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围岩松动圈

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围岩松动圈是指开挖后,围岩受力状态改变导致岩石强度下降,从而在巷道周围形成的一个松弛破碎带。其大小与围岩强度和原岩应力密切相关,是评估巷道稳定性和设计支护方案的重要依据。

围岩松动圈的形成是由于巷道开挖后,围岩受力状态由三向变为近似两向或单向,导致应力重新分布和局部集中。当应力值超过围岩强度时,围岩发生塑性变形、破碎,形成松弛破碎带,即围岩松动圈。

围岩松动圈的形成主要受围岩强度和原岩应力的影响。当原岩应力相同时,围岩强度低则松动圈大;当围岩强度相同时,原岩应力小则松动圈小。此外,节理裂隙发育程度、地下水、岩层厚度等因素也会影响其范围和程度。

除了围岩强度和原岩应力,影响围岩松动圈形成的因素还包括节理裂隙发育程度、地下水状况、岩层厚度、温度以及爆破损伤等。这些因素通过影响岩石的单轴抗压强度等力学特性,进而对围岩松动圈的范围和程度产生影响。

在影响围岩松动圈形成的因素中,自然因素包括围岩强度、原岩应力、节理裂隙发育程度、岩层厚度和温度等;人为因素主要是爆破损伤以及巷道开挖导致的地下水状况改变等。

在地下工程中,为预防和管理人为因素导致的围岩松动,可采取超前支护、注浆加固、控制爆破参数等措施。同时,加强监控量测和地质超前预报,及时发现和处理异常情况,确保施工安全。

在地下工程中,人为因素导致的围岩松动会有多种具体表现。以下是一些主要的表现:

错动松弛:在多组结构面发育的硬岩岩体中,如果开挖后围岩应力超过其屈服强度,围岩会沿已有的多组节理发生剪切错动而松弛,形成一个松动的圈层。这种松动圈本身不稳定,特别是在有地下水活动时,容易导致拱顶坍塌和边墙失稳。

剪切滑移:对于厚层状或块状结构的硬岩围岩,如果存在陡倾洞内的大型结构面(如小断层、大型节理等),这些结构面可能会控制围岩向洞内的剪切滑移。此外,固结程度较低的软弱岩体(如泥质粉砂岩、泥岩等)也可能出现塑性挤出变形。

膨胀内鼓:当围岩中含有大量膨胀矿物时,由于开挖形成的低应力区吸引高应力区的地下水转移,吸水膨胀的岩体(如膨胀岩)会发生强烈的膨胀并导致围岩内鼓变形。这可能导致洞室设计空间不足,甚至使围岩表部膨胀开裂和解体。

支护失效:如果支护措施不当或未能及时实施,人为因素(如施工过程中的爆破损伤)可能加剧围岩的松动和破坏。支护结构(如锚杆、钢支撑等)的损坏或失效也会直接导致围岩松动范围的扩大。

巷道变形:随着围岩松动的加剧,巷道可能会出现明显的变形现象,如收敛变形、底鼓等。这些变形不仅影响巷道的正常使用,还可能对工人的安全构成威胁。

为了预防和管理这些人为因素导致的围岩松动问题,需要采取一系列的技术措施和管理手段。例如,加强地质勘察和超前预报工作,制定合理的施工方案和支护参数;采用先进的爆破技术和施工工艺,减少对围岩的损伤;加强监控量测工作,及时发现和处理异常情况;以及制定应急预案和救援措施等。

为了有效预防和管理人为因素导致的围岩松动问题,在地下工程中可以采取以下措施:

一、加强超前支护与注浆加固

超前支护:针对围岩破碎的情况,可采取超前双层小导管进行超前支护,以预防顶部坍塌。同时,开挖时应预留核心土,对掌子面进行支撑和喷锚封闭,避免暴露时间过长。

注浆加固:在围岩相对薄弱地段,可增加径向小导管进行注浆加固。通过注浆提高岩体的强度和整体性,从而增强围岩的稳定性。注浆过程中应注意观察注浆压力及排浆量变化,确保注浆效果。

