Influence of dynamic pressure on deep underground soft rock roadway support and its application

Due to high ground stress and mining disturbance, the deformation and failure of deep soft rock roadway is serious, and invalidation of the anchor net-anchor cable supporting structure occurs. The failure characteristics of roadways revealed with the help of the ground pressure monitoring. Theoretical analysis was adopted to analyze the influence of mining disturbance on stress distribution in surrounding rock,and the change of stress was also calculated. Considering the change of stress in surrounding rock of bottom extraction roadway, the displacement, plastic zone and distribution law of principal stress difference under different support schemes were studied by means of FLAC3D. The supporting scheme of U-shaped steel was proposed for bottom extraction roadway that underwent mining disturbance. We carried out a similarity model test to verify the effect of support in dynamic pressure. Monitoring results demonstrated the change rules of deformation and stress of surrounding rock in different supporting schemes. The supporting scheme of U-shaped steel had an effective control on deformation of surrounding rock. The scheme was successfully applied in underground engineering practice, and achieved good technical and economic benefits.

软硬不均地层盾构隧道荷载模式研究

系统考虑隧道埋深、滑移面形式、侧压力系数与地层的关联,提出一种适用于软硬不均地层的盾构隧道荷载模式。对于浅埋隧道,基于椭球体理论推导极限状态下滑移面为椭圆的侧压力系数及竖向松动土压力表达式,并构建力学平衡方程推导侧压力计算式;对于深埋隧道,考虑软硬不均地层突变性并对太沙基理论滑移面宽度进行合理修正,推导对应的围岩压力计算式;再结合软硬不均地层分界线位于隧道水平中线上方、下方2类典型工况,推导出隧底反力表达式;最后结合工程实例对所提荷载模式进行验证。结果表明:与修正惯用法荷载体系相比,所提方法得到的软土-硬土隧道顶部、下半拱竖向土压力与实测值的误差分别缩小74%和172%;相较于软土-硬土隧道,该方法应用于土层-岩层隧道时,计算得到的下半拱竖向土压力、隧底侧向土压力与实测值的误差更小,即所提荷载计算模式更符合隧道实际受荷状态,且当隧道埋深与开挖直径之比较大以及下部地层越坚硬时,其适用性越强。

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。

鄂尔多斯高原砒砂岩区植被恢复潜力

评估黄河流域砒砂岩区的植被承载力,可以为流域植被建设和土地退化问题治理提供科学依据。本研究以鄂尔多斯高原砒砂岩典型分布区为研究区,基于植被在不同地形因素下的差异性分布划分为不同的砒砂岩生境类型,分析2000—2022年不同生境类型下植被变化趋势,并通过植被覆盖度反演得到的地上生物量定量化探究其承载潜力。结果表明:鄂尔多斯高原总体植被覆盖度每年以3.7%的速率缓慢增加,其中裸露砒砂岩区增长速率最高,覆沙砒砂岩区增加速率最低。2022年全区地上生物量相对于2000年增长了115.5%,达到219.49 g·m-2,其中覆土砒砂岩区地上生物量年均值最高(185.29 g·m-2)。植被覆盖度变化以及地上生物量在空间分布上类似,呈东南方向高,西北方向低。对照实际地上生物量发现裸露、覆沙、覆土砒砂岩区的植被地上生物量的现有量分别占其可承载潜力的75.2%、80.9%、84.2%。总的来说,各区域植被呈现增加趋势,仍有一定的发展潜力,其中裸露砒砂岩区增加潜力最大。

高地应力软岩隧道初支侵限诱因及控制措施研究

高地应力软弱围岩隧道施工易发生软岩大变形不良地质灾害,进一步引发掌子面失稳塌方、初支结构破坏、钢拱架弯折、初支结构侵限等不良现象,严重影响施工安全,阻碍工期。依托九绵高速白马隧道工程,结合工程特点,从围岩自身力学特性及高地应力软岩变形特征方面深入分析了白马隧道初支侵限机理,并针对此特点,提出了一套适用于软岩大变形初支结构侵限专项施工方案。研究结果表明,由于地下水的侵蚀,炭质千枚岩发生软化,岩体力学性质变差,自承能力降低,在高地应力持续作用下,围岩发生挤压大变形,进一步诱导初支侵限。变更支护方案后,6 m锚杆结合小导管注浆加固对围岩变形有一定控制作用,但6 m锚杆无法将松动区岩块锚固在稳定母体中,不能充分发挥锚杆悬吊能力,对围岩变形控制效果有限,无法满足现场围岩变形需求,建议采用8 m长锚杆。初支拆换过程中应实时监测围岩变化情况,明确围岩变化方向、速率、累计值等,并根据现场实时监测数据反馈施工,实时调整支护参数,确保施工质量。

