王現(xiàn)國，王晨旭，蘇陽艷，張曉麗

（1.河南省地質(zhì)工程勘察院有限公司，河南 鄭州 450001； 2.河南省地礦局第五地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001；3.河南省地礦局第四地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001； 4.河南省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

水利工程地下洞室和礦山巷道圍巖破壞是危害工程及人員安全的突出問題之一。影響巷道穩(wěn)定性的因素眾多，如圍巖巖體質(zhì)量、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理組合形式及地下水等［1－2］，科學(xué)選擇評(píng)價(jià)圍巖變形的主要影響因素和分析計(jì)算圍巖的穩(wěn)定性對(duì)洞室、巷道圍巖變形破壞防治具有十分重要的指導(dǎo)意義。隨著跨區(qū)域調(diào)水工程建設(shè)、城市地下空間的利用、礦業(yè)開發(fā)力度不斷增大等，各類地下工程建設(shè)的深度越來越深已成趨勢。如南非絕大多數(shù)金礦的地下巷道都在1 000 m深以下，開采深度最大達(dá)3 700 m；加拿大、美國、澳大利亞的一些有色金屬礦山開采深度也超過1 000 m。我國的礦山開采深度也在逐年增加，有的礦山開采深度已超過1 000 m，小秦嶺金礦、三山島金礦等都將進(jìn)行深部礦產(chǎn)開采［3］。國外深部地下工程建設(shè)歷史較早，對(duì)工程建設(shè)運(yùn)行存在的各種工程技術(shù)問題有較系統(tǒng)的研究，已形成了用于指導(dǎo)工程實(shí)踐的較完備的理論體系及合理的標(biāo)準(zhǔn)體系［4－5］，而國內(nèi)針對(duì)深部地下空間的開發(fā)技術(shù)研究起步較晚，解決各種技術(shù)問題的水平有待進(jìn)一步提高。筆者對(duì)水利工程地下洞室、礦山巷道等地下工程勘察及圍巖穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方面的研究成果進(jìn)行了梳理分析，以期為該領(lǐng)域工作提供參考。

1 水利工程地下洞室、引調(diào)水隧洞工程

南水北調(diào)西線工程是黃河中上游地區(qū)調(diào)水的宏大工程，是解決我國西北六省區(qū)用水和黃河生態(tài)用水的重大舉措。第一期調(diào)水工程中深埋長隧洞總長244.1 km，其中最長隧洞73 km，最大埋深1 100 m，深埋長隧洞施工是必須面對(duì)的問題。薛云峰等［6－8］采用CSAMT 基本理論，研究了各種波區(qū)視電阻率的定義及相互關(guān)系，提出了計(jì)算視電阻率的公式，并對(duì)可控源音頻電磁法數(shù)值模擬和算法進(jìn)行了研究，提出了基于南水北調(diào)西線工程巖性特征不同三維地質(zhì)模型的有限元數(shù)值模擬模型和計(jì)算分析評(píng)價(jià)方法，總結(jié)了以可控源音頻大地電磁法為主，配合其他物探方法進(jìn)行南水北調(diào)西線工程深埋長隧洞的探測方法，為南水北調(diào)西線工程前期勘察提供了理論指導(dǎo)。

Miao M M 等［9］結(jié)合本溪市觀音閣水庫引水工程，建立了深埋導(dǎo)流隧洞的三維固結(jié)模型，利用FLAC3D從圍巖應(yīng)力分布、撓度大小和塑性區(qū)分布等方面對(duì)隧洞K20＋820—K20＋880 段開挖后的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了綜合分析。分析表明：隧道開挖后，隧道頂部和側(cè)壁均存在不同程度的壓應(yīng)力集中區(qū)，其中側(cè)壁受到較大的水平擠壓；在拉應(yīng)力集中區(qū)，拉應(yīng)力值大于隧道右上拱角和左下拱角處巖石的抗拉強(qiáng)度，在兩個(gè)拱角處將發(fā)生拉破壞，不利于圍巖穩(wěn)定。

