朱仙莊礦底臌治理的監測及效果評價

劉俊俊

(安徽理工大學土木建筑學院,安徽 淮南 232001)

0 前 言

如今，對于支護技術快速發展，支護形式也越來越多，對于巷道頂部下移和兩幫內移已得到解決，但目前為避免巷道出現底臌而采取又省錢又可行的方法卻很少[2]。巷道出現底臌會使其斷面變小，對車輛交通和人員通過將產生一定的影響，也不利于空氣流動，面對底臌現象，不少礦井只能利用大量勞動力、財力來進行一些臨時修復處理，若礦井底臌現象明顯的話，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率和安全性[3]。所以,采取經濟有效的底臌治理支護方式及監測其支護效果具有十分重要的意義。

1.1 監測目的

進行現場監測是為了判斷圍巖是否穩定和了解支護結構的受力情況，從而可以對硐室及巷道的支護形式進行調整，最終保障作業的安全性與高效性。

1)提供監控設計的依據和信息。測量現場變位和受力可以得知支護結構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和計算所需的參數。

2)指導施工和預報險情。面對復雜地質情形的巷道圍巖，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，在作業時必須要進行現場測試且及時做好信息反饋，以保證作業的安全性。

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驗來進行地下空間的設計，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展，其分析出來的結果漸漸得到人們更高的關注度。所以進行工程監測、掌握巷道圍巖和支護結構的動態信息，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。利用監測出來的支護結構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)作為工程應用的經驗資料。要想更清晰地掌握巷道、硐室的地壓分布和支護結構的變形特征，得到與支護相關的參數信息，監測圍巖變形和支護結構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的確定，也可作為改進支護設計的可行參考依據。

1.2 監測內容

選擇三維格構式鋼筋混凝土網架作反拱的支護方案用于加固巷道，現場監測的方面含有硐室圍巖未修之前的松動區域、投入使用的網架的鋼筋應變大小、兩側幫部及頂底部圍巖變形收斂值、底板受壓大小等。

1.3 測試點現場布置

當支護工作完成后，對于底板網架的承載情況、底板和頂板位移變化情況等都需要進行為期不短的監測工作，圖1為監測點的分布情況。

1.3.1 測點布置

壓力盒、網架鋼筋計、圍巖松動圈和變形監測點的分布情況見圖1。

圖1 測點布置示意圖

1.3.2 測試結果及分析

1)圍巖松動圈測試。圖2～3顯示了Ⅱ857行人聯巷圍巖松動圈的監測結果，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)頂底板收斂變形測試及分析。在Ⅱ857行人聯巷加固修理完成后，利用了差不多100 d的時間就其支護襯砌的收斂進行監測，然后對監測結果進行分析。

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，頂底部圍巖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，幫部和頂底部支護襯砌的收斂值大約在70 d附近走向平穩狀態。

圖4 幫部圍巖收斂變化圖

圖5 頂底圍巖收斂變化圖

3)網架襯砌受力與變形的監測。為明確Ⅱ857行人聯巷所采用的底臌修復方法對該巷道支護結構具有怎樣的作用效果，在監測設備安裝之前，認真分析設計文件與施工區的現場情形，兩者相聯系，選擇在底臌修復臥底周圍的網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，進行現場跟蹤監測。

圖6為襯砌的鋼筋應力隨時間變化圖，圖6中曲線表明，在鋼筋網架混凝土襯砌灌注完成前期，襯砌表現出穩定狀態，鋼筋所受應力呈上下浮動趨勢且數值偏小。由于受巷道底板在臥底過程中的作業干擾，讓混凝土襯砌在30 d前后所受應力快速增加，大約70 d之后應力基本上無明顯變化，混凝土襯砌進入穩定狀態。

圖6 襯砌鋼筋應力圖

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力并不大，大約只有0.3 MPa。在基礎設備的作業進行下，底板所受應力增加，速度較快，大約在90 d附近應力值達到最大，大約1.3 MPa，由圖7觀察，在80 d左右應力變化幅度明顯減小，應力處于穩定狀態，因此，可以推斷這種鋼筋網架混凝土襯砌的受力走勢穩定。

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力對底板的作用效果，有效控制底板的破壞；第二，拱形結構具有特定的屬性，它可以起到轉化力學的作用，就是把那些大的水平應力，分解成許多個其他方向的力，大大地減弱了應力的集中，從而可以使硐室和底板處于三維應力狀態中，同時也增加了硐室圍巖的穩定性。

經過支護處理后的Ⅱ857行人聯巷，未出現限位塊掉落的情形，噴漿層也沒有產生裂縫，巷道斷面沒有明顯收縮變化，巷道達到穩定理想狀態，從而說明支護方式可行，完成了預期目標。

1)加快了施工速度。選擇鋼筋網架混凝土襯砌作為底臌修復的支護手段，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定的目的，這樣就可以降低底臌治理修復次數，與此同時也就降低了支護費用，基于安全可行的前提下，使之具有更好的經濟效益。

3)保留了一些有關底臌修復的經驗。根據Ⅱ857行人聯巷監測結果分析，可以得出反拱網架襯砌對于軟巖巷道底臌的修復在技術上是可采用的，在作業過程中是安全的，在費用上是節省的，還能給其他地方類似的軟巖巷道進行底臌治理時提供經驗方法，因此有很強的推廣價值。

2 結 語

總得來說，新型三維反拱網架混凝土襯砌對于軟巖巷道底臌的修復在技術上是可采用的，在作業過程中是安全的，在費用上是節省的，更大意義的是在于為我國深部高應力軟巖巷道底臌的治理提供了新的方向，在以后的工程應用中有著良好的發展前景。

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