泥质软岩巷道动态控制机理研究

《泥质软岩巷道动态控制机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、泥质软岩巷道动态控制机理研究：在动压影响下，软岩巷道的变形破坏与其内在的力学特性和所处的应力环境与富水条件密切相关。巷道的开挖与支护实际上是围压的释放调整与受控约束的矛盾统一过程。软岩巷道的变形和破坏是分阶段的，各阶段的变形特点及强度弱化规律是一个动态响应的过程，因此软岩巷道的控制也需一个相应动态响应过程，所以有必要运用动态过程性原理对施工进行优化。　　关键词：动态控制高应力软岩破坏机理动态观测　　一、泥质软岩动态过程控制机理　　软岩动态过程控制，即对软岩每一变形阶段针对性的采用动态支护，在软岩巷道变形的第一阶段即掘巷初期充分调动

2、围岩自身的承载能力，采用高强预应力支护体系，及时支护暴露围岩体，减少围岩暴露时间，避免岩体的继续松动破坏；采取可缩性支护结构在保证有效支护阻力的条件下高阻让压，使得支护结构与岩体产生少量位移释放掉部分能量，实现对外层结构的适应性让压，同时能够在大变形中保持整体稳定性，最大限度地调动围岩自身的承载能力；在第二阶段开始前，采取注浆加固措施，围岩具有合理的裂隙发育状况，既有利于注浆浆液的扩散，又没有形成贯通的水力通道，及时注化学浆液封堵裂隙与化学反应取代排水，有效避免水的侵入对软岩的弱化；最后，关键部位加强支护防止产生新的水力通道与薄弱

3、环节突破。针对层状赋存特点，对岩体不均衡性产生的弱化去补强，促成围岩承载结构的形成或强化，包括含弱面或弱夹层的顶板离层控制，以及对帮角岩体破坏区、软弱岩体、开放的底板等采用动态过程性控制，“对症下药，各个击破”，从而成功控制软岩的目的。　　二、控制技术　　（1）初期调动围岩自身承载能力，在保证有效支护阻力的条件下，“让”的原则　　巷道围岩压力与径向位移关系曲线如图1所示，即可分析支护刚度对围岩压力的影响。随着径向位移的增大，围岩压力经历了一个逐渐减小再增大的过程。图中3条直线1,2,3的斜率表示不同的支护刚度，直线与围岩压力曲线的

4、交点表示各支护所承担的围压值。直线1支护刚度很大，作用在支护上的围压也很大；直线2支护刚度较小，当支护刚度的承载能力能够抵抗这一围压变化时，岩体保持稳定；直线3支护刚度很小，当支护结构与围岩产生位移时，围岩作用在支护上的压力不降反升，将超出支护结构所能承载的能力，岩体失稳。综合以上分析，显然直线2是最佳情况。可以看出，设计支护刚度如果合理，当支护安设完后，能与岩体一起产生少量位移，释放掉部分能量，同时支护又能足以保持岩体的平衡与稳定，这就是柔性支护的理论依据。但柔性支护也不意味着无原则的让，要实现让压过程中的高阻，从而保持围岩受控

5、变形。让压过程中关键部位的控制如下所述。　　①顶板：合理的初期支护强度，有利于保持顶板结构完整性和减缓两帮压力集中。　　当顶板支护的预拉力达到一定程度时，能形成预应力承载结构，该结构不仅能够通过有控制的变形实现对外层结构的适应性让压，同时能够在变形中保持整体稳定性。这种强化结构对垂直应力在两帮的传递具有均化效应，从而使垂向应力集中程度减缓，两帮岩体破坏程度减弱，消除或大大减缓顶板离层，并从根本上控制巷道的最终变形量。　　由于锚杆的预拉力仅在20kn左右，不能满足泥质复合顶板支护所需的支护刚度，在顶板压力较大、泥化严重地段顶部存在破

6、坏现象，严重降低顶板的支护强度和完整性，造成两帮应力集中、大范围岩体破坏，显现为两帮内敛和整体位移。为此，可通过高预拉力桁架和短锚索梁进一步强化顶板，加强顶板的支护强度与支护刚度，并结合可缩性棚架支护结构，实现对外层结构的适应性让压，最大限度的调动围岩自身的承载能力，进一步实现对巷道顶板的有效控制，提高控制围岩变形的能力。　　②底板：防止底板突破导致结构失稳，强化关键区域。　　在巷道施工及变形调整过程中，底板是最大的自由面，起到释放压力、调节变形的作用，当帮、顶支护—围岩结构趋于稳定后，处于自由状态的底板将会出现失控的变形，并影响

7、帮部的稳定，使巷道无法实现长期维护。对一般的浅部巷道，由于原岩应力值不大，因而即使不采取支护措施，也能确保底板稳定，不至于产生大的底鼓量。但对深部巷道，由于上覆岩体自重及构造应力的共同作用，围岩应力很高，在其作用下巷道底部岩体很容易破裂，在巷道施工过程中不可避免的使得工程用水对底板浸泡，弱化底板强度，甚至显现泥化现象，使得底板膨解变形，产生较大的底鼓，使得两帮失去承载基础，从而诱发帮、顶结构失稳，因而必须对深部巷道的底板采取有效的支护措施，并与帮、顶形成互相约束的统一承载结构。　　现阶段仅能在巷帮下部靠底板处施工锚杆和锚索，调动底

8、板深部岩层的承载性能，使得帮、底围岩相互联系起来有效控制底鼓，并结合施工具有较高承载能力的反拱结构，如使用注浆浇注反拱等。总之，应通过有效控制底板而促进巷道整体承载结构的形成。　　（2）第二阶段提高支护强度，“保护与强化”的原则　　水致泥化软岩巷道