超前地质预报在浅埋软弱围岩隧道工程中的应用研究

超前地质预报是保障隧道安全高效施工的必要环节和重要手段。浅埋软弱围岩隧道节理裂隙发育,岩体完整性差,围岩自稳能力低,隧道施工易发生坍塌等风险,探明掌子面前方地质情况对浅埋软弱围岩隧道建设具有重要意义。依托某浅埋软弱围岩隧道工程,基于地质雷达和声波反射法,对左、右线开展了超前地质预报分析,结合实际开挖情况验证了预测结果正确性。结果表明:地质雷达和HSP声波法能良好预判岩体完整性和浅埋软弱围岩隧道不良地质,多次准确预报出软弱破碎带、长大结构面等情况。隧道右线(K7+140)~(K7+220)、左线(ZK7+014)~(ZK7+094)岩性为泥岩,节理裂隙发育岩体较破碎~破碎;其中(K7+182)~(K7+192)、(ZK7+061)~(ZK7+067)段存在长大结构面。预测结果与开挖实际地质接近。

深部软岩巷道变形破坏原因及支护技术研究

为了解决深部破碎软岩巷道围岩大变形、难支护的问题,以山西宁武德盛煤业有限公司502采区轨道大巷为工程背景,通过现场勘测和试验研究分析了巷道围岩变形破坏机理,得出围岩强度低、易软化是围岩大变形的内在原因,而高地应力则是大变形的外在诱因。据此提出了“锚杆+锚索+钢筋网+喷射混凝土+注浆”联合支护技术方案,并通过数值计算验证了该方案的可靠性。现场监测结果表明,采用该联合支护技术方案后,巷道顶板最大下沉量为73.1 mm,两帮最大移近量为153.9 mm,最大底鼓量为88.7 mm,围岩变形量均在规定允许值以内,且监测结果与数值计算结果相吻合,有效控制了深部破碎软岩巷道围岩的变形破坏。

深埋软岩隧道衬砌开裂原因分析及整治技术研究

针对深埋高地应力软岩大变形隧道支护开裂问题,以某铁路A工程为依托,分析了衬砌开裂的原因,结合现场实际条件提出相应的整治技术。研究表明,复杂地质构造及高地应力岩体流变等因素引发围岩挤压甚至松动变形是衬砌开裂的主要原因,采用围岩加固+拆换衬砌整治技术有效控制大变形及二次开裂问题,可保障隧道后期运营安全,为类似工程提供参考。

软岩大变形铁路隧道控变技术措施

结合具体工程实例,介绍了高地应力作用下的软岩隧道挤压变形概念,通过对隧道高地应力软岩大变形情况的研究,提出了隧道工程变形控制技术措施。经过实践得出结论,论文提出的技术措施可以控制铁路隧道高地应力软岩大变形问题,确保隧道工程施工质量,为工程顺利进行提供了保障。

高地应力软弱薄层状千枚岩地层软岩大变形隧道施工技术要点分析

本文结合天陇铁路先期开工段杜家沟隧道千枚岩软岩大变形隧道当前隧道施工方法、变形规律进行了分析总结,从开挖工法、监控量测预警分级控制、质量控制、工序衔接等各方面对软岩大变形隧道施工安全质量风险控制进行了总结,对高地应力软岩大变形隧道防止初期支护侵限、避免换拱等方面的技术措施进行了分析总结,为同类工程施工提供了经验。

高地应力软岩隧道围岩大变形控制关键技术研究

高地应力软弱围岩隧道施工易发生软岩大变形不良地质灾害,进一步引发掌子面失稳塌方、初支结构破坏、钢拱架弯折、初支结构侵限等不良现象,严重影响施工安全,阻碍工期。依托九绵高速白马隧道工程,采用现场监测的研究手段,从围岩特性、施工工法、循环步距等方面系统分析白马隧道产生大变形的根本原因,并从围岩变形机理出发,提出了一套综合施工工法、支护措施等方面的软岩大变形防治方案,解决了高地应力软岩大变形隧道初期支护受围岩应力挤压收敛变形的难题,实现了隧道初期支护无开裂、扭曲、折断、侵限的目的,可为类似工程提供一定参考。

基于围岩-支护特征理论的高地应力软岩隧道初期支护选型研究

结合正在修建的兰新铁路第二双线LXS-7标的极高地应力大梁隧道,开展型钢钢架与格栅钢架支护机理研究。在综合考虑喷射混凝土时间硬化效应对初期支护强度的影响基础上,基于围岩-支护特征理论综合分析型钢钢架及格栅钢架的支护机理及其适应性,探索高地应力软岩隧道工程中不同刚度支护的力学响应过程,绘制高地应力软岩隧道几种可能的围岩-支护特征曲线,为高地应力软岩隧道合理支护形式的确定提供理论依据,并提出适合于围岩大变形的合理支护形式,以及控制高地应力软岩隧道大变形的合理措施。

山区高速公路软弱围岩隧道施工地表移动分析

针对太行山区保阜高速公路韩家庄隧道软弱围岩条件下工程实际情况,利用随机介质理论对隧道施工所引起的地表移动进行分析探讨。在该工程中,隧道穿越地段围岩岩性较差,围岩内空收敛变形量大,隧道跨度大。大跨度软弱围岩隧道工程由于其自身围岩变形量大、施工难度高等原因需要对其开展大量的研究。因此,为确保地面自然坡的安全和隧道正常使用,对隧道施工所可能引起的地表移动进行预测极为必要。将浅埋隧道开挖所引起的地表移动视为一随机过程,应用随机介质理论模型,对隧道施工所引起的地表移动进行具体计算分析。通过理论计算与工程实例进行计算比较,提出安全施工技术方案。

