近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

大断面切眼一次成巷施工工艺优化与应用

随着井工煤矿开采深度逐渐增加,井下巷道及采掘工作面受地应力的影响越来越大,导致巷道支护难度增大。顺和煤矿针对大埋深高应力下巷道支护难的问题,通过优化施工工序以及增加支护强度,采取高强应力锚杆+W钢带+单体柱与π型梁搭配联合支护的方法,实现了综采工作面切眼大断面一次成巷,成功解决了大埋深高应力巷道支护和快速掘进问题。

复合顶板大断面开切眼锚网索支护技术研究

为解决复合顶板大断面开切眼支护难题,根据王家岭煤矿20106工作面大断面开切眼的地质条件,通过物理模拟试验分析了复合顶板大断面开切眼围岩变形破坏特征,结果表明:大断面复合顶板开切眼顶底角及顶板易变形破坏,开切眼扩帮期间围岩变形破坏明显超过掘巷期间围岩变形,提出了具有针对性的围岩控制对策,确定工作面开切眼采用"二次成巷+锚网索+单体液压支柱"联合支护方式,现场工程实践结果显示,开切眼最大离层量为9 mm,最大断面收缩率为6.6%,支护方案较好地控制了大断面开切眼的围岩变形。

沟槽式高填拱形明洞力学特性及其影响因素分析

针对高填土荷载作用下沟槽式拱形明洞结构受力研究较少问题,文章首先通过室内模型试验研究了沟槽式高填黄土拱形明洞受力特性,得到了明洞周围土压力分布形式以及拱圈外侧应力随填土高度的变化规律。结果显示,明洞顶曲线段土压力呈"中间大、两边小"分布特征。当填土较低(<1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载大于规范值。而当填土较高(≥1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载小于规范值。随着填土高度的增加,明洞两侧水平土压力由"正梯形"分布向"矩形"分布转变。明洞底土压力呈"均布荷载"分布。随着填土高度的增加,拱肩截面外侧应力变化较小,而拱顶、侧墙及拱底截面外侧应力显著增加;然后对试验过程进行数值模拟分析。结果显示,明洞周围土压力平均相对误差为11.3%,外侧应力平均相对误差为14.5%,可验证试验数据的正确性及计算参数的合理性;最后进一步探讨了填土高度、沟槽边坡坡角、填料性质和沟槽与明洞宽度比等参数的敏感性对明洞衬砌结构内力的影响。结果表明,沟槽边坡坡角、沟槽与明洞宽度比影响最大,实际工程中应尽量提高边坡坡角,降低沟槽与明洞宽度比,以期改善明洞结构受力。

高填明洞土压力计算方法及其影响因素研究

基于岩土力学原理,考虑边坡坡角、沟槽宽度等因素,建立高填明洞的土压力计算模型,推导明洞洞顶土压力的计算公式;通过数值模拟结果和现场实测结果验证了该计算方法的正确性。依据此计算方法,进一步对影响土压力集中系数的边坡坡角、填料性质、明洞高宽比、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性进行分析。结果表明:等沉面高度随填土高度的增大而减小,随边坡坡角的增大而先增大后减小,随明洞高宽比、明洞与沟槽宽度比增大而增大;明洞洞顶土压力集中系数随填土高度的增加呈先增大后减小的趋势;边坡坡角增大有利于降低明洞洞顶的土压力;明洞高宽比、明洞与沟槽宽度比的增大会引起严重的明洞洞顶土压力集中现象;因此,实际工程中应在保证边坡稳定及结构安全的前提下,尽量提高边坡的坡角,减小填土沟槽的宽度,降低明洞高宽比。

