要。

(4)一般來說巷道拱頂下沉量大于幫部水平收斂量，因此控制預(yù)留變形量主要取決于巷道拱頂下沉量大小。

(5)預(yù)留變形量的確定可先通過工程類比法確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，后采用試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行修正。