古汉山矿软岩巷道地质因素分析

针对古汉山矿软岩巷道围岩变形破坏和严重底膨问题 ,通过对巷道围岩进行地应力测量、物理力学性质分析测试、矿物成份分析和节理裂隙调查 ,确定了底膨巷道的软岩类型 。

急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理

急倾煤层沿空软岩巷道变形破坏机理复杂,多次采动影响下巷道维护难度大.利用现场调研实测、物理相似模拟实验和数值模拟分析,对赵家坝急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理进行了深入分析结果表明:赵矿急斜巷道变形破坏是十分复杂的时间、空间问题,即在初次采动阶段:非对称岩体结构及应力分布导致巷道变形失稳;二次扰动阶段:非对称原岩应力释放机理导致巷道变形失稳;三次、四次扰动阶段:拱脚效应与层间压剪变形失稳机理导致巷道变形失稳,为该类型巷道支护形式与参数的选择提供了科学依据.

水布垭电站地下厂房软岩置换效果初步分析

为考虑地形地貌以及节理、断层等岩体构造对原始地应力场的影响,首先选用较大计算范围以模拟水布垭地下厂房地应力场。然后取较小计算范围进行二次细分网格,以便较准确地模拟地下厂房分步开挖的动态过程。二次细分网格位移边界值采用等参逆变换法由一次网格的计算结果插值得到。软硬相间岩层中地下厂房稳定性分析采用弹塑脆性理论。重点对地下厂房中P31q软岩及黄龙剪切带置换效果进行了分析,并对地下厂房的布置及软岩置换提出了建议。

关垭子隧道软弱围岩大变形机理分析

关垭子隧道穿越极高地应力状态软岩,施工过程中发生了大变形。在工程地质勘查、现场调研、岩石力学试验及监控量测的基础上,通过分析隧道变形特征,从隧道埋深、施工方法、围岩岩性、地应力及地下水等方面研究该隧道大变形的发生机理。研究结果表明:该隧道大变形以围岩塑性变形为主,膨胀变形影响较小,并对类似隧道的设计施工进行了展望。

夹河矿深部巷道围岩地质力学测试分析

现场调查了夹河矿深部巷道变形破坏特征,初步分析了其变形破坏原因。采用空芯包体应变法进行了地应力测量,分析了夹河矿深部地应力分布规律及其与区域地质构造的关系。采用扫描电镜试验、X射线衍射试验和室内物理力学性质试验等方法,对该矿深部巷道围岩特性进行了试验研究,确定了巷道围岩为典型的高应力-节理化-膨胀性复合型软岩,具有复合型变形力学机制,为巷道支护设计和施工提供了依据。

兰渝铁路高地应力软岩隧道变形机理和施工控制

研究目的:兰渝铁路二叠系高地应力软岩隧道挤压变形是施工中的突出难题,在施工过程中过对软岩隧道的地质特征、地应力特征、变形特征、支护压力及支护破坏特征等进行监测分析,以便及时掌握高地应力软岩变形机理,确保施工的顺利进行。研究结论:通过研究表明:(1)随着埋深和地应力的增加,初期支护强度、支护结构刚度也应相应增加,否则容易出现坍塌,施工中采用套拱的方法能有效控制变形;(2)对兰渝铁路二叠系软岩大变形不应套用现行分级标准来划分,应结合施工实际确定与之相适应的支护结构及措施;(3)极高地应力对岩体稳定性的影响程度应结合工程实践进行具体分析,边墙及拱腰是施工大变形关键部位,需要及时调整施工参数和加强支护措施来确保施工的顺利进行;(4)本研究成果可应用于指导二叠系软岩隧道结构的设计和施工。

高地应力软岩隧道超前洞室断面优化模拟研究

研究目的:为解决在建兰渝铁路高地应力软岩隧道大变形问题,针对其地质条件复杂和影响因素多变的特点,提出在隧道断面内设置超前小导洞的方案,利用小导洞的可变形性,将地层高地应力提前释放,使正洞开挖时处于可接受的相对低应力状态。本文采用数值模拟的方法确定了合理的超前导洞位置、尺寸与断面形状。研究结论:以毛羽山隧道为研究对象,采用有限差分程序对超前导洞不同位置、尺寸及断面形状等工况的释放率分别进行了数值模拟,考虑施工组织、工程造价以及释放效果等综合因素,确定出了合理的断面形状与导洞位置,即导洞尺寸为:7.6 m(宽)×5.5 m(高),导洞拱顶距正洞拱顶距离为2.5 m。对应正洞A、BB'、CC'、DD'释放率分别为37%、54%、72%和59%。可为其他类似工程的施工与设计提供参考依据。