EPS板减载对宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力和厚度的影响分析

为改善宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力,减少衬砌厚度,采用数值模拟方法,研究有无EPS板减载时高填黄土明洞不同位置处衬砌结构内力和厚度随回填土高度的变化规律。结果表明:无EPS板减载时,明洞衬砌结构内力随回填土高度的增加呈线性增长,拱顶至拱肩衬砌厚度呈非线性增长,其余位置呈线性增长;有EPS板减载时,明洞衬砌结构内力和厚度随回填土高度变化规律均与荷载作用下EPS板的应力—应变曲线有关,当EPS板处于塑性阶段时,内力与厚度变化率最大,减载效果最佳,当EPS板进入硬化阶段后,减载效果开始逐渐减弱;明洞的宽高比越大,衬砌结构内力和厚度越大,内力减载量也越大,减载效果越明显。建议针对不同回填土高度、宽高比的宽坦式高填黄土明洞,进行EPS板密度和厚度的优化设计。

高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析

基于土压力减载机理,推导高填方黄土明洞顶铺设EPS板和土工格栅共同减载的明洞顶土压力计算公式。利用ANSYS软件模拟不同弹性模量EPS板和土工格栅共同减载时高填方黄土明洞顶的土压力,采用荷载等效方法将数值模拟的"波浪形"分布的土压力转化为均布荷载,将其与公式计算结果进行对比。结果表明:明洞顶土压力均随内外土柱沉降差的增大而减小,公式计算结果与数值模拟结果最大相对误差为3.59%,验证了计算公式的正确性。取EPS板的弹性模量为0.5 MPa,数值模拟明洞顶土体的竖向位移、最小主应力和竖向应力。结果表明:EPS板变形导致明洞顶最小主应力方向发生旋转,指向外土柱,在0.83倍洞高处出现明显的"应力拱";"应力拱"下部竖向、横向土压力均减小;内外土柱沉降差越大,"应力拱"横向应力越大,承担上部荷载越大,土拱效应越明显。

高速铁路隧道明挖段失稳机理分析与加固技术

文章针对田家山隧道明挖段堆积体失稳滑塌问题,采用FLAC3D软件建立了三维仿真模型,并结合现场地表监测点的实测数据,首先从堆积体塑性区分布、位移增量以及锚杆轴力分布等情况,对隧道明挖段开挖支护的全过程进行了复核分析。结果表明:大里程方向导向墙开裂滑塌是由于剪切屈服单元与拉伸屈服单元贯通形成塑性滑层,从而导致浅层牵引式滑塌;小里程方向大变形是由于堆积体内部向隧道临空区移动,导致地表出现拉伸型裂缝,进而表现为蠕滑拉裂。然后对比分析了加固前后隧道上覆堆积体及围岩的变形特征,并优化了隧道开挖的工法、工序。最后根据数值复核结论以及国内外的工程经验,提出了综合加固处理措施,使隧道安全穿越了堆积体,其结论可为今后类似工程提供参考。

急倾斜煤层大断面开切眼快速施工技术研究

针对李子垭南二井首采区3102综采工作面急倾斜大断面开切眼采取综掘机综掘导硐施工慢等问题,研究采用反井钻机法联合钻爆法进行开切眼贯通施工,并利用极限平衡法对大断面开切眼进行支护形式与参数设计,矿压监测结果表明,该施工技术与支护方案可行,不仅可实现快速、安全施工,使开切眼变形得到有效控制,而且具有显著的经济效益。

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法

针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式。采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性。取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响。结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象。因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力。

超大断面装配式明挖隧道结构及其施工方法研究

为提高隧道工程建设质量,针对国内明挖隧道装配式结构发展不成熟问题,以新森大道隧道为依托对超大断面明挖隧道装配式结构体系及施工方法展开研究,同时建立适用于公路、市政超大断面隧道装配式明挖结构体系,即“全预制”“仰拱现浇+上部预制”,并提出结构构造厚度建议值及多道防水构造方案。通过分析总结和数值模拟得出:(1)“仰拱现浇+上部预制”4分割方案在回填工序下的结构力学响应动态分析结果表明,该分割方案在施工过程中,结构应力、位移以及连接部位接头的张开角等均满足规范要求,且具备一定安全储备;(2)结合依托工程,提出一种适应于超大断面明挖隧道装配式结构的“边墙安装—仰拱现浇—拱顶拼装—细部作业—覆土回填”的施工方法及步骤。

