高水压高应力岩石声波时域传播特性试验研究

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中,水压力和地应力共同控制着岩石的物理力学特性,研究高水压和高应力对岩石声波传播的影响特性,有利于揭示深部岩体工程开挖时围岩损伤演化、动态力学响应以及水压力和地应力的反演。基于自主研发的高水压高应力岩石声波测试系统,设置多组水压力和轴向静应力等级用于模拟地下水压力和地应力环境,对红砂岩和石灰岩进行声波传播试验。选取岩石声波首波波形,研究岩石声波波速、首波幅值和能量随水压力和轴向静应力的变化关系,构建岩石声学参数的演化经验模型。研究结果表明,当承受的轴向静应力确定时,红砂岩声波波速随水压力的增大呈先上升后下降的变化趋势,2者呈良好高斯函数关系,石灰岩声波波速随水压力的增加先快速升高后缓慢降低。当承受的水压力确定时,2种岩石声波波速随轴向静应力的增大均呈先增加后减小的变化趋势,红砂岩声波波速与轴向静应力呈高斯函数关系,且红砂岩声波波速变化显著,石灰岩变化较小。确定轴向静应力工况下,红砂岩首波幅值和能量随水压力的增加先平缓发展后快速降低,首波幅值与水压力呈指数函数的变化关系;石灰岩首波幅值和能量随水压力的增加先快速增加后平稳发展或略有降低。确定水压力工况下,红砂岩首波幅值和能量随轴向静应力的增加先升高后下降;石灰岩首波幅值和能量随轴向静应力的增大先快速上升后急剧减小。研究成果对深部高水压环境下岩体工程开挖围岩赋存状态表征、应力波传播以及邻近结构的稳定性分析提供理论基础。

高水压复合地层顶管工程触变泥浆配比研究

触变泥浆减阻技术是长距离顶管工程的关键环节,内蒙古引绰济辽蛟流河顶管作为目前国内土-岩复合地层条件下大口径最长距离钢筋混凝土顶管工程,以此为例介绍了机械顶管穿越不同地质条件时对触变泥浆配比进行针对性的优化设计,可减少高水压地质条件下触变泥浆沿地层裂隙的流失量,有利于泥浆套的稳定,保证了背景工程的顺利实施,可为类似工程提供借鉴。

高水压地层顶管出洞止水环漏浆处理技术研究

在长距离顶管施工过程中,始发洞门可能因长期受地下水压过高、钢套环承压变形、止水胶圈长期受拉应力而失效等原因出现洞门漏浆、漏水问题,从而造成顶力陡增现象,随着顶进距离的不断增加,会出现顶不动的严重后果。为了解决高水压地层顶管出洞洞门止水环漏浆这一技术难题,笔者依托内蒙古引绰济辽工程实例分析了洞门止水环漏浆原因,介绍了一种高水压地层条件下顶管始发洞门止水环漏浆处理方法及关键技术,为类似工程提供借鉴。

高水压滤水器联动减压排污自动控制流程设计

四川省什邡市八角水库供水工程的高水头自动减压供水站采用液控三偏心金属硬质密封蝶阀作为高水压滤水器自动排污时的联动减压控制阀,实现了自动控制高水压滤水器排污水流的流速,同时保证了高水压滤水器安全可靠地排污。文章阐述了利用滤水器进水侧液控蝶阀联动控制减压来实现高水压滤水器自动排污的控制流程设计,供同行参考。

基于高水压射流的盾构泥饼切割试验研究

为解决高水压射流清理泥饼布置方式无依据等问题,研制泥饼压制设备和高水压射流装置,并以强风化泥质粉砂岩作为试验材料,开展高水压射流切割泥饼试验,研究射流压力、流量、传输介质等参数对泥饼切割宽度和深度的影响。主要结论有:1)随着冲刷距离的增大,泥饼切割宽度先增大然后逐渐减小至0,而切割深度则逐渐减小;2)射流压力相同的情况下,当流量从49.1 L/min增大至110.0 L/min时,高水压射流对泥饼的切割宽度增大,当流量从110.0 L/min增加至202.8 L/min时,切割宽度反而减小,切割深度则随着流量的增加而增大;3)射流流量相同的情况下,水压力越大,则切割宽度和深度也越大;4)在水中进行泥饼切割时,高水压射流对泥饼的作用以冲刷为主,难以产生有效的切割。

