大断面管幕箱涵顶进引起地表变形的解析解答

研究大断面管幕箱涵顶进全过程对土体变形和周围环境的影响,对于事前预测变形并控制施工扰动影响具有重要意义。基于Mindlin解答、修正Sagaseta公式等经典理论解答,分别考虑由正面推进力、摩擦力和土体损失等因素引起的地表变形,提出考虑三者共同作用下的大断面管幕箱涵顶进引起的地表变形计算方法。建立管幕箱涵顶进作用下土体受力模型,采用Mindlin解答分别给出正面推进力和摩擦力引起的土体变形计算公式;基于当层法原理提出由土体损失引起的横向地表沉降计算公式。根据各影响因素的相对独立性,将各因素引起的土体变形量叠加,从而得到一种适用于大断面管幕箱涵顶进施工,可综合考虑多种施工因素和土体三维变形的理论解答公式。通过工程实例验证公式的合理性,研究成果可为实际施工变形预测提供参考。

地震作用下大断面偏压双线黄土隧道初期支护内力及变形响应研究

为研究西北黄土高原地区大断面偏压双线黄土隧道的初期支护结构在地震作用下的内力和变形响应特征,依托宁夏境内某大断面偏压双线黄土隧道,以工程地质勘察报告和设计资料为基础,选取Kobe波作为地震动输入,利用有限差分程序FLAC 3D建立三维数值分析模型,通过分析初期支护结构的内力和变形以研究其地震动力响应特征。研究结果表明:地震过程中左线和右线隧道拱肩位置的受拉侧会发生变化,左线隧道拱腰和右线隧道拱肩、拱脚和仰拱位置的轴力会发生拉压变化。地震作用下左右线隧道峰值弯矩和峰值轴力的最大值均在拱脚,应加强此位置的抗震设计。静载作用下左、右线隧道边墙弯矩分布不对称,且左线隧道更明显。地震作用下,左线和右线隧道的最大弯矩和最大轴力分别出现在左拱脚和右拱脚,且左线隧道(偏压侧隧道)动力响应更为剧烈;右线隧道整体变形明显大于左线隧道,地震作用下左右线隧道变形均增大且整体向右倾斜,左线和右线隧道的最大位移分别在右拱肩和右拱腰处,位移值分别为34.98 mm和39.11 mm。综合结构内力和变形响应分析,地震作用下左线和右线隧道的拱脚位置易出现结构损伤,且左线(偏压侧)隧道拱脚位置更易损伤。

大断面黄土隧道下穿地表建筑物沉降分析及对策

依托西延高铁某黄土隧道下穿地表建筑物工程实例,采用理论分析、数值模拟等手段,对大断面黄土隧道下穿地表建筑物施工中地表沉降范围及对策进行研究。结果表明:基于随机介质理论,隧道两侧的地表沉降范围可划分为强、弱、无影响区,隧道施工对地表强影响区范围约等于隧道埋深,弱影响区范围约为隧道埋深的2倍;在开挖面到达办公楼正下方时办公楼沉降值约占总沉降值的70%;穿过办公楼后,沉降速率趋于收敛,隧道施工中接近地表建筑物要加强施工质量,保证地表结构安全;隧道通过地表建筑物后,地表沉降趋于收敛,但沉降值仍不断增大,隧道穿越地表建筑物后,应持续开展建筑物沉降变形监测,掌子面二衬紧跟,保证地表建筑物结构安全;大断面黄土隧道下穿地表建筑物时,采用三台阶临时仰拱(腰梁)法、锁脚加强、初支加强等措施后,可保证隧道施工安全,相关措施可为相类似工程的施工提供借鉴意义。

大断面硬岩地层盾构注浆及姿态控制理论

为了确保盾构在硬岩地层掘进期间自身及周边建构筑物的安全,依托穗菀深某城际项目,在中、微风化花岗岩地段,针对大断面盾构掘进技术展开研究,从掘进注浆、掘进控制等方向入手,经理论分析及现场采用印证,最终得出:在大断面硬岩地层,采用豆粒石注入+双液浆填筑技术能够有效保证成型管片姿态及质量;姿态发生异常时,掘进期间采取缓纠、远点纠偏技术能够保证盾构及环境安全。

