含煤隧道围岩稳定性分析及支护结构优化

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我国地缘辽阔人口众多,但地域资源分配很不均匀,交通运输建设成为我国首当其冲的发展目标。隧道建设不可避免的会穿过含煤系岩层地段,含煤地层地质情况多错综复杂,不稳定煤层常给隧道的施工建设造成严重困扰。目前我国针对含煤隧道围岩稳定性的研究较少,含煤隧道较矿区洞室跨度更大、通车速度更快、路面要求更高,施工规范难以相互参考。因此针对含煤隧道围岩稳定性的研究具有现实意义和工程应用价值。本文以实际工程为研究背景,在对含煤隧道围岩性状进行分析的基础上,利用有限元软件Midas GTS NX对工程中煤层围岩稳定性进行了数值模拟,主要进行工作如下:1、结合当前岩层隧道施工中遇到的问题,阐述了针对岩层稳定性研究的常用分析方法,并对含煤隧道的施工处置措施进行了归纳与整理。2、利用有限元软件Midas GTS NX,选择合适的岩土模型,针对具体工程进行了不同工况下围岩稳定性的模拟。分析了地下水渗流对岩体稳定性的不利影响,认为不含地下水的岩层力学稳定性明显优于含地下水岩层,渗流面位于拱顶及拱腰处含煤隧道岩层稳定性最差。3、模拟含煤隧道施工中各种走向含煤隧道开挖工况,认为含近水平走向含煤隧道的岩层稳定性影响最严重,应力主要集中在隧道顶部及腰部附近。顺坡走向煤层边墙处应力明显高于逆坡走向煤层。4、对比不同产状含煤隧道工况数据,认为隧道含煤部位应力往往较为集中,变形最大,在施工中应该做好强支护措施。煤层位于隧道拱顶处的围岩稳定性最差,顶部围岩极易出现冒顶、岩层剥落甚至坍塌,需要在施工中做好预支护,设立拱架,若有地下水渗流,还需要进行排水防渗措施,进一步保证围岩的稳定性。5、模拟不同煤层厚度情况下含煤隧道围岩的稳定性。通过对比发现煤层位于施工台阶线上方,随着煤层厚度的增加围岩稳定性降低;煤层位于台阶线下方,随着煤层厚度的增加围岩稳定性增加。隧道仰拱处围岩应力受煤层影响最小,说明施做仰拱的重要性。同时下台阶围岩稳定性要优于上台阶,在施工设计时需要注意加强上台阶锚杆、初支的强度,以保证施工的顺利进行。最后,通过对围岩稳定性影响的对比分析,总结出一些围岩稳定性规律,并对实际工程中的围岩支护结构提出了一些优化建议。
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