軟巖f3地層巷道料石圓穩(wěn)定性分析

軟巖f3地層巷道料石圓穩(wěn)定性分析

巖流（f）層道路的保護(hù)形式多種多樣，而石圓護(hù)岸是最常用的保護(hù)形式。但施工中由于粒石圓碹工程做得不好,致使其支護(hù)效果不如其他支護(hù)形式。1材料圓形壓力分析1.1巖石材料地質(zhì)參數(shù)巷道位置H=-500m,圍巖堅(jiān)固性系數(shù)f≤3,巖石比重γ=2.25,泊松比μ=0.25,側(cè)壓系數(shù)λ=0.33,巖體外塌陷角α=29°,巖體始動(dòng)壓力(相當(dāng)于巖體黏結(jié)力)角αs=17°,沿巖層走向掘進(jìn)巷道凈斷面Dj=4.2m,荒斷面Dh=5m,料石材質(zhì)為花崗巖、抗壓強(qiáng)度σ=1100～1500kg/cm2,料石規(guī)格35×25×15(13)cm。1.2計(jì)算原始圍巖電壓和顯示壓力原始應(yīng)力根據(jù)金尼系數(shù)公式計(jì)算圍巖的視覺壓力該方法不正確根據(jù)外塌陷角理論系統(tǒng)的公式1.3材料-石潤壓力分析按花崗巖強(qiáng)度σL=108MPa,是上述計(jì)算結(jié)果的30～47倍。料石圓碹不會(huì)被壓壞。(2)石粉條橫截面上的切向壓力體橫截面式中:Rw—碹體外圓半徑;RN—碹體內(nèi)圓半徑。體截面的切向壓力爆破橫截面Sw比碹體橫截面St為按1.2計(jì)算的圍巖壓力的3.9倍作為料石碹體橫截面上的切向壓力為10MPa～14MPa,是花崗巖強(qiáng)度的9%～13%,料石圓碹不會(huì)被壓壞。實(shí)際上這種計(jì)算是不對(duì)的,切向壓力不會(huì)作用在橫截面上。(3)d—巷道軸向剖面碹體上受到的切向壓力先計(jì)算巷道軸向剖面爆破面積與料石碹體面積之比式中:Dh—巷道直徑;d—粒石長度。按1.2計(jì)算的圍巖壓力,巷道軸向剖面料石碹體上受到的切向壓力為16.3MPa～25.6MPa,是花崗巖強(qiáng)度的15%～24%,料石圓碹不會(huì)被壓壞。2石粉修復(fù)后的原因2.1巷道圍巖位移空間假定使用掘進(jìn)機(jī)和實(shí)施光面爆破掘進(jìn)的巷道,在砌碹中會(huì)出現(xiàn)底部碹體與圍巖完全接觸和頂部留有10cm空間的情況。由于巷道圍巖泊松比ν=0.25,圍巖的橫向變形是縱向變形的4倍,在巷道的初期變形中,巷道底部料石內(nèi)沿受拉力,巷道頂部料石外沿受拉力,巷道底部料石外沿由于灰縫空虛,只收縮不受壓力,巷道頂部料石內(nèi)沿一開始就受集中壓力。巷道兩側(cè)雖然圍巖位移最大,但碹體有向上下兩方移動(dòng)的空間,且灰縫飽滿,是受力最均勻最后破壞的部分。這種最好的巷道料石受力的順序是頂部內(nèi)沿—底部外沿—兩側(cè)。全部料石有效受力面積不到10%。2.2巷道砌體的制作穿層巷道的圍巖位移相對(duì)均勻,在同一水平同樣質(zhì)量比沿層巷道要耐壓。穿層巷道易出現(xiàn)冒頂片幫的現(xiàn)象,無論如何充填,充填矸石有1.5的碎脹系數(shù),充填處成為碹體移動(dòng)的好去處,碹體經(jīng)過移動(dòng),接觸面減少,應(yīng)力集中點(diǎn)增加,碹體一點(diǎn)一點(diǎn)被剪切。在層理發(fā)育好的巖層掘進(jìn)和沿煤層掘進(jìn),除了頂部留有一定空間外,還會(huì)在巷道兩肩出現(xiàn)角形空洞。與前邊分析一樣,巷道砌體上部內(nèi)沿下部外沿先受力,首先損壞的是兩肩,其次是頂部。在施工普遍存在一種陋習(xí),重視巷道上半圓的質(zhì)量,忽視下半圓的質(zhì)量。將質(zhì)量最差的料石放在碹底,一般不對(duì)每塊料石打抹灰漿,而是一次擺好全圓1/5的料石,然后將灰漿撒布在料石上。