深埋基岩巷道锚喷支护设计与参数研究

摘要

长期以来，各种形式的地下工程(铁路隧道、公路隧道、矿山井巷、水工隧洞、国防和人防工事、市政信道、城市地铁及地下商业建筑等)在国内外取得了广泛应用。由于地下工程所处的环境和受力条件与地面工程有很大不同，因此不能简单地沿用地面工程的设计理论和方法来解决地下工程问题。本文主要针对贵州五轮山井田地下工程中主井巷道围岩稳定性和锚喷支护的技术参数设计进行了深入的研究。 针对五轮山主斜井巷道的支护问题本文主要研究了以下几方面内容，并得出了以下主要结论： (一)以弹性力学为基础，推导了椭圆形洞室周边围岩切向应力状态的理论表达式，从而分析得到了巷道拱顶和拱脚的切向应力值，经验证均小于该处玄武岩的饱和抗压强度；以弹性力学中厚壁圆筒理论对洞周围岩进行了变形分析，洞室周边径向位移量为5.72mm，从应力和变形两方面说明在玄武岩中开挖巷道，采用裸巷喷混凝土支护形式，围岩仍然是稳定的。 (二)以有限元程序ANSYS作为研究手段，建立弹性模型，对玄武岩段巷道应力分布进行了数值模拟，研究围岩应力分布特征。模拟分析的结果同理论分析结果相吻合，分析结果表明：此部分巷道围岩的自身承载能力较高，开掘后井筒周边围岩内的最大切向应力小于玄武岩的岩体强度，巷道周边岩体仍呈弹性状态，因此这部分巷道可以采用裸巷加喷浆(喷浆的目的主要是为了封闭巷道表面防止围岩在空气和水的作用下进一步被风化)的形式进行维护。 (三)应用围岩塑性松动圈理论，对在深部层状岩体中开挖的巷道进行了松动圈的分析和计算，并据此进行了锚喷支护的设计与计算。 (四)以弹塑性理论为基础，对深部岩体中开挖巷道后的周边围岩的径向位移进行了理论分析，计算得到各埋深条件下洞周围岩的径向位移量，在不考虑采动影响的条件下，该位移是合理的。 (五)对深部层状岩体中开挖的巷道建立二维弹塑性模型，利用有限元程序对其周边应力分布进行了数值模拟，并针对锚喷支护后的围岩状态进行了分析。模拟结果表明：开挖后的围岩应力分布及大小与理论分析结果相符；虽然该有限元程序无法准确模拟全长粘结树脂锚杆的径、切向锚固力的作用，但锚杆加固后，通过改善锚固区内围岩力学性质，提高围岩应力水平，减小围岩变形等仍能体现出锚杆加固的积极作用。 (六)本研究成果在贵州五轮山井田的应用，不仅为煤矿节约了大量的建设投资，一而且加快了建井速度，也为这些井筒今后长期使用语过程中的安全与稳定提供了技术保证。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2有限元法基本原理

3玄武岩巷道围岩状态理论分析及数值模拟

4深部基岩锚喷支护理论分析与数值模拟

5技术经济分析

6结论

参考文献

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