大断面隧洞下穿交通隧道爆破施工安全分析

本文以某大型公路隧道项目为案例,全面分析了该工程的爆破施工安全问题。首先介绍了工程背景和施工方案,重点分析了爆破作业可能引发的安全风险,如冲击波、振动、飞石等。然后,结合实测数据,对各类安全措施的有效性进行了评估,并给出了针对性地优化对策。最后,从管理、技术、人员等方面提出了总体的安全控制措施,为类似工程的安全施工提供了参考借鉴。

厚煤层大断面回采巷道支护参数优化研究

长壁工作面回采巷道保持“掘-采”全生命周期内的围岩稳定,对于保障工作面高效生产、井下作业人员安全至关重要。杭来湾煤矿302盘区回采巷道为典型的浅埋深、厚煤层、大断面煤巷,为掌握其矿压显现规律,在302盘区选取“三条、两类”回采巷道为研究对象,通过矿压实测、煤岩力学测试、数值模拟及工程实践等方法开展了浅埋厚煤层大断面回采巷道矿压规律研究,对杭来湾煤矿工作面回采巷道支护参数进行了优化设计,在有效保障巷道围岩稳定的同时,实现了高强度、低密度支护,同时提高了掘巷速度,改善了采掘接续关系,促进了矿井实现安全高效生产。

大断面浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法临时支撑拆除施工技术

随着城市地下工程的不断发展进步,各种用途的隧道不断修建,隧道施工技术水平也不断提高与发展。这也使城市地铁的建设更加复杂,相较于传统以明挖法为主的施工方式,目前地铁隧道施工普遍会将明挖、盖挖、浅埋暗挖等多种方式结合进行施工,极大地推动了城市地下轨道交通工程的快速发展。实践证明,选择一种合理的施工方法是城市地下轨道交通工程成败的关键。西安市地铁14号线机场站站后配线浅埋暗挖隧道采用“双侧壁导坑法”进行施工,本文简要介绍了双侧壁导坑法临时支撑拆除的施工工艺,并以首段18m的监测数据作为依据,总结经验,指导施工。

新景矿大断面岩巷综掘技术研究与应用

为提高掘进速度,保证巷道稳定,在新景矿15号煤采区集中辅助运输巷开展了大断面岩巷综合机械化掘进技术的研究。在分析当前施工工艺以及支护中存在问题的基础上,提出了以EBZ320D掘进机和CMM2-25型锚杆钻机为主要设备的综合机械化岩巷掘进作业线。理论分析了锚杆索围岩强度强化理论,结合现场实际情况,设计了以不同长度锚索为主的支护方式。现场应用表明,应用新的综合机械化掘进技术后,巷道变形量小,掘进速度快,施工成本低,经济社会效益显著,应用效果良好。

矿井采煤过程中大断面巷道支护技术研究

煤炭资源是中国重要的能源资源之一,然而在矿井采煤过程中,巨大煤矿的开采和应力变化等因素导致支护不足和大断面巷道变形严重。为了解决这一问题,需要开展更深入、更系统的研究。首先介绍了大断面巷道的特点以及在采煤过程中存在的支护难题,包括巷道变形、支架开裂等问题。然后分析了传统支护方式存在的不足之处,并提出了一种新型支护技术——填充式支护技术。该技术采用填充材料将巷道周围空隙填满,从而增强了支护效果,提高了大断面巷道开采的安全性和可靠性。

乌兰木伦煤矿大断面硐室围岩变形破坏规律及控制

针对煤矿井下巷道大断面硐室的围岩变形破坏问题,以乌兰木伦煤矿井下分选及充填大断面硐室为研究对象,采用相似模拟实验方法,进行单调递增加载和恒定荷载加载单轴压缩实验,对大断面硐室围岩变形破坏规律进行了研究。结果表明:①2种加载方式在压密阶段、弹性变形阶段及微破裂稳定发展阶段破坏演化和变形位移趋势相似。②采用单调递增加载方式的试样裂纹较少但裂纹缝隙较大,试样沿着主裂纹突然发生破断,期间有大量碎屑飞出,试样变形位置主要集中在围岩边界,破坏时释放能量较多,但峰后释放能量持续时间较短。③采用恒定荷载加载方式的试样应力保持不变,应变缓慢增加,期间产生大量微小裂纹,试样变形位置主要围绕在硐室周围,破坏时释放能量较少,但峰后释放能量持续时间较长。依据大断面硐室围岩变形破坏规律,提出了锚杆索支护方案:硐室顶部打长锚索,将顶板和上方坚硬岩石连成整体;在硐室煤岩交界处打倾斜锚杆,将煤岩交界面与周围岩体紧密连接。数值模拟结果表明,支护后围岩应力、位移、塑性区均明显减小,围岩稳定性大幅提高,支护效果良好。

