【摘要】：在我國公路交通隧道、水利隧道、城市軌道交通等工程領(lǐng)域,全斷面巖石掘進機(簡稱TBM)己得到廣泛應(yīng)用,但由于立井煤礦所處地層地質(zhì)條件和煤礦巷道施工條件復雜,TBM施工煤礦巖石巷道的相關(guān)研究和工程案例在國內(nèi)外均不多見。隨著TBM在硬巖巷道施工中應(yīng)用的推廣,亟需對TBM掘進擾動下硬巖巷道圍巖穩(wěn)定性的影響因素和巷道支護方案進行研究。本文在煤礦深部地層巷道施工的理論研究及工程實例分析的基礎(chǔ)上,以山西某煤礦南回風巷道TBM掘進工程為背景,采用理論推導、數(shù)值模擬和現(xiàn)場原位監(jiān)測相結(jié)合的方法,考慮巷道所在地層埋深較深、地應(yīng)力場以構(gòu)造應(yīng)力場為主及TBM掘進循環(huán)的特點等因素。主要進行了如下研究:從圓形巷道在荷載下的破壞規(guī)律出發(fā),推導了非均勻荷載下圓形巷道圍巖的應(yīng)力場、應(yīng)變場及塑性區(qū)半徑的一種彈塑性解析解,分析了側(cè)壓系數(shù)對塑性區(qū)范圍的影響。以背景工程施工巷道為原型,采用FLAC3D軟件建立數(shù)值模擬模型,模擬不同支護工況下TBM掘進硬巖巷道的全部過程,得出在TBM開挖擾動下,各支護工況的巷道圍巖應(yīng)力場、位移場及塑性區(qū)的分布演化規(guī)律,通過對比優(yōu)化施工現(xiàn)場支護方案的設(shè)計參數(shù)。在背景工程TBM施工中的巷道進行了現(xiàn)場原位監(jiān)測,收集了 TBM掘進巷道后巷道圍巖變形量、支護錨桿軸力及支護錨索軸力變化過程的數(shù)據(jù),分析其變化規(guī)律及影響因素,可看出支護方案有效的控制了巷道圍巖的穩(wěn)定性,驗證了支護方案的可行性。對數(shù)值模擬及現(xiàn)場原位監(jiān)測的結(jié)果進行了對比分析,兩者的各項結(jié)果在數(shù)值上誤差較小,變化趨勢一致,驗證了數(shù)值模擬的準確性。通過在數(shù)值模擬中改變計算模型的參數(shù),探討了巖體硬度、巷道斷面尺寸和巷道軸線與最大水平主應(yīng)力之間夾角對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。圖[31]表[5]參[69]
【圖文】：

逑設(shè)彈性區(qū)周邊的巷道圍巖在結(jié)構(gòu)上未受開挖影響，，處于完整狀態(tài)。建立巷道力學逡逑模型如圖２所示。逡逑／／／邋／／／邋／／／邋／／／邋／／／邋［／／／逡逑ｐ邋１邐Ｚ＞２0Ｒ＜逡逑腿畫邐〉逡逑Ｘ—Ｐ＿｜—⑦魯。逡逑麗畫逡逑Ｐｉ逡逑圖２巷道圍巖力學模型逡逑Ｆｉｇ．邋２邋Ｔｈｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｃｓ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ邋ｒｏｃｋ逡逑２．１．２基本方程逡逑進行巷道圍巖的變形和應(yīng)力的求解時，采用的巖體平衡微分方程為：逡逑ｄａＬ＋＾ｇ＿＝邋0邐（２－１）逡逑ｄｒ邋ｒ逡逑幾何方程為：逡逑￡ｒ邋＝邋－邐＝－邐（２－２）逡逑７邋ｄｒ邐ｒ逡逑本構(gòu)方程為：逡逑￡ｒ邋＝邋￣￣邋ａｒ邋￣邋Ｙ＾ｌ＜Ｊｄ邐（２－３ａ）逡逑￡ｅ邋—邋￣ｙ￣邐—邐Ｉ＾ｆｆｒ邐（２－３ｂ）逡逑邊界條件和接觸條件為：逡逑ｒ邋＝邋ａ時，（２－４ａ）逡逑ｒ邋＝邋ｉ？ｐ時，0ｒｐ邋＝邋0ｒｅ邋ｕｐ邋＝邋ｕｅ邐（２－４ｂ）逡逑－１２－逡逑

邐（２－４ｃ）逡逑２．１．３圍巖彈性解析逡逑求解作用下的圓形巷道的應(yīng)力場前，如圖３所示，通過基爾斯解答，將非均逡逑勻應(yīng)力場分解為均勻應(yīng)力場和左右受壓、上下受拉應(yīng)力場。分別計算兩種應(yīng)力場逡逑作用下圓形巷道的彈性區(qū)和位移的解析解，將結(jié)果再疊加綜合，即可得出非均勻逡逑應(yīng)力場作用下圓形巷道的彈性區(qū)應(yīng)力和位移的解析解。逡逑ｐ邐ｐ逡逑１邐１逡逑ＸＰ邋—廠、邐一Ｘ＊ｐ逡逑ｘ＞ｐ邋—？－逡逑＾１邋￣￣１邋＾逡逑ｐ邐Ｐ逡逑圖ａ逡逑Ｒ邐Ｒ逡逑ｔ邋＇ｔ邐ｒ－ｔ邋＇Ｉ．逡逑：二邋Ｃ）邋＝：邋：：邋Ｏ邋二逡逑．ｒ邐ｒ邐ｔ—ｔ逡逑ｐ，邐ｐ，邐Ｐｉ邐Ｐｉ逡逑圖ｂ邐圖ｃ逡逑圖３圍巖應(yīng)力場分解示意圖逡逑Ｆｉｇ．３邋ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ邋ｒｏｃｋ邋ｓｔｒｅｓｓ逡逑由圖３所示，圖ａ為巷道圍巖所處的非均勻應(yīng)力場，設(shè)圖中的垂直向應(yīng)力為逡逑Ｚ５，水平應(yīng)力為又戶，圖ｂ為分解非均勻應(yīng)力場得到的均布受壓力場，設(shè)圖中圍逡逑－１３邋－逡逑
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD322.4;TD353

【參考文獻】

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本文編號：2614714