巷道擠壓大變形下圍巖-支護(hù)相互作用的力學(xué)機(jī)制與實(shí)踐策略研究一、引言1.1研究背景與意義在各類(lèi)地下工程，如煤礦開(kāi)采、隧道建設(shè)、水利工程等領(lǐng)域中，巷道作為關(guān)鍵的通道結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程的安全運(yùn)營(yíng)與經(jīng)濟(jì)效益。隨著開(kāi)采深度的不斷增加以及復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，巷道擠壓大變形問(wèn)題愈發(fā)突出，成為制約工程發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。以煤礦開(kāi)采為例，我國(guó)煤炭資源豐富，開(kāi)采活動(dòng)廣泛。但近年來(lái)，隨著淺部煤炭資源逐漸減少，開(kāi)采逐漸向深部延伸。深部巷道所處的地應(yīng)力環(huán)境更為復(fù)雜，高地應(yīng)力、高地溫、高水壓以及強(qiáng)烈的采動(dòng)影響，使得巷道圍巖承受著巨大的壓力，極易發(fā)生擠壓大變形。這種大變形不僅導(dǎo)致巷道斷面收縮，影響通風(fēng)、運(yùn)輸和行人安全，還可能引發(fā)頂板垮落、片幫等嚴(yán)重的安全事故，對(duì)礦工的生命安全構(gòu)成極大威脅。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在一些深部煤礦開(kāi)采區(qū)域，巷道因擠壓大變形而需要頻繁返修，每年耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，嚴(yán)重影響了煤炭生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。在隧道工程中，尤其是穿越復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域的隧道，如斷層破碎帶、軟弱圍巖地段等，巷道擠壓大變形同樣是一個(gè)棘手的問(wèn)題。它會(huì)導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)承受過(guò)大的壓力，出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落等損壞現(xiàn)象，降低隧道的使用壽命，增加后期維護(hù)成本。若變形過(guò)大且未能及時(shí)處理，還可能引發(fā)隧道坍塌等災(zāi)難性事故，對(duì)交通運(yùn)營(yíng)和周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響。巷道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間存在著密切的相互作用關(guān)系。圍巖在受到地應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力等作用時(shí)會(huì)發(fā)生變形，而支護(hù)結(jié)構(gòu)則是為了限制圍巖的過(guò)度變形，保持巷道的穩(wěn)定性。但這種相互作用并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是受到多種因素的影響，如圍巖的力學(xué)性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和參數(shù)、施工工藝等。如果不能深入理解圍巖-支護(hù)相互作用理論，就難以設(shè)計(jì)出合理的支護(hù)方案，導(dǎo)致支護(hù)效果不佳，無(wú)法有效控制巷道擠壓大變形。因此，開(kāi)展巷道擠壓大變形及圍巖-支護(hù)相互作用理論研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。從現(xiàn)實(shí)意義來(lái)看，深入研究巷道擠壓大變形及圍巖-支護(hù)相互作用理論，有助于準(zhǔn)確掌握巷道變形規(guī)律和機(jī)制，從而制定出更加科學(xué)合理的支護(hù)方案，有效控制巷道變形，保障工程安全，提高生產(chǎn)效率，降低工程成本。從理論價(jià)值角度而言，該研究能夠進(jìn)一步豐富和完善巖石力學(xué)與地下工程領(lǐng)域的理論體系，為后續(xù)的工程實(shí)踐和理論研究提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在巷道擠壓大變形及圍巖-支護(hù)相互作用研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了豐碩的成果。在巷道擠壓大變形方面，國(guó)外學(xué)者較早開(kāi)展了相關(guān)研究。20世紀(jì)中葉，隨著地下工程的發(fā)展，巖石力學(xué)理論逐漸興起，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注巷道圍巖在復(fù)雜應(yīng)力條件下的變形問(wèn)題。例如，基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，一些學(xué)者建立了巷道圍巖變形的理論模型，通過(guò)解析方法分析了地應(yīng)力、巖石力學(xué)參數(shù)等因素對(duì)巷道變形的影響。隨著研究的深入，損傷力學(xué)、斷裂力學(xué)等理論被引入到巷道變形研究中。如Smith等學(xué)者利用損傷力學(xué)理論，研究了巷道圍巖在長(zhǎng)期荷載作用下的損傷演化過(guò)程，揭示了損傷累積與巷道大變形之間的內(nèi)在聯(lián)系。在數(shù)值模擬技術(shù)方面，國(guó)外也處于領(lǐng)先地位，有限元、有限差分等數(shù)值方法被廣泛應(yīng)用于巷道變形模擬。通過(guò)建立精細(xì)化的數(shù)值模型，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)巷道在不同地質(zhì)條件和施工工藝下的變形趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)對(duì)巷道擠壓大變形的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。特別是近年來(lái)，隨著我國(guó)煤炭、交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模開(kāi)展，巷道擠壓大變形問(wèn)題日益突出，國(guó)內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域取得了眾多成果。在深部巷道變形研究中，考慮到深部高地應(yīng)力、高滲透壓等特殊環(huán)境，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了一系列新的理論和方法。如采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，對(duì)深部巷道圍巖的變形特征、破壞模式進(jìn)行了深入分析。一些學(xué)者通過(guò)對(duì)深部煤礦巷道的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，總結(jié)出了圍巖變形隨時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)深部巷道圍巖存在明顯的蠕變現(xiàn)象，且蠕變變形在巷道總變形中占比很大。在軟巖巷道變形研究方面，針對(duì)軟巖的特殊力學(xué)性質(zhì)，如低強(qiáng)度、高塑性、遇水膨脹等，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了大量的室內(nèi)試驗(yàn)研究，分析了軟巖成分、結(jié)構(gòu)與變形特性之間的關(guān)系，提出了適合軟巖巷道的支護(hù)對(duì)策。在圍巖-支護(hù)相互作用研究方面，國(guó)外學(xué)者在理論研究上取得了重要進(jìn)展。20世紀(jì)60年代，奧地利學(xué)者Rabcewicz提出了新奧法（NATM），該方法強(qiáng)調(diào)充分利用圍巖的自承能力，通過(guò)適時(shí)支護(hù)來(lái)控制圍巖變形，其核心思想體現(xiàn)了圍巖-支護(hù)相互作用的理念。此后，學(xué)者們圍繞新奧法開(kāi)展了大量的研究工作，進(jìn)一步完善了圍巖-支護(hù)相互作用理論。如基于彈塑性力學(xué)理論，建立了圍巖-支護(hù)相互作用的解析模型，求解出了支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間的相互作用力、變形協(xié)調(diào)關(guān)系等。在支護(hù)技術(shù)方面，國(guó)外不斷研發(fā)新型的支護(hù)材料和結(jié)構(gòu)。如Johnson等學(xué)者研究了高強(qiáng)度復(fù)合材料支架在軟巖巷道中的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料支架具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高巷道的支護(hù)效果。國(guó)內(nèi)在圍巖-支護(hù)相互作用研究方面也取得了顯著成果。在理論研究上，國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合我國(guó)地下工程的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)圍巖-支護(hù)相互作用理論進(jìn)行了深入探討?？紤]到巷道開(kāi)挖過(guò)程中的時(shí)空效應(yīng)、施工擾動(dòng)等因素，建立了更加符合實(shí)際情況的圍巖-支護(hù)相互作用模型。