Wand L H 等［10］采用RMR 法對(duì)深溪溝水電站裝配洞室圍巖進(jìn)行了分類，采用基于最新Hoek－Brown準(zhǔn)則的有限差分模型對(duì)裝配室的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并將計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：根據(jù)RMR 分類方法，在裝配室的每個(gè)部分都有Ⅳ類和Ⅲ類圍巖。Zbdn（1）地體屬Ⅳ類圍巖，質(zhì)量較差；Zbdn（2）和Zbdn（3）地體屬Ⅲ類圍巖，質(zhì)量一般?？紤]巖體結(jié)構(gòu)、塊體強(qiáng)度、應(yīng)力狀態(tài)等因素對(duì)巖體參數(shù)的影響，利用有限差分技術(shù)FLAC3D 對(duì)裝配式洞室開挖過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)果和監(jiān)測數(shù)據(jù)吻合較好。

安李良等［11］在KMTC 項(xiàng)目隧洞施工中，采用RMR 法對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行分級(jí)，在缺少巖體強(qiáng)度試驗(yàn)的前提下，結(jié)合國家規(guī)范對(duì)巖體強(qiáng)度進(jìn)行RMR 評(píng)分，通過查閱Bieniawski Z.T.的《Engineering Rock Mass Clas?sifications》一書，解決了RQD 的取值問題，明確了RMR 法中節(jié)理間距和不連續(xù)結(jié)構(gòu)面特征的取值需要根據(jù)不同情況來打分，然后根據(jù)其比重求取平均值。通過上述改進(jìn)和參數(shù)取值的明確，地質(zhì)工程師可以在現(xiàn)場快速有效地對(duì)圍巖進(jìn)行分級(jí)，指導(dǎo)項(xiàng)目施工。

孫宇超［12］為了探究不同梯形巷道圍巖應(yīng)力特征及變形規(guī)律，以控制變量法為基礎(chǔ)，以FLAC3D 軟件數(shù)值模擬為技術(shù)手段，對(duì)等腰梯形巷道和直角梯形巷道周邊的水平應(yīng)力、垂直應(yīng)力和最大主應(yīng)力展開了研究。結(jié)果表明：隨著梯形巷道頂?shù)讓挶壤脑龃?，等腰梯形巷道水平?yīng)力逐漸向底板轉(zhuǎn)移，巷道底板兩側(cè)邊角處為應(yīng)力集中區(qū)域；隨著頂板與側(cè)幫（低幫）角度的增大，直角梯形巷道周邊的應(yīng)力呈非對(duì)稱分布，巷道周邊的水平應(yīng)力逐漸向直角梯形巷道高幫一側(cè)轉(zhuǎn)移，且巷道頂板靠近高幫一側(cè)為應(yīng)力集中區(qū)域。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，無論采用等腰梯形巷道還是直角梯形巷道，巷道圍巖穩(wěn)定性的主控應(yīng)力均為垂直應(yīng)力。

綜上，在深埋長調(diào)水引水隧洞方面，眾多學(xué)者系統(tǒng)研究了高精度綜合物探勘察方法，對(duì)獲取巖體巖性特征、巖體結(jié)構(gòu)組合單元?jiǎng)澐痔峁┝丝焖倬珳?zhǔn)的勘察方法組合。

2 交通隧道工程

李天龍［13］結(jié)合弱膠結(jié)軟巖的物理力學(xué)性能，分析了弱膠結(jié)軟巖巷道的變形破壞特征及其影響因素，借助UDEC 軟件，研究了埋深和側(cè)壓系數(shù)λ對(duì)巷道圍巖變形破壞特征、塑性區(qū)分布特征的影響，從而得到弱膠結(jié)軟巖巷道變形失穩(wěn)規(guī)律：隨著埋深的增加，巷道圍巖的位移增加量不斷變大，位移增加幅度逐漸變?。划?dāng)λ＜1.2 時(shí)，隨著側(cè)壓系數(shù)的增大，巷道頂?shù)装逦灰圃龃蠓认仍龃蠛鬁p小，之后隨著側(cè)壓系數(shù)的增大，位移增加幅度基本不變；對(duì)于巷道幫部，位移增加幅度隨著側(cè)壓系數(shù)的增大逐漸減小。

Huang S 等［14］提出了一種基于分組中心向量的KNN 算法，降低了計(jì)算復(fù)雜度，提高了算法的預(yù)測性能，首次將改進(jìn)的KNN 算法應(yīng)用于某高速鐵路隧道圍巖穩(wěn)定性預(yù)測中，取得了很好的效果，并通過室內(nèi)試驗(yàn)來評(píng)估隧道圍巖是否穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測結(jié)果相吻合，進(jìn)一步證明了該算法的有效性。

