煤礦斜井管片襯砌結構受力分析.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，煤炭能源消耗量逐年增長，許多煤礦已進入深部開采階段。采用安全高效的TBM施工工法，以斜井形式快速進入開采工作面已成為目前深部煤礦開采的首選方案。在深部高地應力軟巖中采用TBM工法修建煤礦斜井時，如何有效地減小作用在管片襯砌上的塑性形變壓力及保證隧道在具有顯著蠕變效應的軟巖中的長期安全性，成為斜井設計和施工中的關鍵難題。
　　本文以神華新街臺格廟礦區(qū)TBM工法長距離試驗斜井工程為依托，結合煤炭聯(lián)合基金項目《復

2、雜條件下TBM（盾構）修建煤礦巷道（斜井）的襯砌結構設計基礎理論》，針對斜井“大埋深、軟弱圍巖”的特點，分別開展深埋軟巖隧道基于應變軟化模型的彈塑性分析、TBM施工合理灌漿滯后距離以及蠕變效應下的長期安全性研究，以期為單護盾TBM過軟巖段施工難題提供參考。本文主要研究內容及成果如下:
　　(1)基于應變軟化模型，推導得到深埋圓形巷道受非軸對稱荷載作用下的圍巖位移、應力及塑性區(qū)范圍的解析解。結果表明，應變軟化模型的塑性區(qū)半徑大于理想

3、彈塑性模型的結果，但兩者塑性區(qū)的分布規(guī)律一致。在此基礎上，利用FLAC3D內置應變軟化模型模擬隧道圍巖，研究不同程度的粘聚力軟化、內摩擦角軟化及剪脹角軟化對隧道開挖支護后的圍巖位移、塑性區(qū)范圍和管片應力的影響，結果表明，隨軟化程度的加大，圍巖位移、塑性區(qū)范圍及管片應力均有所增大，從而說明對深埋軟巖隧道，考慮巖體的應變軟化效應是十分必要的。
　　(2)借助FLAC3D內置應變軟化模型模擬隧道圍巖，對采用管片預留可壓縮層支護施工工藝的

4、單護盾TBM開挖和支護隧道進行數(shù)值模擬，研究圍巖位移和管片應力隨豆礫石層灌漿滯后距離的變化規(guī)律。計算結果表明，隨豆礫石層灌漿滯后距離的增大，圍巖位移逐漸增大，而管片應力逐漸減小。在此基礎上，以管片第一主應力最大值開始小于管片混凝土設計強度時的滯后距離為最短滯后距離，以圍巖位移增長速率明顯減小時的滯后距離作為合理滯后距離，由此確定了不同埋深情況下的豆礫石層合理灌漿滯后距離。
　　(3)采用FLAC3D內置Burgers黏彈塑性蠕變本