例如，通過(guò)引入損傷變量、考慮巖體的非線性力學(xué)行為，使模型能夠更準(zhǔn)確地描述圍巖與支護(hù)之間的相互作用過(guò)程。在工程實(shí)踐中，國(guó)內(nèi)形成了多種針對(duì)不同地質(zhì)條件的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)體系。如在深部破碎圍巖巷道中，采用錨網(wǎng)索噴注+U型鋼的聯(lián)合支護(hù)方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬驗(yàn)證了該方案能夠有效控制巷道變形，提高巷道的穩(wěn)定性。在讓壓支護(hù)技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了預(yù)應(yīng)力錨索、可縮性支架等讓壓支護(hù)結(jié)構(gòu)，研究了其讓壓原理和支護(hù)效果，為解決巷道大變形問(wèn)題提供了有效的技術(shù)手段。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在巷道擠壓大變形及圍巖-支護(hù)相互作用研究方面取得了眾多成果，但仍存在一些不足之處。在巷道擠壓大變形機(jī)理研究方面，雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下，如深部多場(chǎng)耦合（地應(yīng)力、溫度、滲流等）、節(jié)理裂隙發(fā)育巖體等，巷道大變形的內(nèi)在機(jī)制尚未完全明確，現(xiàn)有的理論模型和分析方法還不能準(zhǔn)確地描述和預(yù)測(cè)巷道的變形行為。在圍巖-支護(hù)相互作用研究中，雖然已經(jīng)建立了多種理論模型，但這些模型往往對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，忽略了一些重要因素，如支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間的接觸非線性、巖體的各向異性等，導(dǎo)致模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的偏差。在支護(hù)技術(shù)方面，雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種新型支護(hù)材料和結(jié)構(gòu)，但在實(shí)際應(yīng)用中，支護(hù)方案的選擇往往缺乏科學(xué)的依據(jù)，主要依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，難以實(shí)現(xiàn)支護(hù)效果與成本的最優(yōu)匹配。此外，對(duì)于巷道擠壓大變形及圍巖-支護(hù)相互作用的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究還相對(duì)較少，缺乏對(duì)巷道在長(zhǎng)期服役過(guò)程中變形和力學(xué)性能演化規(guī)律的深入認(rèn)識(shí)。二、巷道擠壓大變形的案例分析2.1金川二礦1000m深巷道案例金川二礦作為我國(guó)重要的金屬礦山之一，隨著開(kāi)采深度逐漸增加至1000m，其深部開(kāi)采面臨著復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。該區(qū)域處于青藏高原東北緣的前緣推擠效應(yīng)影響范圍內(nèi)，導(dǎo)致地應(yīng)力環(huán)境極為復(fù)雜。在這種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，深部巖體呈現(xiàn)出“三高一擾動(dòng)”的特點(diǎn)，即高地應(yīng)力、高地溫、高水壓以及開(kāi)采/開(kāi)挖強(qiáng)擾動(dòng)。這些因素相互作用，使得巖體常表現(xiàn)出脆性、脆塑性、延脆塑性等復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)行為，非線性大變形特征顯著，深部巷道的大變形破壞問(wèn)題也變得非常嚴(yán)重，巷道支護(hù)返修成本長(zhǎng)期居高不下。從巷道大變形的特征來(lái)看，金川二礦1000m深巷道表現(xiàn)出多種變形形式。在850m水平，巷道出現(xiàn)了非對(duì)稱變形，一側(cè)邊幫的變形量明顯大于另一側(cè)，導(dǎo)致巷道斷面形狀發(fā)生嚴(yán)重扭曲，影響了巷道的正常使用和后續(xù)維護(hù)。在610m水平，巷道發(fā)生片幫現(xiàn)象，幫部巖石在高應(yīng)力作用下剝落、坍塌，不僅威脅到井下作業(yè)人員的安全，還會(huì)進(jìn)一步削弱巷道圍巖的穩(wěn)定性，引發(fā)更大范圍的變形和破壞。在630m水平，巷道邊墻出現(xiàn)開(kāi)裂，裂縫逐漸擴(kuò)展，使得邊墻的承載能力下降。在627m水平，底鼓現(xiàn)象較為突出，底板巖石在高應(yīng)力和水的作用下向上隆起，導(dǎo)致巷道高度減小，影響通風(fēng)和運(yùn)輸。在1158m水平，頂板開(kāi)裂，頂板巖石出現(xiàn)裂縫，隨著時(shí)間的推移，裂縫可能進(jìn)一步擴(kuò)展，導(dǎo)致頂板垮落。在850m水平，還出現(xiàn)了頂板下沉現(xiàn)象，頂板的下沉量較大，嚴(yán)重影響了巷道的安全使用。地應(yīng)力對(duì)巷道擠壓大變形的影響至關(guān)重要。通過(guò)采用耐高壓小型水力壓裂應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)對(duì)金川二礦的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行鉆孔原位探測(cè)，在三個(gè)鉆孔中共進(jìn)行了17次水力壓裂測(cè)量和7次印模試驗(yàn)，結(jié)果表明該區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)主要為走滑型應(yīng)力，水平壓縮力主導(dǎo)了區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)。收集匯編的9個(gè)鉆孔的水力壓裂測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，最大和最小水平主應(yīng)力大小分別為7.10-56.73MPa和6.44-24.91MPa，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹E-NNE方向，與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一致。高的地應(yīng)力使得巷道圍巖承受巨大的壓力。當(dāng)圍巖強(qiáng)度不足以抵抗地應(yīng)力時(shí)，就會(huì)發(fā)生塑性變形、破裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道擠壓大變形。在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)條件下，即側(cè)壓系數(shù)λ>1時(shí)，研究區(qū)850m水平圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比（SSR）為0.04-0.10，均小于1，根據(jù)考慮地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)的擠壓大變形應(yīng)力判別條件，該區(qū)域會(huì)發(fā)生圍巖大變形。采用Hoek隧洞圍巖變形預(yù)測(cè)公式計(jì)算研究區(qū)850m水平巷道圍巖相對(duì)變形量，結(jié)果表明在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)條件下，大部分情況下徑向變形介于2.5%-10%之間，個(gè)別徑向變形大于10%，整體為中等擠壓大變形～嚴(yán)重?cái)D壓大變形，局部為非常嚴(yán)重?cái)D壓大變形。這與巷道實(shí)際的大變形破壞情況非常吻合，進(jìn)一步說(shuō)明了地應(yīng)力是導(dǎo)致巷道擠壓大變形的關(guān)鍵因素。2.2淮南朱集煤礦-906m東翼軌道大巷案例淮南朱集煤礦-906m東翼軌道大巷埋深達(dá)1020m，處于千米深部的特殊位置，其工程概況具有顯著特點(diǎn)。巷道采用直墻半圓拱形設(shè)計(jì)，凈寬×凈高為5.4m×4.7m，這樣的斷面形狀和尺寸是為了滿足礦井運(yùn)輸、通風(fēng)等生產(chǎn)需求。圍巖主要為花斑泥巖，巖層大致呈水平向分布。該巷道作為連接井底車(chē)場(chǎng)和首采區(qū)的關(guān)鍵軌道運(yùn)輸大巷，設(shè)計(jì)服務(wù)年限長(zhǎng)，對(duì)于礦井的正常生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)起著至關(guān)重要的作用，因此對(duì)其圍巖變形控制有著極為嚴(yán)格的要求。該巷道開(kāi)挖后，圍巖產(chǎn)生了強(qiáng)烈的擠壓變形，呈現(xiàn)出多種典型的變形特征。由于其處于東翼高地應(yīng)力軟弱圍巖大斷面高密度巷道群中，受到近距離臨近巷道——東翼回風(fēng)大巷及膠帶大巷開(kāi)挖擾動(dòng)，二次和三次應(yīng)力場(chǎng)相互疊加影響顯著。巷道開(kāi)挖后礦壓顯現(xiàn)劇烈，圍巖裂隙快速萌生和擴(kuò)展，導(dǎo)致不斷產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓大變形。底鼓和頂沉現(xiàn)象嚴(yán)重，頂、底板移近速率高達(dá)28mm/d，這表明巷道圍巖在垂直方向上受到了巨大的壓力，導(dǎo)致頂板下沉和底板隆起。