Zhou J 等［15］為了使用BQ 方法預(yù)測中國深埋隧道的圍巖變形，首先，收集并分析了52 條隧道的數(shù)據(jù)，以確定圍巖等級(jí)、開挖方法、埋深、隧道跨度和圍巖變形之間的關(guān)系；其次，通過將地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)（GSI）與另一個(gè)分類系統(tǒng)RMR 和BQ 進(jìn)行擬合，并考慮BQ 值的修正系數(shù)等，確定不同圍巖等級(jí)與GSI 評(píng)分范圍的等效性；再次，基于Hoek－Brown 強(qiáng)度準(zhǔn)則，在考慮初支護(hù)安裝時(shí)間和錨桿體積力的情況下，提出了彈脆性塑性、應(yīng)變軟化和彈理想塑性3 種破壞模式下圍巖變形的理論分析方法；最后，對(duì)理論方法進(jìn)行了分析，并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了其可行性。此外，還分析了埋深、圍巖等級(jí)、支護(hù)參數(shù)、支護(hù)時(shí)間和圍巖變形裕量對(duì)支護(hù)效果的影響。分析結(jié)果對(duì)我國深埋隧道圍巖變形預(yù)測具有一定的指導(dǎo)意義。

Zhao D S 等［16］根據(jù)某隧道工程的地質(zhì)資料和開采條件，利用軟件FLAC3D 模擬隧道開挖過程，分析了采動(dòng)作用下圍巖的破壞特征。為了更好地分析隧道開挖后的豎向位移規(guī)律，選取隧道拱頂和底部的部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行豎向位移監(jiān)測。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測值接近，為隧道工程的安全施工提供了理論支持。

Sun H J 等［17］以我國某隧道斜井為研究對(duì)象，借助FLAC3D 數(shù)值模擬軟件建立了數(shù)值模型，對(duì)該隧道四級(jí)圍巖斷面的實(shí)際工況進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了模型的合理性。

Wang H P 等［18］基于考慮彈塑性與損傷理論的耦合方法和不可逆熱力學(xué)理論，建立了節(jié)理巖體彈塑性損傷本構(gòu)模型。基于該彈塑性損傷本構(gòu)模型，采用Visual Fortran 語言編制了三維彈塑性損傷有限元程序（D－FEM），可以對(duì)地下工程的整個(gè)開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)圍巖的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。與流行的商用軟件FLAC3D 相比，D－FEM 具有計(jì)算速度快、單元分組功能強(qiáng)、提供更多材料模型等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，考慮3 種不同的計(jì)算方案，采用FLAC3D 和D－FEM對(duì)分叉隧道圍巖進(jìn)行了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明：使用FLAC3D 和D－FEM 得到的數(shù)值模擬結(jié)果幾乎一致，但從損傷軟化區(qū)來看，采用D－FEM 得到的數(shù)值模擬結(jié)果更接近現(xiàn)場圍巖的實(shí)際情況。

綜上，針對(duì)交通隧道工程，學(xué)者們采用UDEC 軟件、有限元軟件FLAC3D、BQ 方法預(yù)測評(píng)價(jià)了國內(nèi)深埋隧道的圍巖等級(jí)、開挖方法、埋深、隧道跨度和圍巖變形之間的關(guān)系；通過將GSI 與另一個(gè)分類系統(tǒng)RMR和BQ 進(jìn)行擬合，并考慮BQ 值的修正系數(shù)等因素的基礎(chǔ)上，提出了確定不同圍巖等級(jí)與地質(zhì)強(qiáng)度等參數(shù)的方法，為同類工程勘察及評(píng)價(jià)提供了參考。