基于双粘型防水材料的高水压隧道新型堵水限排方案及设计方法

为解决高水压隧道渗漏水病害并减少治理成本,基于双粘型喷膜防水材料,提出一种由注浆加固圈、双粘型防排水系统和防水衬砌3部分组成的新型堵水限排方案。依托数值计算方法,揭示该方案的水压分布特征并论证其有效性,进而分析注浆圈及排水板各参数对隧道涌水量及衬砌水压力的影响规律;在此基础上,提出高水压隧道多级控制型限排方案的设计方法。研究结果表明:1)新型堵水限排方案可通过调节注浆圈及排水板参数使二次衬砌水压力降低到可接受范围;2)与传统高水压隧道主要依靠注浆圈来调节渗水量及衬砌水压力不同,新型限排方案可采用注浆圈+排水板多级调控方法,方案设计更加灵活,其中注浆圈占主导作用;3)注浆圈对降低隧道渗水量及衬砌外水压力均有利,其中渗透系数参数最为重要;4)仅当注浆圈渗透系数得到保障时,才存在合理的排水板间距使衬砌水压力与隧道渗水量控制在合理范围内。

超大直径土压平衡盾构穿越高水压砂性地层土体改良技术研究

超大直径土压平衡盾构全断面穿越砂性地层时,会面临盾构推力及扭矩增大、土仓压力及螺旋机压力不稳、螺旋机喷涌导致开挖面失稳等风险,需要对开挖面土体进行改良。选取泡沫剂作为土体改良材料,通过试验揭示了泡沫剂不同发泡浓度、发泡率与泡沫寿命的关系,并且测定了改良后土体的物理及力学特性,建立了基于发泡材料的改良土体控制方法,形成了高风险开挖面土体改良技术,有效降低了高水压砂性地层盾构穿越施工风险,为同类型施工提供了技术参考。

极高水压下微裂隙竖井井底车场硐室堵水注浆施工关键技术——以大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井为例

为有效解决极高水压下微裂隙狭小硐室安全掘进中突水淹井的施工难题,依托大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井井底车场硐室超前堵水施工,针对竖井极高水压(7.6 MPa),地层蒙脱石含量高、可注性差,井底排水能力有限,注浆堵水难度大、要求高等特点,在钻注设备选型配套和设备拆卸吊装、极高水压防突措施、超前堵水启动和结束标准制定等方面进行现场试验研究与应用,得出以下结论:1)提出极高水压下微裂隙深大竖井井底车场超前堵水注浆“合理步距、封堵水流;由外到内、环环相扣;间隔跳孔、锁定水源;增加补孔、局部加强”的原则;2)定制大功率窄体履带式液压钻机并配置无级变速超高压低流量双液泵,满足狭小空间钻机反复拆、吊快速安全施工;3)采用溶液型的改性脲醛树脂,以2~3倍静水压力作为注浆终压,有效解决了地层可注性差的问题,达到了较好的堵水效果;4)通过原位压水试验预测前方涌水量并结合井内实际抽排能力,明确“以堵为主、限量排放”的治水原则,利用钻孔压水试验计算渗透系数并以此来制定超前注浆启动标准,以达到注浆效果的渗透系数确定堵水结束标准;5)确定注浆最优循环长度为25 m,综合施工效率达到最高。

高水压盾构滚刀用橡胶套管的自适应平衡特性研究

为保持滚刀浮动密封的有效性,滚刀内外压力差需要控制在0.3 MPa内,而工作环境水压可以达到1.4 MPa,因此需要设计自适应压力平衡结构降低滚刀内外压差。常规的活塞式平衡阀经常由于高压环境下的岩渣堵塞或者O型圈动密封快速磨损导致滚刀浮动密封失效。因此针对高水压环境下滚刀内外压力自动可靠平衡问题,设计了自适应平衡橡胶套管:通过气囊变形响应外界压力变化,实现滚刀内介质对于外界压力变化的动态跟随功能。首先,采用理论分析的方法研究橡胶套管自适应平衡机制,并基于仿真与理论分析相结合的方式给出自适应平衡橡胶套管性能评估方法;其次,通过套管参数的敏感性分析给出优选的结构参数、试制等径式橡胶套管,并进行压力跟随试验,发现输入压力为0~0.6 MPa时,内外压差为0.12 MPa;最后,将试制橡胶套管应用在盾构滚刀项目中,滚刀运行状况良好。