圍巖時(shí)效變形特性明顯，即使在開(kāi)挖和支護(hù)較長(zhǎng)時(shí)間后，仍未收斂穩(wěn)定，這說(shuō)明圍巖的變形是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，受到多種因素的長(zhǎng)期影響。多處U型鋼支架傾斜、破壞，軌道歪斜扭曲，底板多處出現(xiàn)較大規(guī)模的張拉剪切裂縫等，這些現(xiàn)象表明巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)大的圍巖壓力下已經(jīng)失效，巷道失穩(wěn)破壞嚴(yán)重，不僅影響了巷道的正常使用，還對(duì)礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成了威脅。高地應(yīng)力對(duì)該巷道變形的作用十分關(guān)鍵。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)試獲取地應(yīng)力值，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在較高的地應(yīng)力。高地應(yīng)力使得巷道圍巖承受著巨大的壓力，當(dāng)圍巖的強(qiáng)度不足以抵抗這種壓力時(shí)，就會(huì)發(fā)生塑性變形、破裂等現(xiàn)象。在高地應(yīng)力作用下，圍巖內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，原本穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致圍巖裂隙快速萌生和擴(kuò)展。這些裂隙的產(chǎn)生進(jìn)一步削弱了圍巖的強(qiáng)度，使得圍巖更容易發(fā)生變形和破壞。高地應(yīng)力還會(huì)導(dǎo)致巷道周邊的應(yīng)力集中，使得巷道的某些部位承受更大的壓力，加劇了巷道的變形和破壞程度。軟巖特性也是導(dǎo)致巷道變形的重要因素。朱集煤礦-906m東翼軌道大巷的圍巖主要為花斑泥巖，這種軟巖具有低強(qiáng)度、高塑性、遇水膨脹等特性?；ò吣鄮r的強(qiáng)度較低，無(wú)法承受高地應(yīng)力的作用，容易發(fā)生塑性變形。其高塑性使得圍巖在受到壓力時(shí)容易發(fā)生流變現(xiàn)象，即隨著時(shí)間的推移，變形不斷增加。軟巖遇水膨脹的特性在巷道開(kāi)挖后，當(dāng)圍巖與地下水接觸時(shí)，會(huì)導(dǎo)致圍巖體積增大，從而對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大的壓力，進(jìn)一步加劇巷道的變形和破壞。軟巖的這些特性相互作用，使得巷道的變形控制變得更加困難。三、巷道擠壓大變形的影響因素分析3.1地質(zhì)因素3.1.1地應(yīng)力地應(yīng)力是影響巷道擠壓大變形的關(guān)鍵地質(zhì)因素之一。地應(yīng)力主要由上覆巖層的重力、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力以及巖體的自重應(yīng)力等組成。在巷道開(kāi)挖前，巖體處于原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，但隨著巷道的開(kāi)挖，這種平衡被打破，巷道周?chē)膸r體應(yīng)力重新分布。當(dāng)巷道處于高地應(yīng)力區(qū)域時(shí)，圍巖所承受的壓力顯著增大。例如，在深部礦井中，由于上覆巖層厚度大，地應(yīng)力往往較高。據(jù)研究，深度每增加100m，垂直地應(yīng)力大約增加2.5-3.0MPa。高地應(yīng)力會(huì)使巷道圍巖產(chǎn)生塑性變形、破裂等現(xiàn)象。當(dāng)圍巖的強(qiáng)度低于所承受的地應(yīng)力時(shí)，圍巖會(huì)發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性區(qū)。塑性區(qū)的不斷擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致巷道周邊巖體的承載能力下降，從而引發(fā)巷道擠壓大變形。構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道變形的影響也不容忽視。構(gòu)造應(yīng)力具有方向性和不均勻性，其作用會(huì)使巷道圍巖的應(yīng)力分布更加復(fù)雜。在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巷道的某些部位會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致這些部位的變形加劇。例如，在斷層附近，由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，巷道圍巖更容易發(fā)生破壞和變形。有學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力方向與巷道軸線夾角為45°時(shí)，巷道圍巖的應(yīng)力集中程度最高，變形也最為嚴(yán)重。3.1.2巖石性質(zhì)巖石性質(zhì)是影響巷道擠壓大變形的重要內(nèi)在因素，它主要包括巖石的強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、脆性、塑性以及巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)等方面。這些性質(zhì)決定了巖石在受力時(shí)的變形和破壞特征，進(jìn)而對(duì)巷道的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。巖石強(qiáng)度是衡量巖石抵抗外力破壞能力的重要指標(biāo)，它與巷道擠壓大變形密切相關(guān)。當(dāng)巷道圍巖的巖石強(qiáng)度較低時(shí)，如一些軟巖，其抗壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度都相對(duì)較小，難以承受地應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力的作用。在這種情況下，圍巖容易發(fā)生塑性變形、破裂和垮落等現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道擠壓大變形。以泥巖為例，其單軸抗壓強(qiáng)度一般在5-20MPa之間，明顯低于砂巖等硬巖。在相同的地應(yīng)力條件下，泥巖巷道更容易出現(xiàn)大變形。巖石的彈性模量反映了巖石在彈性階段抵抗變形的能力。彈性模量越大，巖石在受力時(shí)的彈性變形越??；反之，彈性模量越小，巖石越容易發(fā)生彈性變形。對(duì)于巷道圍巖來(lái)說(shuō)，如果巖石的彈性模量較小，在受到地應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形，進(jìn)而引發(fā)巷道的擠壓大變形。泊松比則描述了巖石在橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之間的關(guān)系。泊松比大的巖石，在縱向受力時(shí)，橫向變形較大。這對(duì)于巷道圍巖的變形也有重要影響。例如，在巷道開(kāi)挖后，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，泊松比大的巖石會(huì)在橫向產(chǎn)生較大的變形，從而加劇巷道的變形程度。巖石的脆性和塑性是其變形特性的重要體現(xiàn)。脆性巖石在受力時(shí)，變形較小，一旦達(dá)到其強(qiáng)度極限，就會(huì)突然發(fā)生破裂，呈現(xiàn)出脆性破壞的特征。而塑性巖石在受力時(shí)，能夠產(chǎn)生較大的塑性變形，通過(guò)塑性流動(dòng)來(lái)適應(yīng)外力的作用。在巷道工程中，脆性巖石巷道容易發(fā)生片幫、冒頂?shù)韧话l(fā)性破壞，而塑性巖石巷道則表現(xiàn)為持續(xù)的大變形。巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)有著重要的影響。不同的礦物成分具有不同的力學(xué)性能，例如，石英含量高的巖石，其強(qiáng)度一般較高；而黏土礦物含量高的巖石，強(qiáng)度較低，且具有遇水膨脹的特性。巖石的結(jié)構(gòu)包括顆粒大小、顆粒間的膠結(jié)方式、層理和節(jié)理等。結(jié)構(gòu)面的存在會(huì)降低巖石的整體強(qiáng)度，增加巖石的滲透性，從而影響巷道圍巖的穩(wěn)定性。例如，節(jié)理發(fā)育的巖石，在受力時(shí)容易沿著節(jié)理面發(fā)生滑動(dòng)和破壞，導(dǎo)致巷道變形。3.1.3巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)是由巖石塊體和結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)體，其對(duì)巷道擠壓大變形的影響主要通過(guò)結(jié)構(gòu)面的特征、巖石塊體的組合方式以及巖體的完整性等方面體現(xiàn)出來(lái)。結(jié)構(gòu)面是巖體中具有一定方向、厚度和連續(xù)性的地質(zhì)界面，如節(jié)理、斷層、層理等。結(jié)構(gòu)面的存在改變了巖體的力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力分布狀態(tài)。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（走向、傾向和傾角）對(duì)巷道變形有著重要影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)面的傾向與巷道軸線方向一致時(shí)，且傾角較小時(shí)，巷道圍巖容易沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)和垮落，導(dǎo)致巷道變形。