区段煤柱下大断面回采巷道不同成巷方式分析研究

为了探究在区段煤柱下大断面巷道在掘进时受到扰动最小的一种成巷方式,以乌兰色太煤矿掘进52202工作面运输顺槽为研究背景,针对该工作面实际地质资料,通过数值模拟分析了大断面巷道在不同成巷方式条件下的塑性区形态、应力场及位移场分布规律。结果表明,先掘进5.4 m宽正常巷道,后扩帮2 m的成巷方式为最优成巷方式,将其应用于工程实践,为同类型区段煤柱下大断面巷道提供参考依据。

大断面花岗岩公路隧道快速施工工法研究

大断面隧道施工穿越较破碎花岗岩区段时,采用台阶法开挖会造成工序之间相互影响,严重制约了大型机械的作业空间,为此在台阶法基础上提出了便于大型机械施工的快速施工工法,从而提高了施工效率。文章基于某高速公路隧道,通过有限差分软件,对快速施工工法和施工设计的台阶法留核心土开挖进行两榀开挖下的数值模拟对比分析,并结合FISH语言编程和现场监测数据验证了快速施工工法的围岩损伤及可行性。结果表明:快速施工工法与台阶法留核心土开挖相比,会增大隧道拱肩、边墙以及掌子面处的围岩变形;现场施工时要加强对隧道边墙下方和拱脚处的监测;快速施工工法是一种可应用于现场的、安全高效的施工工法。

三软煤层大倾角综采工作面开切眼大断面一次成巷支护技术研究

对于三软煤层大倾角综采工作面的开切眼支架安装采用的均是边扩帮边安装的方法,该方法存在着缺点。大倾角综采工作面开切眼一次成巷支护技术的应用,采用了金属锚网梁加锚索支护,确定了开切眼的支护方案,增加了大倾角工作面开切眼的巷道的围岩稳定性,确保了支架的顺利安装,实现了预期的支护效果。对于三软煤层大倾角综采工作面安装传统采用“边扩帮边安装方式”尤其是大倾角工作面的安装更增加了安装难度。与一次性安装存在以下缺点:安装较慢,安装和扩帮相互交叉,且扩帮的煤渣被下部的支架遮挡不易出渣,扩帮放炮存在崩坏已安装好的支架。为解决该难题,特进行了三软煤层大倾角综采工作面开切眼大断面一次成巷技术的研究。

硬梁包水电站方变圆大断面隧洞开挖技术

硬梁包水电站引水隧洞进口方变圆大断面洞室开挖通过先进行安全治理、锁口支护、超前预支护等措施后再进入洞段施工,先进行导洞开挖,再利用导洞开挖取得的技术参数和其所揭示的实际地质情况完成扩挖和分段分层开挖,施工时大量采用光爆和预裂爆破技术与工艺,抓住质量关键并严格过程控制,有效地保证了工程控制目标,效果明显,所取得的经验可为类似工程施工借鉴。

波纹钢板套衬加固大断面隧道衬砌力学性能

采用有限元软件建立了江西省某座大断面隧道地层-结构数值计算模型,对波纹钢板套衬加固隧道衬砌的力学性能进行研究。结果表明:波纹钢板套衬分担了部分围岩压力,隧道衬砌的应力出现重分布;波纹钢板套衬与既有衬砌组合结构的承载力随着锚栓数量的增加而增强,建议拱顶至拱肩区间的锚栓间距为2~3 m、拱肩至拱脚位置锚栓间距为1 m;既有衬砌和波纹钢板套衬对围岩压力的承担比呈负相关;考虑经济性和波纹钢板厚度对锚栓受力的影响,建议波纹钢板厚度不超过6 mm。

