基于围岩应力状态的超大断面隧道深浅埋判定研究

随着目前公路隧道跨度越来越大,而超大跨扁平隧道由于其特殊的形状,使得拱部受力较上圆形隧道更为不利且开挖的影响范围也更大,因此现有深浅埋分界方法的适用性尚需考证。研究采用数值计算与经验公式方法,对比不同跨度、不同围岩级别下超大跨扁平隧道的深浅埋分界,得到适用于此工程的判定方法,同时确定其深浅埋分界范围。研究结果表明:1)主应力旋转轴理论与规范经验法相互补充、相互验证,具有着一定的可操作性,大跨扁平隧道深浅埋分界的判定应结合2种方法综合得到;2)当隧道跨度在19 m左右时,Ⅲ级围岩深浅埋分界值为6 m,Ⅳ级围岩深浅埋分界值为14 m,Ⅴ级围岩深浅埋分界值为34 m。

深部巷道大断面交叉点联合支护技术研究

针对深部大断面巷道支护易发生失稳的难题,以唐山矿-1100中央轨道山下车场大断面交叉点为工程背景,开展工程地质调查及巷道变形情况分析,提出锚喷+锚注联合支护方案,并运用FLAC3D数值模拟分析支护方案改进前、后巷道变形情况。结果表明,常规锚网喷支护下大断面巷道顶板下沉和帮部位移量较大,巷道不能实现自稳;锚喷+锚注联合支护下巷道变形量大幅降低,巷道基本实现自稳。将该方案应用于工程实践,锚喷+锚注联合支护技术能够有效控制深部大断面巷道变形,顶板下沉量较原支护降低了78.8%,帮部位移量降低了54.8%,为同类工程背景提供可靠的技术参考。

超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面尺寸及应力峰值转移机制

在超大埋深软岩隧道中,通常地应力较高,且围岩软弱破碎,在施工过程中不可避免地会出现大变形现象,造成支护结构失效破坏。采用超前中导洞应力释放技术提前释放地应力,可以改善支护结构的受力状态,减小隧道变形量,保证支护结构的安全。依托丽香线哈巴雪山大变形隧道,采用文献调研、数值模拟及现场监测等手段对超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面大小进行研究,分析了中导洞不同断面大小工况下应力释放效果,最终确定中导洞合理断面大小。研究结果表明,超前中导洞断面为正洞断面面积的0.6倍时,应力释放效果较为理想,相比直接开挖正洞,采用合理超前中导洞断面时,正洞拱顶沉降及上、下台阶水平收敛值分别减小28.2%、27.64%和26.71%,且围岩中切向应力峰值向围岩深部转移了约4 m,同时,应力峰值数值有所减小,减小约5.04%。研究成果可为类似大变形隧道工程提供参考与借鉴。

香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。

超深超大断面立井井筒金属模板模块化设计加工工艺

近几十年来,金属模板(以下简称“钢模”)的推广和发展是立井施工机械化程度提高的主要标志之一,笨重的木模已被经济、耐用的钢模所取代。随着立井向超深超大断面方向施工发展,井筒立模用钢模强度和脱模可靠性也随之迎来很大挑战。基于公司中标承建国内某金属矿山超深超大断面副井项目,我们探究出钢模模块化设计加工工艺并取得良好效果,较传统加工工艺工期由90天缩至60天,实现了井壁浇砼快速施工,工程质量优良。

市政道路深埋大断面雨水箱涵降水施工技术

研究旨在探讨市政道路中深埋大断面雨水箱涵的降水施工技术。通过实地研究、数据分析以及技术应用,详细论述了降水方案的设计与优化、井点布置与设备安装、降水井施工与成井、降水效果监测与调整、箱涵开挖与支护、降水井维护与拆除以及后期处理等关键技术环节。研究结果显示,科学合理的降水施工技术能够有效保障市政道路深埋大断面雨水箱涵的施工质量和安全,同时为类似工程提供技术参考。

煤矿深部采空区大断面硐室围岩控制技术研究

针对排水系统硐室需在采空区下方开挖的问题,以晋圣永安宏泰煤业2301^(上)工作面开采布置及开挖系统、水文地质、实际涌水量等生产地质条件为研究背景,研究得到在2301^(上)采空区底板大范围卸压区内布置硐室可有效改善硐室围岩基本应力环境。分析了消除或减弱深部高应力及岩体流变特性对围岩持续大变形的影响,并针对采空区下大断面硐室围岩控制难题,提出了采用强力锚杆(索)支护、厚壁钢筋混凝土墙浇筑、墙后全断面调压注浆的综合控制技术。研究结果表明,该技术实现了深采空区下大断面硐室支护后不翻修的长期有效控制,丰富了深部巷道围岩控制理论与技术。