結(jié)構(gòu)面的間距反映了結(jié)構(gòu)面的密集程度。間距越小，結(jié)構(gòu)面越密集，巖體被分割得越破碎，其整體強(qiáng)度越低，巷道圍巖也就越容易發(fā)生變形。例如，在節(jié)理密集發(fā)育的巖體中，巷道開(kāi)挖后，圍巖的應(yīng)力集中現(xiàn)象更加明顯，容易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)绕茐默F(xiàn)象。結(jié)構(gòu)面的粗糙度影響著結(jié)構(gòu)面之間的摩擦力和抗剪強(qiáng)度。粗糙度越大，結(jié)構(gòu)面之間的摩擦力越大，抗剪強(qiáng)度越高，巖體的穩(wěn)定性相對(duì)較好；反之，粗糙度越小，結(jié)構(gòu)面之間的摩擦力和抗剪強(qiáng)度越低，巖體容易沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)，導(dǎo)致巷道變形。巖石塊體的大小和形狀也會(huì)影響巷道的穩(wěn)定性。較大的巖石塊體具有較高的承載能力，能夠在一定程度上抵抗巷道圍巖的變形；而較小的巖石塊體，其承載能力較低，容易在應(yīng)力作用下發(fā)生移動(dòng)和破壞，從而加劇巷道的變形。巖石塊體的形狀不規(guī)則時(shí)，會(huì)導(dǎo)致巖體內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，增加巷道變形的可能性。巖體的完整性是衡量巖體結(jié)構(gòu)好壞的重要指標(biāo)。完整性好的巖體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)面較少，巖石塊體之間的連接緊密，整體強(qiáng)度較高，巷道開(kāi)挖后，圍巖的變形相對(duì)較??；而完整性差的巖體，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖石塊體破碎，整體強(qiáng)度低，巷道圍巖容易發(fā)生大變形。在斷層破碎帶等巖體完整性差的區(qū)域，巷道支護(hù)難度大，變形問(wèn)題往往比較突出。3.2工程因素3.2.1巷道斷面形狀巷道斷面形狀是影響巷道穩(wěn)定性和變形的重要工程因素之一。不同的斷面形狀在承受地應(yīng)力和圍巖壓力時(shí)，其應(yīng)力分布和變形特征存在顯著差異。常見(jiàn)的巷道斷面形狀有矩形、梯形、直墻拱形（如三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形）、封閉拱形、橢圓形、圓形等。矩形斷面巷道具有施工方便、空間利用率高的優(yōu)點(diǎn)，在一些淺部開(kāi)采或地應(yīng)力較小的區(qū)域應(yīng)用較為廣泛。但矩形斷面的應(yīng)力分布不均勻，在四個(gè)角點(diǎn)處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)受到地應(yīng)力作用時(shí)，角點(diǎn)處的應(yīng)力集中可能導(dǎo)致圍巖破裂、片幫等問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)巷道變形。研究表明，在相同的地應(yīng)力條件下，矩形巷道的變形量明顯大于其他形狀的巷道。梯形斷面巷道主要應(yīng)用于采區(qū)巷道等，其特點(diǎn)是上窄下寬，具有一定的穩(wěn)定性。但梯形斷面同樣存在應(yīng)力分布不均勻的問(wèn)題，在兩幫和頂?shù)捉翘幦菀壮霈F(xiàn)應(yīng)力集中。與矩形斷面相比，梯形斷面的受力情況略有改善，但在高地應(yīng)力條件下，其變形控制效果仍不理想。直墻拱形巷道是目前應(yīng)用最為廣泛的巷道斷面形狀之一，包括三心拱形、半圓拱形和圓弧拱形等。直墻拱形巷道的拱部能夠?qū)鷰r壓力有效地傳遞到兩幫，使應(yīng)力分布相對(duì)均勻，從而提高巷道的穩(wěn)定性。半圓拱形巷道的拱高與跨度之比為1:2，其力學(xué)性能較好，在高地應(yīng)力區(qū)域應(yīng)用較多。但半圓拱形巷道的施工難度相對(duì)較大，成本較高。三心拱形巷道的拱部由三個(gè)圓心組成，其拱高與跨度之比一般為1:3，施工相對(duì)容易，成本較低，但在承受較大地應(yīng)力時(shí)，其穩(wěn)定性略遜于半圓拱形巷道。封閉拱形、橢圓形和圓形斷面巷道具有更好的受力性能，能夠有效地抵抗高地應(yīng)力和圍巖壓力。這些斷面形狀的巷道在深部開(kāi)采或軟巖巷道中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。封閉拱形巷道在直墻拱形的基礎(chǔ)上，增加了底板的拱形結(jié)構(gòu)，能夠有效地控制底鼓現(xiàn)象。橢圓形巷道的長(zhǎng)軸和短軸方向可以根據(jù)主應(yīng)力方向進(jìn)行調(diào)整，使其受力更加合理。圓形巷道的受力最為均勻，在高地應(yīng)力和復(fù)雜地質(zhì)條件下，其變形最小，但圓形巷道的施工難度最大，成本也最高。為了更直觀地了解不同斷面形狀巷道的受力和變形情況，通過(guò)數(shù)值模擬軟件建立了不同斷面形狀的巷道模型，在相同的地應(yīng)力條件下進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明，圓形巷道的周邊應(yīng)力分布最為均勻，其變形量最?。痪匦蜗锏赖膽?yīng)力集中最為明顯，變形量最大；直墻拱形巷道的應(yīng)力分布和變形量介于圓形和矩形巷道之間。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)巷道所處的地質(zhì)條件、地應(yīng)力大小和方向、巷道用途等因素，綜合考慮選擇合適的斷面形狀，以降低巷道的變形風(fēng)險(xiǎn)，提高巷道的穩(wěn)定性。3.2.2開(kāi)挖方式巷道開(kāi)挖方式對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度和巷道的變形有著重要影響。常見(jiàn)的開(kāi)挖方式有鉆爆法、機(jī)械化掘進(jìn)法（如懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)、連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)等）和盾構(gòu)法等。鉆爆法是通過(guò)鉆孔、裝藥、爆破等工序?qū)r石破碎，從而形成巷道空間。鉆爆法具有適應(yīng)性強(qiáng)、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)礦山和隧道工程中應(yīng)用廣泛。但鉆爆法在爆破過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和沖擊，對(duì)圍巖造成較大的擾動(dòng)，破壞圍巖的原始結(jié)構(gòu)，使圍巖的強(qiáng)度降低，裂隙增多。這些擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致巷道周邊圍巖的應(yīng)力重新分布，增加巷道變形的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在一些硬巖巷道中，采用鉆爆法開(kāi)挖后，由于爆破震動(dòng)的影響，圍巖出現(xiàn)了大量的裂隙，導(dǎo)致巷道圍巖的穩(wěn)定性下降，變形量增大。機(jī)械化掘進(jìn)法是利用掘進(jìn)機(jī)等機(jī)械設(shè)備直接切割巖石，形成巷道斷面。懸臂式掘進(jìn)機(jī)具有靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠根據(jù)巷道的形狀和尺寸進(jìn)行靈活調(diào)整。連續(xù)采煤機(jī)則適用于煤層巷道的快速掘進(jìn)，具有掘進(jìn)速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械化掘進(jìn)法相對(duì)于鉆爆法，對(duì)圍巖的擾動(dòng)較小，能夠較好地保持圍巖的原始結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。研究表明，采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的巷道，其圍巖的松動(dòng)圈范圍明顯小于鉆爆法開(kāi)挖的巷道，巷道的變形量也相對(duì)較小。機(jī)械化掘進(jìn)法也存在一些局限性，如設(shè)備成本較高、對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性相對(duì)較弱等。盾構(gòu)法主要應(yīng)用于城市地鐵隧道等大型地下工程，它是利用盾構(gòu)機(jī)在地下挖掘并同時(shí)進(jìn)行襯砌支護(hù)，形成完整的隧道結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)法具有施工速度快、對(duì)周?chē)h(huán)境影響小、能夠有效控制地層變形等優(yōu)點(diǎn)。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削土體，通過(guò)千斤頂推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，同時(shí)在盾尾進(jìn)行管片拼裝，形成隧道襯砌。盾構(gòu)法能夠在一定程度上平衡地應(yīng)力，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，從而有效地控制巷道的變形。