竖井掘进机施工过程中侧壁围岩稳定性及破坏模式分析

摘要

竖井掘进机(Shaft Boring Machine,以下简称SBM)在软弱破碎地层中掘进时,竖井侧壁围岩如果出现过大变形甚至失稳破坏,会导致推进反力不足而无法掘进,因此需要研究SBM掘进过程中侧壁围岩稳定性及其破坏模式。文章以国内研制的首台矿山型SBM为依托,对掘进过程中岩机相互作用进行了三维数值模拟。结果表明:竖井侧壁围岩早期破坏模式为压剪破坏,后期为剪切滑移破坏;随着掘进深度增加、竖井直径减小以及围岩等级提高,围岩破坏单元减少且承载力提高,其中围岩等级的影响最大。所得侧壁承载力与水平隧道侧壁承载力的对比表明了结论的合理性。研究结果对于评估软弱地层条件下SBM掘进过程中竖井侧壁围岩的稳定性有重要指导意义。