二、优化爆破参数与施工工艺

控制爆破损伤:采用合理的爆破参数和施工工艺,减少爆破对围岩的损伤。例如,可以采用光面爆破或预裂爆破技术,以降低爆破震动对围岩的影响。

缩短开挖与支护时间间隔:及时跟进支护工作,缩短开挖与支护的间隔时间,以减少围岩的暴露时间和变形机会。

三、加强临时支护与初期支护

临时支护:将临时支护与二次衬砌形成整体,提高支护结构的承载能力。可采用钢筋连接等方式加强临时仰拱的纵向稳定性。

初期支护:加密拱架和加强锁脚等措施,以增强初期支护的强度。同时,应确保初期支护的质量符合设计要求。

四、严格控制开挖进度与质量

缩短仰拱开挖时间:增加人员及设备投入,尽量缩短仰拱开挖至封闭成环的时间,以控制仰拱开挖对隧道变形的影响。

控制红线距离:严格控制仰拱与掌子面的距离以及二次衬砌与掌子面的距离,确保施工安全和质量。

五、加强监控量测与地质预报

监控量测:定期对围岩进行位移、应力等参数的监测和分析,及时发现和处理异常情况。通过数据分析和回归分析等方法,综合判断结构稳定性。

地质预报:做好超前地质预报工作,了解围岩的地质情况和变化趋势。根据预报结果对支护和注浆加固方案进行调整和优化。

综上所述,通过加强超前支护与注浆加固、优化爆破参数与施工工艺、加强临时支护与初期支护、严格控制开挖进度与质量以及加强监控量测与地质预报等措施,可以有效预防和管理人为因素导致的围岩松动问题。这些措施的实施将有助于保障地下工程的安全和稳定。

优化爆破参数与施工工艺是提升爆破效果、确保施工安全及效率的关键环节。以下是对这两个方面的详细探讨:

一、优化爆破参数

炸药类型与性能:根据工程特点和地质条件,选择合适的炸药类型和性能。炸药的爆速、猛度、密度等性能参数对冲孔深度有直接影响,因此需综合考虑岩石的坚固性、抗压强度等因素来选择炸药。

装药量:通过实验确定最佳的炸药单耗,避免过高的爆炸压力导致冲孔或破坏周边岩石。可以通过减少装药量或改变装药结构来实现。

炮孔设计:包括炮孔的直径、深度、间距、排距和填塞情况等。增加炮孔的排距和间距可以减少单位面积内的炮孔数量,从而降低整体装药量。同时,优化炮孔的深度和角度可以确保爆炸能量更均匀地作用于岩石。

起爆方式:使用的起爆器材和起爆顺序也会影响爆破效果。采用先进的起爆设备和技术,如遥控爆破、智能爆破等,可以提高爆破精度和安全性。

爆破网路:合理的爆破网路设计可以提高爆破效果,降低爆破震动和飞石危害。

二、优化施工工艺

钻孔技术:采用先进的钻孔设备和技术,提高钻孔质量和效率。钻孔质量的好坏直接影响到后续装药和爆破效果。

装药技术:改进装药结构,如采用空气间隔装药或孔底间隔装药,以减少炮孔底部的爆炸压力。使用混合装药,结合高爆速和低爆速炸药,以优化能量分布。

填塞技术:控制炮孔填塞长度和质量,避免爆炸气体过早泄露,提高爆炸能量的利用效率。良好的填塞可以确保爆炸能量充分作用于岩石,提高爆破效果。

起爆网络检查:在起爆前对起爆网络进行全面检查,确保各段导爆索和导爆管的连接正确无误。这可以避免因起爆网络故障导致的爆破失败或安全事故。

施工安全管理:加强施工现场的安全管理,包括设置安全警示标志、监控岗哨的设置、起爆开关管理等。同时,对施工人员进行爆破安全培训,提高他们的安全意识。

监测与调整:利用振动监测、飞石监测等技术实时监测爆破效果,并根据监测结果及时调整爆破参数。这可以确保爆破过程始终处于可控状态,提高爆破的安全性和经济性。

绿色爆破技术:采用环保炸药和优化爆破施工工艺等措施来降低环境污染。随着环保意识的增强,绿色爆破技术将成为未来的发展趋势。

综上所述,通过优化爆破参数和施工工艺,可以显着提升爆破效果、确保施工安全及效率。在实际工程中,应根据具体情况灵活应用这些措施,以达到最佳效果。

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