但盾構(gòu)法的設(shè)備投資巨大，施工工藝復(fù)雜，對(duì)施工場(chǎng)地和技術(shù)要求較高。不同的開(kāi)挖方式對(duì)巷道變形的影響機(jī)制不同。鉆爆法主要通過(guò)爆破震動(dòng)和沖擊破壞圍巖結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致應(yīng)力集中和變形；機(jī)械化掘進(jìn)法雖然對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，但在掘進(jìn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力釋放和變形；盾構(gòu)法通過(guò)平衡地應(yīng)力和及時(shí)支護(hù)，能夠較好地控制變形，但對(duì)設(shè)備和施工技術(shù)要求嚴(yán)格。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、斷面尺寸、施工要求等因素，選擇合適的開(kāi)挖方式，以減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，降低巷道變形的風(fēng)險(xiǎn)。3.2.3支護(hù)時(shí)機(jī)支護(hù)時(shí)機(jī)是影響巷道圍巖穩(wěn)定性和變形控制的關(guān)鍵因素之一。合理的支護(hù)時(shí)機(jī)能夠有效地限制圍巖的變形，提高巷道的穩(wěn)定性；而支護(hù)時(shí)機(jī)不當(dāng)，則可能導(dǎo)致圍巖過(guò)度變形，甚至失穩(wěn)破壞。在巷道開(kāi)挖后，圍巖會(huì)經(jīng)歷一個(gè)應(yīng)力調(diào)整和變形發(fā)展的過(guò)程。初期，圍巖的變形速率較快，隨著時(shí)間的推移，變形速率逐漸減小。如果在圍巖變形初期就及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，能夠有效地約束圍巖的變形，使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承載，形成穩(wěn)定的承載體系。例如，在一些淺部巷道中，采用及時(shí)支護(hù)的方式，能夠在圍巖變形較小的情況下，就將其控制住，保證巷道的正常使用。如果支護(hù)時(shí)機(jī)過(guò)晚，圍巖已經(jīng)發(fā)生了較大的變形，此時(shí)再進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)需要承受更大的圍巖壓力，支護(hù)效果會(huì)大打折扣。圍巖的過(guò)度變形可能導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，即使后期進(jìn)行支護(hù)，也難以恢復(fù)其原有的穩(wěn)定性。在深部高地應(yīng)力巷道中，如果支護(hù)不及時(shí)，圍巖可能會(huì)出現(xiàn)塑性大變形、破裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道失穩(wěn)，需要進(jìn)行二次支護(hù)或多次返修，增加了工程成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。確定合理的支護(hù)時(shí)機(jī)需要綜合考慮多種因素。圍巖的性質(zhì)是重要因素之一，軟巖圍巖的變形速率較快，且具有流變特性，需要盡早進(jìn)行支護(hù)；而硬巖圍巖的變形相對(duì)較小，支護(hù)時(shí)機(jī)可以適當(dāng)延遲。地應(yīng)力大小也會(huì)影響支護(hù)時(shí)機(jī)的選擇，高地應(yīng)力條件下，圍巖的變形和破壞更為迅速，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。巷道的用途和服務(wù)年限也對(duì)支護(hù)時(shí)機(jī)有要求，對(duì)于服務(wù)年限較長(zhǎng)的巷道，需要更加注重支護(hù)時(shí)機(jī)的選擇，以保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定性。目前，確定支護(hù)時(shí)機(jī)的方法主要有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法、理論分析法和數(shù)值模擬法等。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法通過(guò)在巷道圍巖中布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖的變形情況，根據(jù)變形速率和變形量來(lái)確定支護(hù)時(shí)機(jī)。理論分析法是根據(jù)巖石力學(xué)理論，建立圍巖變形和支護(hù)的力學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算分析來(lái)確定合理的支護(hù)時(shí)機(jī)。數(shù)值模擬法則是利用數(shù)值模擬軟件，對(duì)巷道開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)圍巖的變形和應(yīng)力分布，從而確定最佳的支護(hù)時(shí)機(jī)。在實(shí)際工程中，通常將多種方法結(jié)合起來(lái)，綜合判斷支護(hù)時(shí)機(jī)，以確保巷道的穩(wěn)定性和安全性。四、圍巖-支護(hù)相互作用理論基礎(chǔ)4.1基本概念與原理在地下工程領(lǐng)域，深入理解圍巖-支護(hù)相互作用理論，需先明晰相關(guān)基礎(chǔ)概念。初始應(yīng)力場(chǎng)，也被稱作原巖應(yīng)力場(chǎng)，是指在洞室開(kāi)挖之前，巖體所處的相對(duì)穩(wěn)定且平衡的應(yīng)力狀態(tài)。它主要由上覆巖層的重力、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力以及巖體自身的自重應(yīng)力等多種因素共同構(gòu)成。初始應(yīng)力場(chǎng)的分布并非均勻一致，而是受到地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌以及巖體性質(zhì)等多種因素的顯著影響。在一些地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)頻繁的區(qū)域，構(gòu)造應(yīng)力可能在初始應(yīng)力場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位；而在地勢(shì)較為平坦的地區(qū)，上覆巖層的重力則可能成為決定初始應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)鍵因素。當(dāng)洞室開(kāi)挖時(shí)，原本處于平衡狀態(tài)的初始應(yīng)力場(chǎng)被打破。由于圍巖在開(kāi)挖面處解除了約束，其內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，各點(diǎn)的應(yīng)力重新分布，以適應(yīng)新的邊界條件。這種由于洞室開(kāi)挖而導(dǎo)致的應(yīng)力重新分布現(xiàn)象，被稱為應(yīng)力重分布。應(yīng)力重分布主要集中在洞室周?chē)挠邢薹秶鷥?nèi)，在此范圍之外，巖體仍保持著初始應(yīng)力狀態(tài)。洞室周邊的圍巖應(yīng)力變化最為明顯，隨著與洞室距離的增加，應(yīng)力變化逐漸減小，直至趨近于初始應(yīng)力狀態(tài)。圍巖是指洞室周?chē)l(fā)生應(yīng)力重分布的這部分巖體。在應(yīng)力重分布過(guò)程中，圍巖會(huì)產(chǎn)生變形和位移。如果圍巖自身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性足夠，能夠承受重分布后的應(yīng)力，洞室則可保持穩(wěn)定；反之，若圍巖強(qiáng)度不足，無(wú)法承受重分布應(yīng)力，就會(huì)發(fā)生破壞，進(jìn)而影響洞室的穩(wěn)定性。不同類(lèi)型的圍巖，其力學(xué)性質(zhì)和變形特性存在顯著差異。例如，堅(jiān)硬完整的巖體，其強(qiáng)度高、變形小，在應(yīng)力重分布過(guò)程中能夠較好地保持自身的穩(wěn)定性；而軟弱破碎的巖體，強(qiáng)度低、變形大，容易在應(yīng)力作用下發(fā)生破壞和變形。重新分布后的應(yīng)力狀態(tài)被稱為二次應(yīng)力狀態(tài)，也稱作圍巖應(yīng)力狀態(tài)。二次應(yīng)力狀態(tài)的分布與巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)、洞室斷面形狀以及巖體特性等因素密切相關(guān)。在圓形洞室中，當(dāng)側(cè)壓系數(shù)（水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值）為1時(shí)，洞周的切向應(yīng)力達(dá)到最大值，徑向應(yīng)力為0；當(dāng)側(cè)壓系數(shù)不為1時(shí)，洞周的應(yīng)力分布會(huì)更加復(fù)雜，可能出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)。洞室斷面形狀對(duì)二次應(yīng)力狀態(tài)也有重要影響，如圓形斷面受力狀態(tài)相對(duì)較好，而矩形斷面在角點(diǎn)處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。在洞室開(kāi)挖后，適時(shí)地沿隧道周邊設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，此時(shí)便會(huì)進(jìn)入三次應(yīng)力狀態(tài)，即支護(hù)與圍巖相互作用狀態(tài)。