复杂条件下高水压超大直径盾构出仓清障施工技术研究

上海某在建市域铁路超大直径盾构穿越既有运营轨道交通线路时,盾构掘进前方突遇障碍物。在确保既有轨交正常运营的前提下,通过采取制作高黏度泥膜稳定开挖面、合理设定压力与液位等技术措施,克服埋深大、高水压、强渗透等不利条件,实现在已扰动地层中高水压出仓,完成障碍物清理,为以后类似工程施工提供了参考经验。

高水压地层盾构隧道管片内力计算方法分析

即使盾构法已成为国内外地下工程中重要的掘进工法,但由于地层岩土体的复杂性质,盾构隧道计算方法的适用性仍需探讨。以深江铁路珠江口隧道为研究对象,对比常用的修正惯用法和多铰圆环法对应的管片受荷内力受荷结果特征差异,并分析不同水压力环境对管片轴力、弯矩的影响及发展过程。结果表明:不同计算结果差异较大,修正惯用法计算结果普遍高于多铰圆环法;随着水压的增加,管片结构所受轴力增大,同时弯矩也有一定提高,但相对而言增长幅度小于轴力;而不同计算模型的结果对高水压荷载的响应存在差异;多铰圆环法的轴力对于高水压环境更为敏感;随着外环境水压的增加,管片受力以整体受压为主,同时拱脚处出现较大负弯矩,拱肩处的负弯矩区范围也减少。相关研究成果可为高水压地层盾构隧道管片设计提供参考。

高水压矿井地面区域治理防治水设计

根据《煤矿防治水细则》要求,拟采用地面区域水害治理技术,对该工程治理范围内的巷道底板L8灰岩含水层实施超前探查、注浆加固。重点查明L8灰岩含水层的富水性及落差5m以上断层发育情况。通过地面高压注浆,将受注含水层改造成隔水层或弱含水层,加固断层,封堵断层裂隙通道,提高巷道底板一定厚度范围内岩层整体完整性,增加巷道底板与L8灰岩间隔水层的岩层抗压强度,提高抗水压的能力,降低巷道掘进期间水害威胁程度,保证巷道安全掘进。

高水压地区深基坑灌注桩锚杆支护效能分析

结合南山区高水压地区超高层建筑项目实例,分析了大直径灌注桩结合锚杆支护技术的施工工艺与效能。项目成功应对了高水压和复杂地质条件带来的挑战,确保了工程的安全性与稳定性。通过采用现代化施工技术和高效的项目管理,显著提升了施工效率,在成本效益上也表现优异,最小化了对周边生态的影响。该研究为类似高水压地区的深基坑建设提供了实践经验和理论支持。

高水压TBM隧道管片泄水方案研究

针对某TBM隧道所遇到的大埋深高水头问题,提出了径向注浆堵水、仰拱对称泄水与深孔泄水3种方案,降低管片衬砌所承受的水压力,并借助理论计算与数值模拟手段对3种方案的泄水效果进行了评估,主要结论如下:(1)此种工况下,仅依靠管片与防水密封垫的防护能力不能满足隧道安全性要求;(2)采用径向注浆堵水方案可以有效降低水压。当注浆层厚度大于6 m时满足设计要求。此种方案对围岩的水压力分布没有影响,减小了隧道开挖对围岩应力场的影响,保证了围岩的稳定性;(3)采用仰拱对称泄水方案时,需要在注浆层和管片之间施作一层薄透水层,以便让水能充分汇集到泄水孔位置;(4)采用深孔泄水方案时,每环管片泄水孔数量为6个,并且泄水管超出管片外表面1.2 m时,能够满足管片的泄水要求。此种方案整环管片的降水效果更加均匀,结构安全系数更高。

高水压隧道衬砌破坏模式及优化措施研究

富水岩溶地区的运营隧道现状显示高水压作用下二次衬砌可能发生开裂渗水、甚至破坏涌水等问题。为了探究隧道在高水压作用下的受力及破坏模式,利用abaqus建立隧道衬砌及地层非线性弹簧三维有限元模型,模拟了衬砌结构在高水压力作用下的变形及破坏过程。模拟结果表明,隧道结构拱肩处溶洞水压会导致拱肩内侧混凝土及拱脚外侧混凝土出现受拉破坏,产生纵向裂缝。结合隧道衬砌的破坏模式,进而提出了隧道抗水压衬砌的优化措施,并通过数值模拟分析证明了优化措施的有效性。研究成果可为岩溶区高水压隧道衬砌的优化设计提供理论基础。