3 礦山地下巷道工程

黃河流域是我國重要的礦業(yè)開發(fā)地區(qū)之一，礦山地下工程施工中圍巖變形破壞是礦山開采工作面臨的重大難題之一。付友等［19］以鮑店煤礦七采區(qū)新建3＃煤倉為研究對(duì)象，結(jié)合采區(qū)煤倉高地應(yīng)力、泥巖圍巖地質(zhì)條件，運(yùn)用FLAC3D，通過數(shù)值計(jì)算對(duì)比分析，對(duì)不同直徑開挖過程中圍巖應(yīng)力賦存狀態(tài)、塑性區(qū)厚度、倉壁表面位移等重要參數(shù)進(jìn)行可視化分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出煤倉直徑對(duì)周圍巖石和巷道的影響規(guī)律。通過倉壁圍巖變形特征和塑性區(qū)發(fā)育厚度等分析，最終確定煤倉的大小，為后續(xù)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)及施工提供理論依據(jù)。

Wu X G 等［20］以金川第三礦區(qū)1 號(hào)礦體為例，得出了圍巖質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)與空間位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過RMR 巖石分類方法，利用Rockware 建模系統(tǒng)和有限的地質(zhì)信息進(jìn)行RMR 和RQD 分析，表明1 號(hào)礦體的巖石屬于Ⅲ型，類似于Ⅴ型，其巖體介于正常和不穩(wěn)定之間。通過Rockware 建模系統(tǒng)，建立了UCS、RQD 和RMR 的三維巖石性質(zhì)模型，發(fā)現(xiàn)東上盤5、6 排存在不利于Ⅴ型塊體崩落法施工的巖石。最后，根據(jù)地層數(shù)值模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：因?yàn)槠鋵儆冖粜蛶r體，所以巖塊基本上具有良好的可崩性。在設(shè)計(jì)塊體和管理圖紙時(shí)，必須特別注意穩(wěn)定性中等的Ⅲ型巖石和穩(wěn)定性較差的Ⅴ型巖石。

Zhao Q F 等［21］利用UDEC 數(shù)值模擬軟件（該軟件用于研究風(fēng)化巖隧道周圍材料中裂縫的逐漸發(fā)展、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和變形）對(duì)風(fēng)化氧化煤巖的物理力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果揭示了有關(guān)圍巖衰減、強(qiáng)度和變形演化的信息，并分析了巷道破壞的原因，提出了優(yōu)化措施。該研究結(jié)果可應(yīng)用于有關(guān)巷道破壞、變形機(jī)制和添加適當(dāng)支護(hù)的其他研究。

吳建蘭［22］針對(duì)煤峪口礦上煤層與下煤層距離太近的問題，建立上覆煤層采空區(qū)數(shù)值模型，通過分析12＃煤層采空區(qū)對(duì)14＃煤層巷道圍巖的影響，采用FLAC3D 對(duì)圍巖的應(yīng)力和塑性區(qū)分布規(guī)律及巷道位移變化進(jìn)行了分析。

孔亮［23］針對(duì)宋新莊煤礦110301 工作面運(yùn)輸順槽和輔運(yùn)順槽巷道出現(xiàn)圍巖變形破壞嚴(yán)重、威脅工作面安全高效開采的問題，在RMR 評(píng)價(jià)體系基礎(chǔ)上，將錨桿（索）拉拔試驗(yàn)、圍巖礦物成分分析納入穩(wěn)定性分析，確定巷道閑置時(shí)間太長、受水理作用影響明顯、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜為圍巖變形破壞的主要原因。提出采用注漿加固、錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、架棚或點(diǎn)柱＋梁支護(hù)、補(bǔ)齊錨網(wǎng)、噴漿等技術(shù)措施，加強(qiáng)不穩(wěn)定區(qū)域支護(hù)強(qiáng)度，保證回采安全。