特大断面开切眼分次掘进支护参数优化

随着越来越多的5～7 m煤层逐步采用一次采全高工艺开采,特大断面开切眼在煤矿中逐步被采用,因此研究特大断面开切眼支护及掘进技术是成功实施该项工艺技术的关键之一。结合潞安集团某矿实际工作面特大断面开切眼的实际生产地质情况,提出了采用锚网索加挑棚和木垛联合支护的方案,并应用三维数值计算方法对特大断面锚杆支护参数进行优化设计,通过现场实际监测验证支护方案的合理性。结果表明,该支护方案是合理可靠的,可以完全满足安全生产的需要,为类似条件下的大断面巷道支护提供了借鉴和参考。

分层综采超大断面切眼刷扩与锚网索支护技术

根据潘北煤矿A3煤层赋存条件和开采设计,11113综采工作面采用的分层铺网液压支架为ZZP6400/18/38。为适应支架特点及其安装要求,需要设计超大断面切眼,其高为3 m,宽为9 m。针对大断面切眼掘进及支护技术难题,提出实施了小断面导硐掘进、二次大断面刷扩成巷的掘进新方法,设计了锚网索、单体挑棚和木垛联合支护参数。现场监测结果表明,该方案应用能有效地控制大断面切眼围岩变形,保证了综采设备的顺利安装,实现了"三软"煤层复合顶板条件下大断面巷道安全快速掘进与支护。

明洞顶回填水泥改良黄土力学特性研究

山区高速公路建设中,明洞顶回填应用广泛。通过大量的室内土工试验和理论分析,对水泥改良黄土的物理性质、应力—应变关系、强度特性、压缩特性及影响水泥改良黄土的力学特性的主要因素进行了研究。实验结果表明:水泥改良黄土的应力—应变关系曲线存在明显的应力峰值点,水泥改良土表现出明显的脆性破坏;最大干密度随水泥掺合比的增加变化不明显;压实度、掺合比以及龄期对水泥改良黄土的粘聚力均有影响;压缩模量与掺合比成正比,压缩系数随水泥掺合比的增加而降低。

合川车站超大跨双联拱明洞设计

合川车站超大跨双联拱明洞位于遂渝铁路合川车站站场填方内,明洞全长71.5m,洞门为斜切式,单孔内轮廓净宽17.32m,双联拱结构最大宽度达45.2m,拱顶填土高约9m,为大跨度高填方公路与铁路立交明洞,主要介绍该明洞主体结构设计。

厦门第二西通道陆域段施工技术问题探讨

厦门市第二西通道陆域段工程沿厦门岛内繁忙干道兴湖路布设,结构形式多样,安全风险较高。对厦门市第二西通道陆域段工程中浅埋暗挖双连拱隧道、深大明挖基坑、隧道上跨既有地铁隧道等施工中的关键技术问题进行研究。主要研究和结论如下:1)浅埋暗挖双连拱隧道埋深小、跨度大、地质软弱、保持地面交通,控制沉降是施工的关键技术所在。从三导洞工况理论分析看,设计支护和开挖方法是合理可行的,施工中还应结合实际优化具体支护参数,注重受力体系转换环节,加强监控量测,用信息化指导施工。2)深大明挖基坑,关键是要确保基坑支护体系变形受控,结构安全,基坑防水有效,保证基坑和周边建筑物的安全,尤其要注重复合地层组合式围护体系的整体稳定。3)隧道上跨既有地铁隧道,施工中要采取防既有地铁轨道上浮的工程措施,同时加强地铁轨道监控量测,制定好轨道调整预案,保证地铁轨道线型符合规范要求。