某软土地区大断面矩形顶管隧道人行横通道深基坑支护设计研究

人行横通道是设置于双线长隧道之间,用于人员逃生的重要通道,通常采用矿山法、机械法或冻结法施工,施工难度大、风险高。以上海市祁连山路大断面矩形顶管隧道人行横通道为背景工程,对采用常规明挖法施工的深基坑支护设计方案进行研究。基坑围护采用钻孔灌注桩结合双排高压旋喷桩止水帷幕,邻近顶管侧采用MJS隔离加固措施并兼做止水,坑底采用高压旋喷桩满堂加固。采用GTS NX有限元软件模拟基坑开挖过程,并结合监测数据,分析基坑开挖对顶管的影响。研究结果表明:工程所采用的围护方案安全可靠,对顶管的影响可控。顶管的变形趋势为向基坑侧偏移且竖向上抬,顶管水平变形、水平及竖向收敛较小,但上抬变形较大,建议采取临时压重措施。研究成果可为今后类似横通道工程的实施提供参考和借鉴。

万福矿深埋大断面T型交叉点高预应力NPR支护机制及应用

为解决深部大断面软岩巷道交叉点大变形问题,以万福煤矿千米深井巷道交叉点为工程实例,首次在巷道支护中运用微观负泊松比(negative Poisson’s ration,NPR)钢锚索。采用室内试验、理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法,分析了深埋巷道交叉点的围岩变形机制,提出了以微观NPR钢锚索为核心的控制对策。通过室内静力拉伸试验对微观NPR钢锚索的力学特性进行研究,结果表明,微观NPR钢锚索拉伸全过程表现为高恒阻,均匀拉伸,无屈服平台,破断时无明显颈缩现象。通过理论推导,基于T型巷道交叉点围岩最大影响范围,建立微观NPR钢锚索支护T型巷道交叉口最大影响范围计算模型。通过数值模拟,再现T型巷道交叉口的破坏演化过程,分析对比普通支护/微观NPR钢锚索支护效果。现场开展支护应用试验与监测,验证了长短微观NPR钢锚索联合支护对策具有良好的交叉口围岩大变形控制效果,为交叉口围岩安全稳定控制提供了新支护材料和支护手段。

双地铁车站间复杂内支撑体系下深大基坑设计要点与分析

以深圳地区某南北双向紧贴地铁站的深大基坑工程为实例,针对该工程周边环境复杂,基坑开挖面积超大,开挖深度超深,基坑内支撑体系复杂等特点,在设计阶段运用MIDAS/GTS建立基坑-地铁车站-区间隧道的三维有限元数值分析模型,通过施工阶段分析,模拟了施工过程中开挖卸载引起的支护结构及相邻土体的位移,分析验证了支护结构体系的安全性,并评估了基坑开挖过程对地铁车站及区间隧道的影响。通过数值分析找出支护结构及周边地铁设施的薄弱环节,并提出针对性的设计加强措施,确保支护与紧邻地铁设施的安全。实测数据表明,基坑支护结构在基坑开挖施工、运营期间处于稳定状态。

深部软岩大断面巷道大变形控制技术研究

深部软岩大断面巷道的变形控制一直是煤矿开采中的一个难题。为解决深部软岩大断面巷道大变形的问题,以神木大柳塔东川矿业南一石门为工程实例,通过现场监测及声波试验研究了巷道的变形破坏特点和破坏范围。基于原支护方案及分析成果,提出了“锚杆+注浆锚索+钢筋网+喷射混凝土+注浆管”的优化支护方案,数值模拟得出,采用优化支护方案相比原支护方案围岩塑性区破坏范围减小了约65%,验证了该方案的可行性。同时在新掘巷道进行了现场试验,巷道顶底板最大移近量为122 mm,两帮最大收敛量为115 mm,双孔声波法测试结果可得注浆浆液有效填充了巷道围岩裂缝,提高巷道围岩强度,实现了对巷道的稳定性控制,取得了良好的支护效果。

轨道交通大断面深埋隧道施工工法——扩大拱脚台阶法

为适应轨道交通建设的新环境、新形势,结合重庆主城区地形地貌、地质条件和轨道交通车站特点,提出一种新的大断面深埋轨道交通车站隧道的施工工法——扩大拱脚台阶法。该工法以新奥法为基本理论依据,充分发挥围岩的自稳能力和开挖面的空间约束作用,通过初支大拱脚的设置,将拱部荷载传递至拱脚围岩,从而提高拱部初期支护的承载能力和稳定性。同时,通过分台阶分步开挖,能够为大断面隧道开挖提供充足的施工作业空间,有效提高隧道的施工工效,节约工程投资、缩短工期。以重庆轨道交通9号线红岩村站为例,对该工法与双侧壁导坑法进行对比分析。通过理论计算分析,可以得出扩大拱脚台阶法对围岩的扰动更小,更有利于对围岩的保护和变形控制,工程风险更加可控。