桑士震［24］以山東金場金礦區(qū)典型巷道為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場觀測、理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法，對(duì)適用于構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域的巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。通過分析礦區(qū)構(gòu)造裂隙及地應(yīng)力分布規(guī)律，明確了金場礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力集中的地質(zhì)特征；通過巷道變形及支護(hù)破壞現(xiàn)場觀測與評(píng)價(jià)，總結(jié)了礦山巷道現(xiàn)有支護(hù)體系形式；通過礦山構(gòu)造工程效應(yīng)分析確定了研究區(qū)巷道穩(wěn)定性不利因素，提出了構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域巷道“掘－評(píng)－支”各環(huán)節(jié)的處理措施?；趯?duì)BQ、RMR 及IRMR 等方法的應(yīng)用及研究，通過多段擬合、方法融合、加權(quán)平均、假設(shè)驗(yàn)證、細(xì)化亞級(jí)等方法，建立并優(yōu)化了J－IRMR 巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法；定義了J－IRMR 法的連續(xù)性多段擬合函數(shù)及地應(yīng)力修正系數(shù)，提高了該方法的量化分析程度；拓展了RMR法的評(píng)分區(qū)間，將RMR 法的5 級(jí)分類體系細(xì)化為5 個(gè)一級(jí)、9 個(gè)亞級(jí)，其中Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)分別細(xì)化為Ⅰ－Ⅰ、Ⅰ－Ⅱ、Ⅳ－Ⅰ、Ⅳ－Ⅱ、Ⅴ－Ⅰ、Ⅴ－Ⅱ、Ⅴ－Ⅲ等亞級(jí)。通過BQ 法與J－IRMR 法的應(yīng)用對(duì)比、巷道穩(wěn)定性FLAC3D 數(shù)值模擬等方法，驗(yàn)證了J－IRMR 法對(duì)金場礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域的適用性。綜合評(píng)價(jià)礦區(qū)巷道圍巖穩(wěn)定性整體較差，多在Ⅲ級(jí)以下，且巷段巖體質(zhì)量級(jí)別隨巖性變化明顯，對(duì)巷道差異支護(hù)提出了較高的要求；通過FLAC3D 對(duì)巷道支護(hù)效果進(jìn)行數(shù)值模擬，說明了巷道錨桿支護(hù)參數(shù)隨巖體質(zhì)量級(jí)別進(jìn)行差異設(shè)置的合理性。

穆錫川等［25］對(duì)大柳行金礦奄口礦區(qū)進(jìn)行了節(jié)理裂隙調(diào)查統(tǒng)計(jì)，采用Mathematica 軟件對(duì)調(diào)查區(qū)域內(nèi)660 條節(jié)理裂隙測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并繪制了相應(yīng)的裂隙等密圖、傾向和走向玫瑰圖及傾角直方圖。

舒計(jì)步［26］采用室內(nèi)單軸壓縮和三軸壓縮巖石力學(xué)試驗(yàn)得到巖石的物理力學(xué)材料參數(shù)，并對(duì)巖石在單軸壓縮下的變形規(guī)律和破壞模式進(jìn)行了研究，運(yùn)用FLAC3D 軟件對(duì)應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算分析驗(yàn)證，提出直墻拱形巷道彈塑性力學(xué)分析的當(dāng)量折算法。采用數(shù)值模擬和理論分析等方法，揭示了出礦巷道在構(gòu)造應(yīng)力以及動(dòng)力擾動(dòng)作用下的圍巖變形破壞特征。同時(shí)采用RMR 法對(duì)冬瓜山銅礦的圍巖情況進(jìn)行現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，采用FLAC3D 軟件研究動(dòng)載峰值應(yīng)力以及動(dòng)荷載作用時(shí)不同構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)下出礦巷道的力學(xué)變形規(guī)律。

代邁等［27］為研究煤礦節(jié)理地層TBM 掘進(jìn)巷道圍巖損傷規(guī)律和特征，以張集煤礦1413A 綜采工作面瓦斯抽采巷道為工程背景，根據(jù)工程現(xiàn)場巖性條件、節(jié)理發(fā)育特征和地應(yīng)力場條件，采用UDEC 離散單元法數(shù)值模擬軟件建立巷道數(shù)值模型，研究了在TBM 掘進(jìn)擾動(dòng)條件下煤礦節(jié)理地層巷道圍巖損傷破壞規(guī)律。結(jié)果表明：圍巖節(jié)理、裂隙分布特征是影響巷道圍巖損傷特性的主要因素；節(jié)理交錯(cuò)貫通區(qū)域易出現(xiàn)圍巖的宏觀損傷和斷裂；施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)支護(hù)頂板，防止冒頂事故發(fā)生。工程現(xiàn)場監(jiān)測情況與數(shù)值計(jì)算結(jié)果一致性較好，說明所采用的研究手段能夠反映工程現(xiàn)場的實(shí)際情況。

