張明先

摘 要：巷道開挖后，巷道周圍巖體中的原有力學(xué)靜態(tài)平衡被破壞，引起應(yīng)力重新分布，巷道圍巖產(chǎn)生變形或位移。對(duì)這種變形或位移不能給予有效控制，將導(dǎo)致圍巖破壞。為維護(hù)巷道的穩(wěn)定，需要對(duì)巷道圍巖進(jìn)行有效支護(hù)，達(dá)到阻止圍巖過度變形或松動(dòng)，即限制圍巖破裂的過度發(fā)展。錨桿支護(hù)作為一種柔性支護(hù)，它能夠與圍巖共同變形，并能很好的控制圍巖的變形[1]。但錨桿支護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中，常出現(xiàn)支護(hù)參數(shù)不合理，錨桿作用不能得到充分發(fā)揮的情況，造成支護(hù)材料浪費(fèi)，增加了支護(hù)成本。因此進(jìn)行改進(jìn)錨桿的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的研究，優(yōu)化錨桿支護(hù)參數(shù)，是十分重要的和必要的。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；圍巖穩(wěn)定；彈塑性

引言

錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化是指在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，使錨桿的加固能力和圍巖的自承能力同時(shí)得到充分發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)錨桿與圍巖相互作用形成錨固體共同承載，既能夠獲得良好的加固效果，又降低支護(hù)材料消耗和支護(hù)成本。錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化采用理論計(jì)算和數(shù)值模擬等方法進(jìn)行研究，所得成果存在理論性太強(qiáng)，普遍適用性受限制，取值的參數(shù)不夠準(zhǔn)確，難以推廣應(yīng)用等缺點(diǎn)[2]。研究認(rèn)為通過理論推算，求出需要的支護(hù)載荷及巷道變形的范圍或塑性圈半徑，進(jìn)而可能設(shè)計(jì)出合理的錨桿參數(shù)，再通過錨桿承載力監(jiān)測(cè)對(duì)錨桿參數(shù)作進(jìn)一步修改，最終可實(shí)現(xiàn)錨桿參數(shù)的優(yōu)化。

1 圍巖彈塑性變形與支護(hù)機(jī)理

巷道開挖后，巷道圍巖應(yīng)力重新分布，當(dāng)二次應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，巷道圍巖體產(chǎn)生彈塑性變形，并形成松動(dòng)圈，塑性區(qū)，彈性區(qū)。把巷道斷面按外接圓等效為圓形，按平面應(yīng)變進(jìn)行求解可得到軸對(duì)稱圓形巷道周邊的位移公式[3]：

巷道周邊圍巖的位移影響圍巖支護(hù)阻力，圍巖支護(hù)阻力由錨桿提供?？梢钥闯鲥^桿的錨固力是隨著巷道圍巖的變形而變化的，巷道圍巖變形越大，需要錨桿提供的阻力越小，因?yàn)閲鷰r變形釋放掉了一部分彈性能，減小了所需支護(hù)阻力。如果通過巷道周邊位移監(jiān)測(cè)，在圍巖體位移馬上到達(dá)破裂極限時(shí)，使錨桿支護(hù)發(fā)揮作用，限制圍巖進(jìn)一步變形，將有利于保持圍巖體的平衡穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)錨桿與圍巖共同承載的目的，從而設(shè)計(jì)出更為合理的支護(hù)參數(shù)。

3.2 參數(shù)對(duì)比分析與優(yōu)化

巷道原來的支護(hù)參數(shù)為：螺紋鋼錨桿Φ18mm×1.1m，間排距1m×1m，此時(shí)錨桿錨固端在巷道圍巖塑性區(qū)未到達(dá)彈性區(qū)，在塑性區(qū)內(nèi)Rp隨錨桿長(zhǎng)度增加開始階段顯著減小，呈雙曲線函數(shù)關(guān)系，但一定階段后，Rp基本不發(fā)生變化，呈近水平直線變化。而錨桿錨固端在圍巖塑性區(qū)半徑處，將錨桿長(zhǎng)度稍微增加錨固到彈性區(qū)時(shí)，Rp有適當(dāng)減小，可充分發(fā)揮圍巖體的承載能力。

優(yōu)化后調(diào)整為Φ18mm×1.4m，間排距1.1m×1.1m。錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后使得錨桿支護(hù)更安全合理，節(jié)約了錨桿量，減少勞動(dòng)時(shí)間，提高了巷道圍巖的安全穩(wěn)定性，使錨固作用和圍巖的自承能力得到了充分的發(fā)揮，達(dá)到預(yù)期目的。

4 結(jié)論

在相同條件下，錨桿長(zhǎng)度是改變巷道圍巖塑性區(qū)范圍的一個(gè)重要因素。根據(jù)巷道圍巖塑性區(qū)半徑，合理地選擇錨桿長(zhǎng)度，可以有效地控制圍巖塑性區(qū)，并減小塑性區(qū)半徑；既避免了圍巖塑性區(qū)過大造成的巷道維護(hù)困難，又減少支護(hù)材料的消耗，更好發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用和圍巖自承能力，有利于實(shí)現(xiàn)巷道穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]張社榮，顧巖，張宗亮.超大型地下洞室圍巖錨桿支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007，26（5）：47-52.

[2]孔德森，蔣金泉.深部巷道錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤，2001，10（6）：1-3.

[3]李大偉，侯朝炯.錨桿支護(hù)對(duì)圍巖穩(wěn)定作用的彈塑性力學(xué)計(jì)算與應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2006，3（1）：20-23.

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