高填黄土矩形、拱形明洞减载结构土压力差异性规律研究

高填明洞会使结构受力增加,影响结构安全。文章通过模型试验、数值模拟手段,考虑EPS减载、结构截面形式及其基础刚度,研究了明洞洞顶土压力、土体位移随填土高度的变化规律。结果表明,高填明洞减载结构洞顶土压力随填土高度的变化呈非线性变化,拱形截面减载效果优于矩形截面,柔性基础明洞减载效果优于刚性基础;矩形截面从洞顶中心点到两侧的土压力呈现先增大后减小、最后趋于稳定的趋势,在明洞两侧边界处出现最大值,EPS减载和柔性基础会使最大峰值与洞顶中心点数值的差距减小;拱形截面明洞洞顶同一平面竖向土压力呈现先减小、最后趋于稳定的趋势,最大值出现在明洞洞顶中心点。矩形截面明洞洞顶同一平面土体沉降曲线由减载前的"双V"型变化为减载后的"U"型。随后,对试验过程进行数值模拟分析,两者计算结果平均误差为11.0%,验证了试验数据的正确性及计算参数的合理性。最后,从填土横向应力上探讨了不同截面、基础刚度的明洞减载结构土拱效应的差异。

高填矩形、拱形截面明洞土压力差异性规律研究

为了得到矩形、拱形截面明洞土压力随填土高度的变化规律,采用模型试验与数值模拟相结合的方法进行研究,得到以下结果:1)截面形式对明洞土压力大小影响很大,且基础刚度不同,差异性明显。拱形截面明洞洞顶轴线处竖向土压力大于矩形截面明洞。2)刚性基础拱形截面明洞洞顶同一平面竖向土压力变化呈减小—平缓的趋势,而柔性基础呈减小—增大—平缓的趋势;矩形截面明洞呈增大—减小—平缓的趋势。3)刚性基础明洞洞顶同一平面水平土压力分布形式呈现出2个拱形,而柔性基础明洞仅在洞顶上方出现1个拱形。4)刚性基础拱形、矩形截面明洞洞顶至0. 6倍洞高范围内土体位移分别呈"W"、"双V"形分布,0. 6~3倍洞高内均呈"V"形分布,3倍洞高以上无相对沉降,而柔性基础明洞土体位移在0~3倍洞高内均为"V"形,3倍洞高以上无相对沉降。

特大断面切眼受载变形特征与支护技术研究

为了解决特大断面切眼巷道支护难题,以曹家滩煤矿122106切眼为工程背景,结合理论分析与离散元数值模拟研究了不同顶板跨度条件下巷道受载变形特征,提出了“二次成巷+单体液压支柱+高强锚网索+W钢护板”的大断面煤巷高强度、高预紧力、低密度减跨支护技术,提高了支护效率,显著加快了巷道掘进速度。研究表明,当顶板跨度超过9m后其稳定性大幅下降,极易出现表层煤体破坏垮冒的现象;随着顶板跨度的增加,两帮破坏范围变化较小,顶板破坏范围显著增加;通过现场实测对研究成果进行了验证,巷道未出现明显变形,支护体受载始终稳定。

黄土地层雨水管道施工对既有下卧地铁变形的影响

为探究基坑开挖和顶管施工共同作用下下卧隧道结构的响应规律,以西安兴善寺东街雨水管道工程为背景,采用数值模拟和实测数据分析相结合的方法对比分析采用明挖法和顶管法两种不同施工方式施工时下卧隧道变形规律,利用正交试验法研究基坑开挖和顶管施工共同作用时下卧隧道隆起量影响因素。结果表明:下卧隧道沿纵向5倍基坑开挖宽度内结构的隆起变形受基坑开挖影响较大,且基坑开挖卸荷使下卧隧道结构发生不均匀变形。左隧道拱顶最大隆起量为4.13 mm,拱腰最大收敛值约为0.55 mm,结构易发生扭转变形;右隧道拱顶最大隆起量约为3.19 mm,拱腰最大收敛值约为0.24 mm,结构易发生竖向拉伸变形。采用顶管法施工可以减少下卧隧道的变形量,实测数据表明顶管施工会使下卧隧道产生横向收敛,最大为1.7 mm,实际工程中应注意控制既有隧道结构的横向变形。基坑开挖和顶管施工共同作用时,各因素对左右隧道的影响程度不同,左隧道的隆起量主要受基坑开挖卸荷作用影响,右隧道的隆起量主要受顶管施工的顶推作用和开挖卸荷作用影响。同时应注意各因素之间不一定是相互独立的,需要考虑因素组合对下卧隧道隆起量的影响。