在沒有振動(dòng)的情況下,料石外圓的縫隙是空的。這種巷道,看軌面以上是優(yōu)良品,實(shí)際是不合格品。3石充填的填充沙漿的作用是黏結(jié)料石和使料石之間能充分傳遞壓力。沙漿的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于料石的強(qiáng)度。對(duì)于整個(gè)巷道的強(qiáng)度基本不起作用。要求充實(shí)填滿,用木材矸石填滿就算符合要求。前面分析,充填空間仍然可以壓縮1/3。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓碴不小于砌塊寬度的四分之一,接碴嚴(yán)密。料石壓碴對(duì)碹體的強(qiáng)度沒有好處,至少使巷道整體強(qiáng)度降低25%。料石碹體上的軸向干瞎縫沒有壞處,有人故意留大縫,以便卸壓,其實(shí)沒有用。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)缺少?zèng)]有應(yīng)對(duì)圍巖不均勻變形的辦法。4準(zhǔn)切接力石的調(diào)整(1)經(jīng)過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),預(yù)設(shè)圍巖位移量,改進(jìn)碹體和圍巖的接觸關(guān)系,可以提高料石圓碹強(qiáng)度的25%。(2)將料石擺放角度平轉(zhuǎn)90°?，F(xiàn)在料石砌碹一般是料石長軸與巷道半徑重疊,次長軸與巷道軸線重疊。這種做法純屬于按地面砌墻的習(xí)慣,主要原因是從穩(wěn)定性考慮,其次是為了好看。如果將料石擺放改成短軸與巷道軸線重疊,將會(huì)有以下變化:單塊料石的切向受力面積是原來的60%,受內(nèi)圓集中剪切力的厚度是原來的1.7倍。單塊料石切向受力面積減少和抗剪切力厚度增加兩個(gè)因素至少可以使料石圓碹的強(qiáng)度提高50%。(3)取消料石壓碴的規(guī)定。碹體在巷道軸向不受力,在巷道橫斷面上看,料石壓碴與不壓碴都沒有關(guān)系。料石在軸向剖面上互相壓碴,壓碴增加穩(wěn)定性降低強(qiáng)度。而地下巷道受圍巖擠壓,不需要穩(wěn)定性,需要的是強(qiáng)度。不強(qiáng)調(diào)料石壓碴,也可以壓碴,順其自然。這樣做的最大好處是質(zhì)量不好的料石也能發(fā)揮好的作用。這一改進(jìn)能提高料石圓碹強(qiáng)度的25%。(4)用細(xì)砂代替矸石作碹體和圍巖的中間體,用噴漿機(jī)向碹頂噴砂可以解決碹體鉆頂?shù)膯栴}。(5)料石受力面的粘合劑必須飽滿。砌筑巷道底部必須使用振動(dòng)器,保證料石受力面的充分接觸,避免因受水平擠壓力而出現(xiàn)料石收腹提臀鉆頂?shù)慕Y(jié)果。這項(xiàng)措施能使料石圓碹的強(qiáng)度提高25%。以上5項(xiàng)措施可以提高料石圓碹強(qiáng)度1倍以上。在增加投入的情況下提高料石圓碹強(qiáng)度的對(duì)策:在砌碹之前向巷道圍巖植入錨桿錨索;在碹體輕微變形損壞后對(duì)碹體噴漿;或者支設(shè)鋼棚后再噴漿;先施工巷道上半圓,待壓力充分釋放后再接下半圓。(1)料石粉由于徑向壓力而從外部圓出口(4)支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算式中:σc—采動(dòng)壓力;P—巷道圍巖動(dòng)載荷;S—巷道截面積;σp—圍巖高峰壓力與始動(dòng)壓力的近似平均值;rn—采動(dòng)壓力等于始動(dòng)壓力在巷道半徑上的延長點(diǎn);Ro—巷道初始半徑;σz—巷道支護(hù)壓力;σs—圍巖始動(dòng)壓力;Rb—巷道變形后的半徑