深部软岩大断面硐室围岩稳定性控制技术研究

深部煤炭资源是现代煤矿资源开采的一项重点研究对象。从开采角度入手开展相应分析作业,岩石特性与应力情况十分复杂;与此同时,为实现智能化和节约化生产,很多超大断面硐室群都要在井下布置,且分布比较密集,在复杂的环境影响下,极易产生围岩变形失稳问题,威胁到的硐室安全。现针对深部软岩大断面硐室围岩稳定性控制相关内容,展开具体的论述,提出稳定性控制的策略。

强侧向支承应力回采巷道支护方案设计及应用

针对某矿3304运输巷道在面临强侧向支承应力时的支护难题,综合运用现场调研、文献检索、理论分析等研究方法,探析3304运输巷的围岩变形特点及支护方案优化重点,设计了一套“浅-深”部锚杆-锚索协同支护方案,并成功进行了工程实践。矿压实测结果表明,该支护方案实施后,巷道顶板最大下沉量控制在150 mm,煤柱帮最大变形量控制在110 mm,实体煤帮变形量控制在65 mm,底板最大鼓起量控制在30 mm。围岩发生一定程度变形,但整体控制效果较好,保障了巷道有效支护及使用。

金属矿山超千米深TBM主机组装硐室破坏形式分析与支护设计研究

针对某金属矿山超千米深TBM大断面主机组装硐室的支护问题,采用现场调查、室内试验、理论分析等方法,综合考虑深部地应力情况,研究大硐室破坏形式,基于Q系统法及抛物线拱法,提出硐室支护方式及支护参数,最后运用数值模拟方法验证支护效果。结果表明:TBM主机组装硐室破坏形式为楔形体冒顶破坏,潜在破坏区域在硐室拱顶4.2 m范围内,计算Q值1.84,提出锚杆+网片+喷砼+长锚索的支护方式及其参数;数值计算表明,支护后,巷道临空面最大位移约为3 cm,顶板与两帮剪切破坏与拉伸破坏均在锚索控制范围内,锚索未发生破坏,支护效果良好;方法充分结合现场围岩情况、深部地应力条件与硐室破坏形式,适用于金属矿深部大断面硐室支护设计。

深部大断面岩巷过围岩破碎带支护设计优化的研究与应用

为解决陈四楼煤矿深部大断面岩巷掘进过程中遇到围岩破碎带支护困难问题,采用理论计算方法确定了支护优化方案,对破碎带巷道采用“锚网索”、架设36U型钢棚、壁后充填注浆等“主动+被动”联合支护,以实现支架与围岩的耦合支护,提高围岩的承载能力。根据后期矿压观测,该段巷道变形量均控制在100 mm内,达到了设计优化目的。

大直径超深竖井基岩段中深孔爆破参数优化及应用

千米级超深竖井具有地应力大、地层岩温高、穿越地层条件复杂等特点,使得竖井钻爆掘进凿岩成孔难、炮孔利用率低、井壁成形质量差。为了解决高应力坚硬围岩下竖井快速钻爆问题,结合山东某金矿超深竖井基岩段钻爆掘进,通过对起爆方式、雷管类型、炮孔设计等爆破设计参数进行分析和研究,提出了适用于大直径超深竖井基岩段中深孔爆破的参数。现场实践表明,优化爆破设计参数较好地解决了竖井轮廓成形、破碎块度、超欠挖工况等问题,实现了大直径超深竖井的快速掘进。

深部高应力区大断面切眼支护技术研究

以2-105工作面为工程背景,设计提出锚网索喷+注浆联合支护技术,有效控制切眼围岩结构产生的变形问题,并且在开采工作现场进行有效应用。通过最终的结果分析可以看出,在大断面切眼掘进工作当中,通过锚网索喷射和注浆工作方法,可以全面提高切眼围岩结构的强度和承载能力,保证矿井的安全回采。

温度变化对组合型钢支撑伺服系统的影响

针对深大基坑的低变形控制要求,组合型钢支撑技术发展日益成熟。钢支撑通常会施加预应力,但预应力易受外界影响导致预应力损失,有一定安全风险。因此伺服系统技术应运而生,通过伺服系统微电脑的轴力实时监测系统,可有效了解组合型钢支撑受温度影响而产生的轴力变化,进而为设计提供参考,对冬季组合型钢支撑的安全和伺服系统的合理应用有重要作用。

大断面超深竖井机械化施工装备配套研究

思山岭铁矿副井工程设计净直径10 m,深度1 503.9 m,属大断面超深竖井。为提升该竖井施工机械化程度与施工效率,使施工装备配套更为合理,通过计算确定了提升系统布置方案,并对其他施工设备进行了合理选型,建立了大断面超深竖井井筒机械化施工装备配套体系,极大地提高了施工机械化程度与施工效率,为今后更深竖井的机械化施工装备配套提供借鉴。