支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)巖體的移動(dòng)產(chǎn)生阻力，形成約束；相應(yīng)地，支護(hù)結(jié)構(gòu)也將承受?chē)鷰r所給予的作用力，并產(chǎn)生變形。支護(hù)結(jié)構(gòu)變形后所能提供的阻力會(huì)有所增加，而圍巖卻在變形過(guò)程中釋放了部分能量，進(jìn)一步變形的趨勢(shì)有所減弱，需要支護(hù)結(jié)構(gòu)提供的阻力以及支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的作用力都將降低。如果支護(hù)結(jié)構(gòu)具備一定的強(qiáng)度和剛度，這種圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用會(huì)一直持續(xù)，直到支護(hù)所提供的阻力與圍巖作用力之間達(dá)到平衡，從而形成一個(gè)力學(xué)上穩(wěn)定的隧道結(jié)構(gòu)體系。不同類(lèi)型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如錨桿、錨索、噴射混凝土、鋼支撐等，與圍巖的相互作用方式和效果各不相同。錨桿主要通過(guò)提供錨固力，增強(qiáng)圍巖的整體性和穩(wěn)定性；噴射混凝土則能夠及時(shí)封閉圍巖表面，防止圍巖風(fēng)化和剝落，并與圍巖形成共同承載體系。圍巖-支護(hù)相互作用是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，受到多種因素的影響。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮這些因素，合理設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)，以確保洞室的穩(wěn)定性。4.2相互作用的力學(xué)模型在研究巷道圍巖-支護(hù)相互作用時(shí)，常用的力學(xué)模型有多種，每種模型都基于特定的假設(shè)條件，具有各自的應(yīng)用范圍。彈性力學(xué)模型是一種較為基礎(chǔ)的模型，它假設(shè)圍巖和支護(hù)均為連續(xù)、均勻、各向同性的彈性體。在該模型中，巷道開(kāi)挖后，圍巖和支護(hù)的變形遵循胡克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比。對(duì)于一些淺部巷道，當(dāng)圍巖性質(zhì)較為均一，且地應(yīng)力相對(duì)較小，巷道變形主要處于彈性階段時(shí)，彈性力學(xué)模型能夠較好地描述圍巖-支護(hù)相互作用。例如，在一些巖石強(qiáng)度較高、完整性好的淺部礦山巷道中，采用彈性力學(xué)模型計(jì)算得到的圍巖應(yīng)力和位移與實(shí)際測(cè)量結(jié)果較為吻合。但該模型忽略了圍巖的塑性變形、巖體的非均質(zhì)性和各向異性等實(shí)際特性，在深部巷道或復(fù)雜地質(zhì)條件下，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況可能存在較大偏差。彈塑性力學(xué)模型考慮了圍巖的塑性變形特性，假設(shè)圍巖在達(dá)到屈服條件后進(jìn)入塑性狀態(tài)。該模型基于摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則、德魯克-普拉格準(zhǔn)則等屈服準(zhǔn)則來(lái)判斷圍巖是否進(jìn)入塑性。在深埋巷道或圍巖強(qiáng)度較低的情況下，圍巖容易發(fā)生塑性變形，此時(shí)彈塑性力學(xué)模型更能準(zhǔn)確地描述圍巖-支護(hù)相互作用。以深部煤礦巷道為例，由于高地應(yīng)力的作用，巷道周邊圍巖往往會(huì)出現(xiàn)較大范圍的塑性區(qū)，采用彈塑性力學(xué)模型能夠合理地分析塑性區(qū)的發(fā)展以及支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間的相互作用力。但彈塑性力學(xué)模型對(duì)于巖體的復(fù)雜力學(xué)行為，如應(yīng)變軟化、擴(kuò)容等，考慮仍不夠全面，在某些情況下可能會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。損傷力學(xué)模型引入損傷變量來(lái)描述巖體在受力過(guò)程中的損傷演化，認(rèn)為巖體的力學(xué)性能隨著損傷的發(fā)展而劣化。該模型考慮了巖體內(nèi)部微裂紋的萌生、擴(kuò)展和貫通等過(guò)程對(duì)圍巖-支護(hù)相互作用的影響。在節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體中，損傷力學(xué)模型能夠更真實(shí)地反映圍巖的力學(xué)行為和變形破壞過(guò)程。例如，在隧道穿越斷層破碎帶時(shí)，巖體存在大量的節(jié)理和裂隙，采用損傷力學(xué)模型可以分析損傷對(duì)圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響，為支護(hù)設(shè)計(jì)提供更可靠的依據(jù)。損傷力學(xué)模型的參數(shù)確定較為復(fù)雜，且目前對(duì)于損傷機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠深入，限制了其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。流變力學(xué)模型主要考慮了巖體的流變特性，即巖體的變形隨時(shí)間而變化的特性。該模型適用于軟巖巷道、深部巷道等巖體具有明顯流變行為的情況。在軟巖巷道中，圍巖的流變變形可能在巷道總變形中占很大比例，采用流變力學(xué)模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)巷道圍巖的長(zhǎng)期變形和穩(wěn)定性。通過(guò)建立流變力學(xué)模型，可以分析支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖在長(zhǎng)期流變過(guò)程中的相互作用，確定合理的支護(hù)時(shí)間和支護(hù)參數(shù)。但流變力學(xué)模型的參數(shù)較多，且不同地區(qū)、不同類(lèi)型巖體的流變參數(shù)差異較大，獲取準(zhǔn)確的流變參數(shù)較為困難。離散元模型將巖體視為由離散的塊體組成，塊體之間通過(guò)節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面相互連接。該模型能夠很好地模擬巖體的不連續(xù)性和大變形行為，適用于塊狀巖體和節(jié)理巖體。在巷道開(kāi)挖過(guò)程中，離散元模型可以直觀地展示塊體的運(yùn)動(dòng)、相互作用以及失穩(wěn)破壞過(guò)程。例如，在地下洞室開(kāi)挖中，當(dāng)圍巖由塊狀巖體組成時(shí)，采用離散元模型可以準(zhǔn)確地分析塊體的滑落、墜落等破壞形式，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)塊體的約束作用。離散元模型的計(jì)算量較大，計(jì)算效率相對(duì)較低，且對(duì)于連續(xù)介質(zhì)的模擬效果不如其他模型。五、圍巖-支護(hù)相互作用的影響因素5.1支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型與參數(shù)支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型與參數(shù)對(duì)圍巖-支護(hù)相互作用有著顯著影響。常見(jiàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型多樣，不同類(lèi)型的支護(hù)結(jié)構(gòu)在控制巷道變形、承受?chē)鷰r壓力等方面表現(xiàn)出不同的特性。拱形支護(hù)是一種應(yīng)用廣泛的支護(hù)形式，如半圓拱形、三心拱形等。半圓拱形支護(hù)的力學(xué)性能較好，能夠?qū)鷰r壓力有效地傳遞到兩幫，使應(yīng)力分布相對(duì)均勻。在深部高地應(yīng)力巷道中，半圓拱形支護(hù)能夠較好地適應(yīng)圍巖的變形，控制巷道的收斂。通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，在相同的地應(yīng)力條件下，采用半圓拱形支護(hù)的巷道，其周邊應(yīng)力集中程度明顯低于矩形支護(hù)巷道，巷道的變形量也較小。三心拱形支護(hù)施工相對(duì)容易，成本較低，但在承受較大地應(yīng)力時(shí)，其穩(wěn)定性略遜于半圓拱形支護(hù)。在一些地質(zhì)條件相對(duì)較好、地應(yīng)力較小的巷道中，三心拱形支護(hù)能夠滿足工程要求，且具有一定的經(jīng)濟(jì)性。鋼拱支護(hù)包括工字鋼拱架、U型鋼拱架等，具有強(qiáng)度高、剛度大的特點(diǎn)，能夠迅速提供較大的支護(hù)抗力。在軟弱圍巖巷道中，鋼拱支護(hù)能夠有效地限制圍巖的過(guò)度變形，防止巷道坍塌。工字鋼拱架的承載能力較強(qiáng)，適用于高地應(yīng)力、圍巖破碎的巷道。U型鋼拱架則具有可縮性，能夠適應(yīng)圍巖的大變形，在軟巖巷道和深部巷道中應(yīng)用較多。在某軟巖巷道工程中，采用U型鋼可縮性支架支護(hù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，U型鋼支架能夠隨著圍巖的變形而收縮，有效地控制了巷道的變形，保證了巷道的穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)是通過(guò)錨桿將圍巖與穩(wěn)定巖體連接在一起，增強(qiáng)圍巖的整體性和穩(wěn)定性。