高水压矿山井下防水闸门硐室设计探讨

随着矿山开采深度的不断增加,高水压给矿山生产带来巨大的挑战,高水压防水闸门在工程中将越来越普遍,井下防水闸门作为防止透水事故的重要安全设施,被越来越多的企业重视并应用于生产。本文以7.5 MPa防水闸门硐室设计为例,进行了结构设计,泄水方式选择等问题的探讨,为后续相似工程积累了经验。

高水压条件下地下空间施工技术挑战与对策

随着城市地下空间的大规模开发利用,高水压条件下的地下空间施工技术面临着前所未有的挑战。本文以某地下空间施工项目为例,深入分析了在高水压条件下进行施工的技术难题和应对策略。着重介绍了创新技术在高水压条件下地下空间施工中的具体应用,包括深层次预应力锚杆技术、微型高压喷射注浆技术、自适应排水系统设计以及智能监测与控制技术等,展示了这些技术如何有效应对高水压条件下的施工难题。通过总结高水压条件下地下空间施工的关键技术挑战与解决策略,可为类似工程提供参考和借鉴。

高水压对岩石动态能量耗散和破坏特性的影响

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中,极易引发涌突水等事故,严重影响地下工程的安全稳定性。为研究水压力与地应力对岩石能量耗散和破坏特性的影响,笔者利用自主研发的高水压高地应力岩石动力学试验系统,设置多组水压力和轴向静应力用于模拟地下水压力和地应力环境,对岩石进行冲击试验。基于试验得到的入射波、反射波与透射波计算岩石的耗散能,研究岩石能量耗散率与水压力与轴向静应力的关系。对冲击后的岩石试件进行筛分,计算其质量分形维数,用于表征岩石试件的破坏程度,研究水压力和轴向静应力对岩石分形维数的影响规律。改进孔隙裂纹扩展模型,研究岩石微裂纹扩展的变化规律,探索水压力与轴向静应力对岩石破坏特性的影响机理。结果表明,岩石能量耗散率随水压力的增大呈现先上升后下降的变化趋势,表明水压力对岩石能量吸收起到先促进后抑制的作用。能量耗散率随轴向静应力的增大持续增加,表明轴向静应力有利于增强岩石的能量利用率。相同轴向静应力工况下,岩石的质量分形维数随水压力的增加逐渐减小,即其破坏程度不断降低;相同水压力情况下,质量分形维数随轴向静应力的增加逐渐增大,即其破坏程度逐渐提高。改进的孔隙裂纹扩展模型可以直观表征水压力对微裂纹扩展的影响;水压力的增加抑制岩石动态微裂纹的扩展,降低岩石的宏观破坏程度。

冲积层高水压含水体下工作面突水溃砂机理分析

冲积层砂砾含水层导致的工作面的突水溃砂事故,对人员安全和设备有重大威胁。赵固一矿大多数薄基岩工作面在留设防砂安全煤(岩)柱的条件下可实现安全开采,但在特殊水文地质条件下仍有工作面发生突水溃砂事故。在分析归纳多起突水溃砂事故的基础上,总结了防砂煤(岩)柱失稳的主要类型,认识了特殊水文地质条件下事故的形成原因,查明了突水溃砂的形成机理。研究结果表明:工作面出现压架事故,顶板岩层持续抽冒造成超限开采,导水裂缝带波及砂砾高水压“天窗区”是致灾的关键因素。建议采取加强顶板管理,论证支架支承力适用性,适当留设保护煤柱,加强冲积层探测,针对性调整采动影响等预防技术措施。研究结果对我国类似条件的工作面安全开采具有借鉴价值。

高水压隧道盾构管片不同拼装方式力学性能分析

水下隧道修建时,盾构管片承受着巨大水土压力,设计施工面临着重大技术难题。为此,针对江苏江阴长江水下隧道最大水压断面,分别使用修正惯用法与梁-弹簧法建立管片衬砌模型,通过调整封顶块位置与错缝角度研究了高水压下不同拼装方式对管片力学性能的影响。结果表明:修正惯用法计算结果变化平滑,而梁-弹簧法计算结果分布趋势则受接头影响,在接头位置会产生较大突变;管片力学性能受封顶块位置与错缝角度影响较大,随着错缝角度的增加,管片最大轴力、最大弯矩与最大位移以标准块圆心角度数为周期,呈周期性变化。施工过程中,为了防止产生较大位移,应尽量避免前后环管片接缝重合。研究结果可为高水压盾构隧道管片的拼装方式设计提供参考。