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）層道路的保護形式多種多樣，而石圓護岸是最常用的保護形式。但施工中由于粒石圓碹工程做得不好,致使其支護效果不如其他支護形式。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°,巖體始動壓力(相當(dāng)于巖體黏結(jié)力)角αs=17°,沿巖層走向掘進巷道凈斷面Dj=4.2m,荒斷面Dh=5m,料石材質(zhì)為花崗巖、抗壓強度σ=1100～1500kg/cm2,料石規(guī)格35×25×15(13)cm。1.2計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度σL=108MPa,是上述計算結(jié)果的30～47倍。料石圓碹不會被壓壞。(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,是花崗巖強度的9%～13%,料石圓碹不會被壓壞。實際上這種計算是不對的,切向壓力不會作用在橫截面上。(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,是花崗巖強度的15%～24%,料石圓碹不會被壓壞。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機和實施光面爆破掘進的巷道,在砌碹中會出現(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的好去處,碹體經(jīng)過移動,接觸面減少,應(yīng)力集中點增加,碹體一點一點被剪切。在層理發(fā)育好的巖層掘進和沿煤層掘進,除了頂部留有一定空間外,還會在巷道兩肩出現(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。沙漿的強度遠小于料石的強度。對于整個巷道的強度基本不起作用。要求充實填滿,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)準規(guī)定壓碴不小于砌塊寬度的四分之一,接碴嚴密。料石壓碴對碹體的強度沒有好處,至少使巷道整體強度降低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,其實沒有用。質(zhì)量標(biāo)準缺少沒有應(yīng)對圍巖不均勻變形的辦法。4準切接力石的調(diào)整(1)經(jīng)過理論計算和現(xiàn)場觀測,預(yù)設(shè)圍巖位移量,改進碹體和圍巖的接觸關(guān)系,可以提高料石圓碹強度的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因素至少可以使料石圓碹的強度提高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)定性降低強度。而地下巷道受圍巖擠壓,不需要穩(wěn)定性,需要的是強度。不強調(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。這一改進能提高料石圓碹強度的25%。(4)用細砂代替矸石作碹體和圍巖的中間體,用噴漿機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。這項措施能使料石圓碹的強度提高25%。以上5項措施可以提高料石圓碹強度1倍以上。在增加投入的情況下提高料石圓碹強度的對策: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)支護強度計算式中:σc—采動壓力;P—巷道圍巖動載荷;S—巷道截面積;σp—圍巖高峰壓力與始動壓力的近似平均值;rn—采動壓力等于始動壓力在巷道半徑上的延長點;Ro—巷道初始半徑;σz—巷道支護壓力;σs—圍巖始動壓力;Rb—巷道變形后的半徑