劉洪林等［28］針對(duì)近距離煤層斜穿遺留煤柱巷道圍巖大變形難題，基于登茂通礦地質(zhì)條件，構(gòu)建UDECTrigon 數(shù)值模型，分析了距2＃煤層區(qū)段煤柱中心0、10、20、30 m 處巷道圍巖變形破壞特征及裂隙演化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：掘進(jìn)期間，距煤柱中心0 m 處，兩幫變形破壞嚴(yán)重，兩幫移近量達(dá)60 mm，呈對(duì)稱分布；距煤柱中心10 m 處，兩幫變形呈不對(duì)稱分布；回采期間，巷道變形破壞程度顯著加劇，距煤柱中心10 m 處，頂板結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)破壞，變形具有不對(duì)稱性；距煤柱中心20 m 處，巷道頂?shù)装遄冃螄?yán)重；距煤柱中心30 m 處變形破壞相對(duì)較小。研究表明：距2＃煤層區(qū)段煤柱中心不同位置處巷道結(jié)構(gòu)變形破壞呈顯著差異性，圍巖變形與裂隙發(fā)育正相關(guān)，小變形時(shí)以剪切裂隙發(fā)育為主，圍巖失穩(wěn)破壞伴隨張拉裂隙快速增加。

王現(xiàn)國等［29－30］在小秦嶺礦區(qū)工程地質(zhì)勘察中，通過物理力學(xué)試驗(yàn)、聲波測試及變形監(jiān)測等綜合研究巷道圍巖穩(wěn)定性。通過開展碎裂石英剪切試驗(yàn)、巖石單軸壓縮變形試驗(yàn)、巖石劈裂試驗(yàn)、巖石剪切試驗(yàn)等，取得開采區(qū)域代表性巖土體合理的物理力學(xué)參數(shù)，為后續(xù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了必要的數(shù)據(jù)。采用TS02 全站儀監(jiān)測掌子面開挖所引起的巷道拱頂位移變化及位移收斂變化情況，監(jiān)測內(nèi)容包括拱頂下沉量、收斂變化累計(jì)量。該方法操作過程簡便、可靠，受現(xiàn)場施工干擾小，操作過程優(yōu)于采用收斂計(jì)和水準(zhǔn)儀常規(guī)接觸量測，減少了掛尺或立尺等因素引起的誤差。

巷道圍巖分級(jí)是正確進(jìn)行巷道設(shè)計(jì)與施工的基礎(chǔ)。蔣權(quán)［31］在開展巷道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，采用改進(jìn)RMR 法及三維可視技術(shù)對(duì)某礦區(qū)巷道圍巖進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。一個(gè)合理的、符合地下工程實(shí)際情況的圍巖分級(jí)，對(duì)于優(yōu)化地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低工程造價(jià)、多快好省地修建巷道有十分重要的意義。

吳佳俊等［32］利用FLAC3D 軟件對(duì)某隧道開挖后塑性區(qū)范圍、位移及應(yīng)力隨開挖過程變化情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。該方法還可考慮錨桿、擋土墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用。根據(jù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)特征，通過FLAC3D 數(shù)值分析可深入研究圍巖層狀結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)，開展支護(hù)前后穩(wěn)定性分析。

裴向軍等［33］利用UDEC 對(duì)某礦區(qū)巷道不同結(jié)構(gòu)破壞模式進(jìn)行數(shù)值模擬分析。此模擬軟件主要用于模擬非連續(xù)介質(zhì)（如巖體中的節(jié)理裂隙等）承受靜載或動(dòng)載時(shí)的響應(yīng)［34］。利用UDEC 可實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道不同結(jié)構(gòu)（層狀結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)）破壞模式、失穩(wěn)塌落破壞過程的數(shù)值模擬分析，較為理想地再現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)圍巖的破壞情況［35］。

綜上，在超深礦山地下工程方面，學(xué)者們采用多種軟件分析建模，通過巷道變形及支護(hù)破壞現(xiàn)場觀測與評(píng)價(jià)，總結(jié)了礦山巷道現(xiàn)有支護(hù)體系形式，給出了基于UDEC、FLAC3D 等軟件的定量計(jì)算評(píng)價(jià)模型。