大断面半煤岩巷道变形破坏机理研究及控制技术

针对大断面半煤岩巷道围岩变形控制难题,以小保当煤矿一号井大断面半煤岩巷道为研究背景,测试了巷道围岩岩层分布、围岩地应力分布及裂隙发育,分析了巷道围岩的变形破坏演化特征。通过实验室试验以及数值模拟分析了半煤岩组合体力学性能及其变形破坏形态,揭示了强度较低的煤体最先在煤岩交界面发生破裂、滑移,变形不断向深部延伸,随着煤岩体完整性及强度的持续弱化,造成巷帮由下而上的非均匀渐进性失稳破坏,揭示了提高大断面半煤岩巷道围岩稳定性的关键在于控制煤岩交界面非协调变形。基于此提出了采用高预应力锚杆支护与薄弱区域加强支护的变形控制思路,制定了小保当一号井大断面巷道半煤岩巷道围岩变形控制方案,并开展了井下工业试验,取得了较好的应用效果,在监测期内巷道顶板的位移量为28 mm,两帮的位移量为80 mm,底板的位移量为43 mm,随后围岩变形趋于稳定,巷帮煤岩交界处的变形控制效果显著,表明采用该方案可有效控制大断面半煤岩巷围岩变形。

大断面浅埋隧道地表沉降Peck修正公式及其应用

针对经典Peck公式未考虑隧道断面形状、埋深对大断面浅埋隧道地表沉降影响的不足,考虑断面形状与隧道埋深修正系数改进Peck公式。利用白塔山隧道地表沉降实测数据对修正公式进行验证,两个监测断面预测值与实测值平均相对误差8.3%,最大相对误差18.4%。进而采用修正Peck公式对不同断面形状、不同埋深隧道开挖引起的地表沉降进行预测。结果表明:地表最大沉降与断面形状修正系数成正相关,地表最大沉降依次为矩形-1(Ⅰ)>马蹄形-1(Ⅱ)>圆形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>马蹄形-2(Ⅳ);随着大断面浅埋隧道埋深增加,地表最大沉降减小而地表沉降槽宽度相应增大。地表沉降曲线形态由窄而深过渡到宽而浅,地表核心沉降区面积也逐渐减小。研究成果可为类似工程提供理论支持和技术参考。

厚煤层大断面沿空巷道变形破坏机理及控制技术

针对沿空巷道受多次采动叠加影响极易发生变形失稳破坏的难题,以某矿1505W工作面厚煤层综放开采工作面为研究背景,综合采用理论分析、现场实测、数值模拟等多种研究方法探讨分析了沿空巷道围岩失稳破坏机制,并提出了围岩“浅部、深部、表层”控制方案。现场试验结果表明,提出的控制方案能够使巷道浅、深部围岩形成统一的整体,有效抑制了沿空巷道围岩变形,提高了巷道的稳定性。

大断面斋堂隧道爆破近区围岩损伤研究

爆破荷载作用下隧道爆破近区围岩损伤特性研究较少.以斋堂隧道为工程背景,通过现场声波测试和数值模拟的方法,研究了隧道围岩损伤效应及毫秒延期爆破中不同段炮孔对围岩损伤的影响.研究结果表明:隧道围岩损伤范围约为2.4 m,隧道围岩累积损伤由爆炸冲击损伤和爆破振动损伤两部分组成.隧道保留岩体根据损伤分布特征情况可划分为4个不同区域,即严重破坏区、强扰动区、弱扰动区和未扰动区.其中,严重破坏区和强扰动区主要受崩落孔VI和周边孔影响;弱扰动区中的“带状损伤”则是各个段位炮孔综合作用的结果.

高应力大断面巷道围岩注浆加固机理及其应用

为解决高应力大断面巷道服务期间变形严重的问题,利用莫尔-库仑准则和力学平衡原理,开展巷道松动圈注浆加固机理和力学模型分析,采用FLAC3D仿真计算软件对4种不同支护形式进行数值模拟,研究不同支护状态下巷道变形演化规律,并开展现场工程实践。研究结果表明:增加承载层的长度可以有效提高巷道围岩的稳定性,注浆加固可黏合破碎岩体,形成骨架结构;分层掘进可减小巷道围岩自由面,从而减缓应力释放速度;滞后注浆可在应力基本释放后对破碎岩体进行最大程度的黏合加固,加固后的松动圈形成整体结构后配合锚杆索支护,能够有效减少围岩破坏以及塑性区发育。实践证明:采用“分层掘进+滞后注浆+锚索补强”支护方案后,掘进期间,顶底板最大移近量约为50 mm,两帮最大移近量约为140 mm,底鼓量约为75 mm;5303工作面回采期间,顶底板最大移近量约为125 mm,两帮最大移近量约为350 mm,底鼓量约为173 mm,虽然回采期间巷道变形量较大,但整体变形可控,能满足深部大断面巷道支护要求。“分层掘进+滞后注浆+锚索补强”支护方案能够有效解决高应力大断面巷道严重变形问题,可在类似地质条件的矿井推广。