錨桿的錨固方式有端錨、全錨等，不同的錨固方式對(duì)圍巖的作用效果不同。全錨方式能夠更好地約束圍巖的變形，提高圍巖的承載能力。錨桿的長(zhǎng)度和間距也會(huì)影響支護(hù)效果，合理的錨桿長(zhǎng)度和間距能夠使錨桿的支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，增加錨桿長(zhǎng)度可以有效地控制巷道圍巖變形，減小頂板下沉量和底板底膨量。當(dāng)錨桿間距過(guò)大時(shí)，圍巖容易出現(xiàn)局部失穩(wěn)現(xiàn)象；而間距過(guò)小時(shí)，會(huì)增加支護(hù)成本，且可能對(duì)圍巖造成過(guò)多的擾動(dòng)。噴射混凝土支護(hù)能夠及時(shí)封閉圍巖表面，防止圍巖風(fēng)化和剝落，同時(shí)與圍巖形成共同承載體系。噴射混凝土的厚度和強(qiáng)度對(duì)支護(hù)效果有重要影響。適當(dāng)增加噴射混凝土的厚度和強(qiáng)度，能夠提高其對(duì)圍巖的支護(hù)能力。在一些破碎圍巖巷道中，采用噴射混凝土支護(hù)，并配合錨桿、鋼筋網(wǎng)等，形成聯(lián)合支護(hù)體系，有效地控制了巷道的變形。噴射混凝土的施工工藝也會(huì)影響其與圍巖的粘結(jié)效果和支護(hù)性能，如噴射壓力、噴射角度等。在實(shí)際工程中，往往采用聯(lián)合支護(hù)的方式，將多種支護(hù)結(jié)構(gòu)組合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到更好的支護(hù)效果。在深部破碎圍巖巷道中，采用錨網(wǎng)索噴注+U型鋼的聯(lián)合支護(hù)方案，通過(guò)錨桿和錨索提供錨固力，鋼筋網(wǎng)增強(qiáng)噴射混凝土的整體性，噴射混凝土封閉圍巖表面，注漿加固圍巖，U型鋼提供較大的支護(hù)抗力，有效地控制了巷道的變形，提高了巷道的穩(wěn)定性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬驗(yàn)證了該聯(lián)合支護(hù)方案的有效性，為類(lèi)似工程提供了參考。5.2支護(hù)時(shí)間與施工工藝支護(hù)時(shí)間的選擇對(duì)圍巖-支護(hù)相互作用及巷道穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響。在巷道開(kāi)挖后，圍巖會(huì)經(jīng)歷一個(gè)應(yīng)力調(diào)整和變形發(fā)展的過(guò)程。初期，圍巖的變形速率較快，隨著時(shí)間的推移，變形速率逐漸減小。如果在圍巖變形初期就及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，能夠有效地約束圍巖的變形，使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承載，形成穩(wěn)定的承載體系。以某淺部煤礦巷道為例，該巷道采用及時(shí)支護(hù)的方式，在開(kāi)挖后短時(shí)間內(nèi)就安裝了錨桿和噴射混凝土支護(hù)，有效地控制了圍巖的變形，保證了巷道的正常使用。若支護(hù)時(shí)間過(guò)晚，圍巖已經(jīng)發(fā)生了較大的變形，此時(shí)再進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)需要承受更大的圍巖壓力，支護(hù)效果會(huì)大打折扣。圍巖的過(guò)度變形可能導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，即使后期進(jìn)行支護(hù)，也難以恢復(fù)其原有的穩(wěn)定性。在深部高地應(yīng)力巷道中，如果支護(hù)不及時(shí)，圍巖可能會(huì)出現(xiàn)塑性大變形、破裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道失穩(wěn)，需要進(jìn)行二次支護(hù)或多次返修，增加了工程成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。確定合理的支護(hù)時(shí)間需要綜合考慮多種因素。圍巖的性質(zhì)是重要因素之一，軟巖圍巖的變形速率較快，且具有流變特性，需要盡早進(jìn)行支護(hù)；而硬巖圍巖的變形相對(duì)較小，支護(hù)時(shí)間可以適當(dāng)延遲。地應(yīng)力大小也會(huì)影響支護(hù)時(shí)間的選擇，高地應(yīng)力條件下，圍巖的變形和破壞更為迅速，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。巷道的用途和服務(wù)年限也對(duì)支護(hù)時(shí)間有要求，對(duì)于服務(wù)年限較長(zhǎng)的巷道，需要更加注重支護(hù)時(shí)間的選擇，以保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定性。施工工藝同樣會(huì)對(duì)圍巖-支護(hù)相互作用產(chǎn)生影響。不同的施工工藝在施工過(guò)程中對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度不同，進(jìn)而影響圍巖的力學(xué)性質(zhì)和變形特征。鉆爆法施工會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)和沖擊，對(duì)圍巖造成一定的破壞，使圍巖的強(qiáng)度降低，裂隙增多。在采用鉆爆法施工的巷道中，圍巖的松動(dòng)圈范圍往往較大，需要加強(qiáng)支護(hù)措施來(lái)控制圍巖變形。而機(jī)械化掘進(jìn)法，如懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，對(duì)圍巖的擾動(dòng)相對(duì)較小，能夠較好地保持圍巖的完整性和力學(xué)性能。采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工的巷道，圍巖的松動(dòng)圈范圍較小，支護(hù)難度相對(duì)較低。但機(jī)械化掘進(jìn)法也存在一些局限性，如設(shè)備成本較高、對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性相對(duì)較弱等。在支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，施工工藝的質(zhì)量也會(huì)影響支護(hù)效果。例如，錨桿的安裝質(zhì)量對(duì)其錨固力有很大影響，如果錨桿的錨固長(zhǎng)度不足、錨固劑填充不飽滿等，會(huì)導(dǎo)致錨桿的錨固力降低，無(wú)法有效地約束圍巖的變形。噴射混凝土的施工工藝也很關(guān)鍵，噴射壓力、噴射角度、噴射厚度等參數(shù)都會(huì)影響噴射混凝土與圍巖的粘結(jié)效果和支護(hù)性能。在實(shí)際工程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工工藝的質(zhì)量，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。六、基于案例的圍巖-支護(hù)相互作用分析6.1案例巷道的支護(hù)方案與實(shí)施為深入探究圍巖-支護(hù)相互作用，以某煤礦深部巷道為具體案例展開(kāi)分析。該巷道埋深達(dá)800m，處于高地應(yīng)力區(qū)域，地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果顯示，最大主應(yīng)力達(dá)到25MPa，方向?yàn)镹E30°，最小主應(yīng)力為12MPa。巷道圍巖主要為泥巖和砂巖互層，泥巖強(qiáng)度較低，單軸抗壓強(qiáng)度僅為15MPa，砂巖強(qiáng)度相對(duì)較高，單軸抗壓強(qiáng)度為40MPa。由于受到高地應(yīng)力和圍巖性質(zhì)的影響，巷道開(kāi)挖后變形嚴(yán)重，出現(xiàn)了頂板下沉、兩幫鼓出和底鼓等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用和安全生產(chǎn)。針對(duì)該巷道的復(fù)雜情況，設(shè)計(jì)了一套聯(lián)合支護(hù)方案。在巷道開(kāi)挖后，首先采用噴射混凝土進(jìn)行初次支護(hù)，噴射混凝土厚度為100mm，強(qiáng)度等級(jí)為C20。噴射混凝土能夠及時(shí)封閉圍巖表面，防止圍巖風(fēng)化和剝落，同時(shí)為圍巖提供一定的支護(hù)抗力。噴射混凝土施工時(shí)，嚴(yán)格控制噴射壓力在0.5-0.7MPa，噴射角度與受?chē)娒娲怪保源_保噴射混凝土與圍巖的粘結(jié)效果。在噴射混凝土的基礎(chǔ)上，布置錨桿支護(hù)。錨桿采用直徑22mm的螺紋鋼，長(zhǎng)度為2.5m，間排距為1.0m×1.0m。錨桿采用全長(zhǎng)錨固方式，錨固劑選用高強(qiáng)度樹(shù)脂錨固劑，每根錨桿使用3支錨固劑。錨桿的作用是將圍巖與深部穩(wěn)定巖體連接在一起，增強(qiáng)圍巖的整體性和穩(wěn)定性，提高圍巖的自承載能力。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行錨桿安裝，確保錨桿的錨固力達(dá)到100kN以上。為進(jìn)一步提高支護(hù)效果，在巷道頂部和兩幫布置錨索支護(hù)。錨索采用直徑17.8mm的鋼絞線，長(zhǎng)度為6.0m，間排距為2.0m×2.0m。錨索同樣采用全長(zhǎng)錨固方式，每根錨索使用5支錨固劑。錨索能夠提供較大的預(yù)緊力，對(duì)圍巖進(jìn)行主動(dòng)加固，有效控制巷道的頂板下沉和兩幫變形。