朱仙莊礦底臌治理的監(jiān)測及效果評價

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，對于支護技術(shù)快速發(fā)展，支護形式也越來越多，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)濟有效的底臌治理支護方式及監(jiān)測其支護效果具有十分重要的意義。

1.1 監(jiān)測目的

進行現(xiàn)場監(jiān)測是為了判斷圍巖是否穩(wěn)定和了解支護結(jié)構(gòu)的受力情況，從而可以對硐室及巷道的支護形式進行調(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的安全程度，為選擇合適的支護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)驗來進行地下空間的設(shè)計，后來隨著科技的進步，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。所以進行工程監(jiān)測、掌握巷道圍巖和支護結(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)評判支護效果。利用監(jiān)測出來的支護結(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方式工程的支護效果。

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結(jié)構(gòu)的變形特征，得到與支護相關(guān)的參數(shù)信息，監(jiān)測圍巖變形和支護結(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參數(shù)的確定，也可作為改進支護設(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

當支護工作完成后，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的時間就其支護襯砌的收斂進行監(jiān)測，然后對監(jiān)測結(jié)果進行分析。

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，巷道達到穩(wěn)定理想狀態(tài)，從而說明支護方式可行，完成了預(yù)期目標。

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)的支護手段，不僅在時間和空間上可以交叉施工，而且給挺進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，有助于巷道掘進施工的早日完成。

2)降低了支護成本。采用鋼筋網(wǎng)架混凝土反拱襯砌支護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費用，基于安全可行的前提下，使之具有更好的經(jīng)濟效益。

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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