4 地下工程開發(fā)技術(shù)研究方向及建議

為了在更高水準(zhǔn)、更廣泛領(lǐng)域促進(jìn)深埋大斷面長隧洞地下工程開發(fā)，應(yīng)加強(qiáng)在地質(zhì)探查解析技術(shù)、隧洞斷面力驗(yàn)算方法、側(cè)面土壓力系數(shù)和地基反力系數(shù)確定方法、超深孔原位試驗(yàn)測試技術(shù)、圍巖破壞模式及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)、深埋地下工程測量控制技術(shù)、超深孔鉆探工藝和裝備、深埋地下工程設(shè)計(jì)技術(shù)、施工工程探查控制技術(shù)、地下水控制技術(shù)、長距離快速挖掘技術(shù)、大型空間挖掘技術(shù)、豎井掘進(jìn)技術(shù)、盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)、渣土排出處理技術(shù)等方面的科技創(chuàng)新研究，為高效開發(fā)利用地下空間提供技術(shù)支撐。

近年來，地下工程勘察與圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法取得了顯著進(jìn)展，采用現(xiàn)場觀測、多種現(xiàn)場原位巖土試驗(yàn)、室內(nèi)巖土試驗(yàn)等方法，更加全面系統(tǒng)地揭示了不同圍巖巖體的物理力學(xué)特性，構(gòu)建了不同影響因素條件下的圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)數(shù)值模型，科學(xué)分析了圍巖變形破壞模式。為保障各類地下工程安全運(yùn)行，提出以下建議。

（1）構(gòu)建科學(xué)的地下工程勘察技術(shù)方法。地下工程具有復(fù)雜性及特殊性，針對(duì)典型地下工程變形破壞點(diǎn)的現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查，要結(jié)合聲波探測、變形監(jiān)測及巖石室內(nèi)外試驗(yàn)，深入分析圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面組合特征、圍巖級(jí)別、松動(dòng)圈范圍、變形情況及破壞模式等。

長距離調(diào)水引水工程深埋長隧洞的施工是水利工程施工中的難點(diǎn)，如何在隧洞設(shè)計(jì)與施工之前對(duì)隧洞的工程地質(zhì)條件進(jìn)行精準(zhǔn)勘察，如何利用地表勘探、地質(zhì)調(diào)查、綜合地球物理探測技術(shù)獲取引水隧洞附近地層結(jié)構(gòu)和物性特征，準(zhǔn)確進(jìn)行地層巖性劃分，尤其是查明斷裂構(gòu)造的空間展布特征，如何解決隧洞施工過程中突水突泥、巖爆、圍巖大變形等，都是當(dāng)前所面臨的重大問題。

目前我國很多礦山在向深層開采發(fā)展，但是深層開采的地質(zhì)條件及其他環(huán)境因素在很大程度上不同于淺層開發(fā)，要充分研究深層開發(fā)所面臨的地下工程問題。在工程勘察方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)遙感技術(shù)、高精度物探技術(shù)的投入，以確保地質(zhì)勘探的精確性，建立仿真程度高的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，精準(zhǔn)評(píng)價(jià)地下工程圍巖穩(wěn)定性，尤其是應(yīng)加強(qiáng)老礦井二次開發(fā)過程中地下洞室穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究及高智能信息技術(shù)在地下工程開挖開采中的運(yùn)用。另外，如何有效預(yù)測開采中可能出現(xiàn)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，以及如何進(jìn)行開采過程技術(shù)控制是需要解決的問題。

（2）加強(qiáng)地下工程變形破壞模式的數(shù)值模擬分析。深埋長隧洞引水工程、一大批巨型電站的地下引水工程的洞室穩(wěn)定性問題都是勘察、設(shè)計(jì)工作所面臨的難題，建立不同圍巖結(jié)構(gòu)類型穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及變形破壞模式的定量數(shù)值模擬分析，對(duì)解決圍巖失穩(wěn)破壞的工程問題意義重大。

（3）建立科學(xué)安全的圍巖變形治理方法模式。地下工程具有隱蔽性，施工中噪聲、振動(dòng)、挖掘出的渣土處理、對(duì)地下水的影響、地表及地下變形等均需要進(jìn)行分析處理。大斷面隧洞通過斷層時(shí)，如何確保成洞圍巖穩(wěn)定、提高圍巖的自穩(wěn)能力是施工所面臨的重大難題。針對(duì)不同圍巖結(jié)構(gòu)類型、變形破壞模式，應(yīng)研究科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)防護(hù)措施，為地下工程安全運(yùn)行提供技術(shù)支持。