在錨索施工時(shí)，先鉆孔，然后將錨索插入孔內(nèi)，安裝錨固劑并進(jìn)行張拉，張拉預(yù)緊力控制在150kN以上。在巷道底部，采用底角錨桿和底梁聯(lián)合支護(hù)的方式來(lái)控制底鼓。底角錨桿采用直徑20mm的螺紋鋼，長(zhǎng)度為2.0m，與巷道底板夾角為45°，間排距為1.0m×1.0m。底梁采用11號(hào)工字鋼，沿巷道縱向布置，與底角錨桿連接牢固。底角錨桿和底梁能夠有效限制底板巖石的隆起，提高巷道底部的穩(wěn)定性。在支護(hù)方案實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作。在噴射混凝土施工前，對(duì)巷道圍巖表面進(jìn)行清理，確保噴射混凝土與圍巖能夠緊密粘結(jié)。在錨桿和錨索施工時(shí)，采用專(zhuān)門(mén)的鉆孔設(shè)備和安裝工具，保證鉆孔質(zhì)量和錨桿、錨索的安裝精度。在底角錨桿和底梁施工時(shí)，注意底角錨桿的角度和底梁的安裝位置，確保其能夠發(fā)揮有效的支護(hù)作用。同時(shí)，加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)錨桿、錨索的錨固力、噴射混凝土的強(qiáng)度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保支護(hù)質(zhì)量符合要求。6.2相互作用的監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析為了深入研究案例巷道中圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的相互作用，采用了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，布置了多種類(lèi)型的監(jiān)測(cè)儀器。在巷道圍巖內(nèi)部，沿巷道軸向每隔10m布置一個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)，用于監(jiān)測(cè)圍巖不同深度處的位移變化，以了解圍巖內(nèi)部的變形分布情況。在巷道表面，每隔5m設(shè)置一個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站安裝一組收斂計(jì)，監(jiān)測(cè)巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷氖諗孔冃?。同時(shí)，在錨桿和錨索上安裝了應(yīng)力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)錨桿和錨索的受力情況。在噴射混凝土中預(yù)埋了壓力盒，用于測(cè)量噴射混凝土所承受的圍巖壓力。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集頻率根據(jù)巷道的變形情況進(jìn)行調(diào)整。在巷道開(kāi)挖初期，變形速率較快，每2小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)；隨著變形逐漸穩(wěn)定，采集頻率調(diào)整為每天一次。通過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，獲得了大量的圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力數(shù)據(jù)。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中可以看出，巷道開(kāi)挖后，圍巖變形迅速增加，在初期階段，變形速率較大，隨著時(shí)間的推移，變形速率逐漸減小。在支護(hù)結(jié)構(gòu)施加后，圍巖變形得到了有效的控制，但仍有一定的殘余變形。錨桿和錨索的受力在支護(hù)初期迅速增加，隨后逐漸趨于穩(wěn)定，表明支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間的相互作用逐漸達(dá)到平衡。噴射混凝土所承受的圍巖壓力也在初期較大，隨著圍巖變形的穩(wěn)定，壓力逐漸減小。為了進(jìn)一步分析圍巖-支護(hù)相互作用的規(guī)律，利用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對(duì)巷道開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程進(jìn)行了模擬。建立了與實(shí)際巷道尺寸和地質(zhì)條件相同的數(shù)值模型，模型中考慮了圍巖的非線性力學(xué)特性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能以及它們之間的相互作用。在模擬過(guò)程中，采用了摩爾-庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則來(lái)描述圍巖的塑性變形，通過(guò)逐步開(kāi)挖巷道和施加支護(hù)結(jié)構(gòu)，模擬了巷道開(kāi)挖和支護(hù)的全過(guò)程。將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在圍巖位移方面，數(shù)值模擬得到的巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈灰谱兓厔?shì)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性。在支護(hù)結(jié)構(gòu)受力方面，數(shù)值模擬得到的錨桿、錨索和噴射混凝土的受力情況與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也具有較好的吻合度。通過(guò)數(shù)值模擬，可以更直觀地觀察到巷道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖應(yīng)力和位移的分布變化情況，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間的相互作用機(jī)制。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果的綜合分析，總結(jié)出了該案例巷道圍巖-支護(hù)相互作用的規(guī)律。在巷道開(kāi)挖初期，圍巖變形主要是由于應(yīng)力釋放引起的，此時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用主要是限制圍巖的自由變形，減少圍巖的松動(dòng)范圍。隨著時(shí)間的推移，圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間逐漸形成共同承載體系，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)了部分圍巖壓力，圍巖的變形得到有效控制。在高地應(yīng)力和復(fù)雜地質(zhì)條件下，圍巖-支護(hù)相互作用更加復(fù)雜，需要合理設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保其能夠適應(yīng)圍巖的變形和承載要求。6.3支護(hù)效果評(píng)價(jià)與優(yōu)化建議通過(guò)對(duì)案例巷道支護(hù)方案實(shí)施后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果分析可知，該支護(hù)方案在一定程度上有效地控制了巷道圍巖的變形，保障了巷道的穩(wěn)定性。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷氖諗孔冃卧谥ёo(hù)后逐漸趨于穩(wěn)定，變形速率明顯降低。錨桿和錨索的受力也在合理范圍內(nèi)，表明它們有效地承擔(dān)了部分圍巖壓力，增強(qiáng)了圍巖的整體性和穩(wěn)定性。噴射混凝土與圍巖緊密結(jié)合，起到了封閉圍巖表面、防止風(fēng)化和剝落的作用。然而，該支護(hù)方案仍存在一些不足之處。在局部區(qū)域，如巷道的兩幫底部，由于受到較大的剪切應(yīng)力作用，出現(xiàn)了一定程度的片幫現(xiàn)象。這表明在該區(qū)域的支護(hù)強(qiáng)度可能不足，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。錨索的預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題也較為突出，隨著時(shí)間的推移，部分錨索的預(yù)應(yīng)力有所降低，影響了其對(duì)圍巖的主動(dòng)加固效果。這可能是由于錨索的錨固質(zhì)量、巖體的蠕變等因素導(dǎo)致的。針對(duì)這些問(wèn)題，提出以下優(yōu)化建議：在巷道兩幫底部等薄弱區(qū)域，增加錨桿和錨索的密度，提高支護(hù)強(qiáng)度?？梢圆捎眉娱L(zhǎng)錨桿或增加錨索的長(zhǎng)度，以錨固到更深層的穩(wěn)定巖體中。對(duì)于錨索預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題，定期對(duì)錨索進(jìn)行張拉，補(bǔ)充預(yù)應(yīng)力。同時(shí)，優(yōu)化錨索的錨固工藝，提高錨固質(zhì)量，減少預(yù)應(yīng)力損失。加強(qiáng)對(duì)巷道圍巖的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。該案例巷道的支護(hù)方案為類(lèi)似工程提供了重要的參考。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、地應(yīng)力大小和方向等因素，合理設(shè)計(jì)支護(hù)方