斜井圍巖穩定性分析評價

汪頌暉+劉雁冰

摘 要：斜井圍巖的穩定性分析是斜井工程中最為重要的研究問題之一，其關乎到斜井整個施工過程中的安全性。因此，為保證斜井施工過程中的安全性、經濟性和高效性，開展斜井圍巖穩定性分析評價是極其有必要的。以魏墻斜井工程作為實例，通過對選取的典型斷面，從容許極限位移、變形速率和變形加速度三方面，著重對拱頂沉降和周邊收斂進行了相應的時間動態回歸分析。

關鍵詞：斜井圍巖；回歸分析；變形速率；變形加速度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.097

1 引言

斜井的圍巖穩定性關乎其整個施工過程中的安全。因此，為了保證斜井施工快速、安全、高效的進行，對整個施工過程中的圍巖穩定性分析就顯得尤為重要了[1]。通過對斜井整個施工過程中的圍巖穩定性分析，才能較為準確地掌握圍巖穩定性狀態，進而對斜井整體穩定性作出初步評價， 從而為支護技術方案提供理論指導依據，同時還可以預防現場事故和災情的發生，保證整個施工過程在安全、可靠的條件下高效的進行[2]。

2 斜井圍巖穩定性評價

2.1 拱頂沉降和圍巖收斂的回歸分析

本文依托于魏墻斜井工程項目，選取一典型斷面的現場監測記錄數據，運用回歸分析法對其進行分析處理，從而尋找出位移變形隨時間的變化規律，以便為設計與現場施工提供指導依據[3]。

從圖2-1和圖2-2可見，在斜井剛開挖的7天內，拱頂處沉降位移和周邊收斂位移逐漸增大，且變形速率達到最大。其中，拱頂位移最大沉降量達2.5mm/d，累計下沉量達到12.8mm。周邊位移最大收斂量達2.9mm/d，累計沉降達到16.2mm。這表明斜井在開挖初期過程中，其圍巖正處于加速變形期，變形量逐漸增大。在接下來施工開挖后的8～20天內，前期開挖的斜井圍巖支護施工已基本完成，支護結構對圍巖力學作用已基本形成，此時拱頂處的沉降和周邊位移的收斂量逐漸減小，其中拱頂處的最大沉降量僅0.9mm/d，累計沉降量為3.9mm，周邊處的最大收斂量僅1.7mm/d，累計位移量為7.9mm。由此可見，在斜井圍巖支護施工完成后，圍巖變形雖然仍在不斷繼續發展，但其變化趨勢已逐漸減弱，變形開始進入緩慢期。在斜井施工開挖的21天后，拱頂和周邊變形時態曲線基本達到水平，這表明圍巖變形已開始進入穩定期，未來的變形量趨于一穩定值[4]。

2.2 變形速率對圍巖穩定性評價

僅僅采用單一的容許極限位移值法判斷斜井圍巖的穩定性是遠遠不夠的，還應結合變形速率對圍巖的穩定性進行分析評價[5]。所謂的變形速率即是圍巖在一定時間內的變化量。

從圖2-3可見，在斜井施工開挖初期7天內，圍巖變形速率均大于lmm/d。此時，圍巖處于加速變形階段。開挖過程中，圍巖內部應力突然得到釋放，導致圍巖拱頂和周邊產生很大的位移。在其施工開挖后8～20天內，隨著支護系統的不斷完善以及圍巖周邊應力的不斷釋放，其變形速率得到控制，變形值明顯下降，此時的變形速率基本上小于1mm/d，圍巖已開始進入緩慢變形期。在接下來斜井施工開挖21天內，伴隨著支護系統的逐步完善，圍巖應力釋放量達到最大，其變形速率基本小于0.02mm/d，且變形值開始逐漸趨于零。這表明圍巖已基本穩定，可以進行下一階段的施工和支護工作。

2.3 變形加速度對圍巖穩定性評價

為了更加準確深入地對斜井圍巖穩定性做出分析，還應結合位移變形加速度，進一步對圍巖的變形特性和變形規律進行分析。位移變形加速度法是根據位移加速度時態曲線來判別圍巖穩定狀態的[6]。

由圖2-4可見，在開挖后的第1天內，圍巖周邊應力突然得到釋放，斜井處于極不穩定狀態，此時圍巖的變形加速度大于零，變形速率急劇加快，此時應立即進行支護加固[7]。在其開挖后的2～9天內，隨著圍巖初期支護和二次襯砌加固工作的完成，時態曲線出現反彎點，變形加速度逐漸向反方向變化，且加速度值逐漸減小，這表明開挖后施工的支護結構系統對圍巖穩定起到了控制作用[8]。在斜井施工開挖后的8～20天內，隨著后期支護系統的完善，圍巖自身承載力逐漸得到提高，圍巖的變形加速度和速率均逐漸下降，這表明斜井圍巖已開始逐漸趨于穩定。在斜井開挖21天以后，隨著時間的增加，圍巖變形加速度和變形速率都逐漸趨于零，此時加速度已小于0.01mm2/d，這表明圍巖已基本達到穩定狀態，可以進行下一階段的斜井開挖和圍巖支護工作。

3 結語

通過對斜井圍巖的量測數據進行回歸分析，繪制出了相應回歸曲線，分析了周邊凈空收斂和拱頂沉降的時間效應變化規律。在此基礎上，結合圍巖變形速率和變形加速度，選取一定的參數和計算方程，分析了圍巖變形的特性和變化規律。根據其拱頂和周邊的變量關系曲線，分析得出了斜井圍巖在現有的支護技術方案下比較穩定的，整體的支護系統是合理和安全的。

參考文獻：

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