砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

双柳矿切顶留巷碎石帮变形机理及控制对策

以双柳煤矿7煤右一工作面为工程背景,通过理论分析与现场工程应用相结合,对切顶留巷碎石帮变形机理及控制技术进行了研究。研究表明,采空区侧的矸石垮落情况对碎石帮挡矸结构变形有很大影响,垮落大块矸石会对挡矸产生很强的冲击力,垮落的速度较慢则会导致垮落矸石压实稳定后作用在挡矸结构上的侧向压力增大,挡矸结构在侧向冲击及挤压下容易产生大变形。为了减小矸石块度,加快顶板垮落速度,增加碎石帮支护强度,提出了深浅孔组合切缝爆破技术辅以松动爆破技术的切顶方案以及“斜撑单体+可伸缩U型钢+金属网+U型钢拉板+焊接钢板+端部锚杆”的碎石帮联合支护体系并应用于现场。经过现场实测表明,成巷效果良好。

TBM豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响

双护盾TBM采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行支护施工,豆砾石回填灌浆层的性能和密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标。以西北某双护盾TBM施工的引水隧洞为工程依托,基于室内试验研究了不同部位豆砾石回填灌浆层的力学性能,并通过数值模拟分析了豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响。结果表明:受灌浆密实度不均匀的影响,豆砾石灌浆体的弹性模量和单轴抗压强度存在较大差异;在衬砌与豆砾石不存在脱空状态的条件下,豆砾石回填灌浆层参数取值不同对衬砌受力分布规律影响不大,但衬砌各个部位的应力有所变化;衬砌与豆砾石脱空部位受力状态与不脱空时存在显著差异,在脱空部位管片出现了较为明显的受力情况,部分区域应力超过衬砌混凝土的抗拉强度设计值,衬砌混凝土可能出现裂缝。在隧洞施工中应重点关注衬砌与豆砾石之间结合是否紧密,加强豆砾石回填、灌浆的质量监督。

砂卵石地层深基坑监控量测与数值模拟分析

以成都某轨道交通砂卵石层深基坑为研究对象,对基坑开挖过程中桩身水平位移、周边地表沉降和内撑轴力进行监控量测,并采用midas GTS三维有限元软件进行模拟分析。结果表明:地铁车站深基坑的变形具有明显的空间分布特征,坑角效应显著;基坑扩大端围护桩的水平位移和周边地表沉降均小于标准段;桩身水平位移、地表沉降及内撑轴力的模拟值与实测值相近,有限元分析可较好地预测开挖过程中基坑的应力与变形演化规律;桩顶水平位移的实测值远大于计算值,可能与土体本构模型、基坑周边荷载及施工工序与实际不符等有关。

地下连续墙在卵砾石地层基坑支护中的应用

文中以某商业综合体为例,结合工程地质情况,采用地下连续墙作为支护措施。通过对支护效果的分析可知,地下连续墙在卵砾石地层基坑支护中具有良好的适用性。

细砂卵砾石互层隧道支护体系与围岩变形现场测试

为避免细砂卵砾石互层隧道施工中发生隧道坍塌、砂涌和冒顶等事故,以在建的国道317线岗托隧道为工程依托,采用现场试验和测试的方法,就超前支护措施适宜性,细砂卵砾石互层隧道地表沉降、洞周变形、围岩深部位移,锚杆轴力、钢拱架内力、围岩-初期支护等支护体系特性进行研究,结果表明:细砂卵砾石互层隧道采用小导管注浆难度大,管棚间隙有砂涌,隧道变形大;采用大管棚配合水平旋喷桩进行超前支护,能有效控制砂涌,围岩变形小。

锚管复合土钉支护技术在砂卵石地层深大基坑中的应用

北京国美商都属深大基坑支护工程。考虑到场地四周空阔,基坑土层以砂卵石地层为主,密实度高,具有放坡条件,总体采用锚管复合土钉墙支护。介绍支护结构组成、结构及施工工艺。通过现场试验,对基坑的水平位移以及锚管(土钉)的受力特性进行分析。结果表明基坑的水平位移很小,满足设计需求;土钉受力随施工进度逐渐增大,尤其是退台的设置会引起退台效应,从而起到减荷和使应力重分布的作用。

卵砾石层大断面斜井井筒支护方法现场试验研究

我国缺少在巨厚卵砾石层中采用普通施工方法掘进煤矿斜井井筒的成熟支护经验。结合伊犁一矿材料斜井和回风斜井的施工过程,设计了现场支护试验方案,对不含水和含水卵砾石层大断面斜井井筒的多种支护方法进行了试验。研究结果表明,含水与不含水卵砾石层斜井井筒相比,其支架变形量和支护难度显著变大;架棚临时支护结合钢筋混凝土永久井壁支护是不含水卵砾石层大断面斜井井筒有效的支护方法;含水卵砾石层地压显现明显,采用超前支护、架棚临时支护和钢筋混凝土永久井壁支护相结合的方法可以实现围岩稳定。由试验推断,库仑和太沙基土压力理论用于计算卵砾石层围岩压力误差显著。

TBM隧道管片-豆砾石组合支护特性研究

在满足一定假设的条件下,利用厚壁圆筒弹性应变理论推导了管片-豆砾石组合支护刚度公式,为收敛约束法应用于护盾式TBM管片结构设计提供了理论基础。为了深入研究豆砾石填充层在组合支护中发挥的力学作用,文章定义了豆砾石填充层的应力分担比U_P、变形比U_u和组合支护刚度折减系数K这三个分析指标。通过工程实例及参数分析表明:(1)注浆后的豆砾石填充层不能有效地分担围岩压力,也不能有效地吸收变形,其主要功能是在管片与围岩之间传递围岩压力、传递变形;(2)填充层弹性模量存在一临界弹性模量,能使组合支护刚度性质产生突变;而填充层厚度的增加则具有对组合支护刚度性质进行强化的作用。

圆砾地层中深基坑双排桩支护结构受力变形计算分析

为了研究圆砾地层中深基坑双排桩支护结构的受力与变形,采用Winkler弹性地基梁模型,对规程计算模型中未能充分考虑基坑变形后的桩土作用形式使得计算位移偏大等不足进行改进。根据一类圆砾地层开挖破坏滑移面,应用能量法计算桩间土压力,以及考虑弹性附加应力理论计算桩后土压力的改进模式,利用弹性支点法分别建立前、后排桩滑移面上下挠曲微分方程,再引入相关边界条件,对双排桩支护结构的内力和变形进行求解。结合圆砾地区南宁市地铁四号线那洪立交站深基坑工程案例,求得了前、后排桩桩身沿深度各点处的弯矩和水平位移值,通过与规程计算结果与现场监测数据对比可得,改进模型计算的桩体弯矩最大值、桩体水平位移与监测数据比较吻合,验证了改进模型的合理性。

注浆固结帷幕及锚拉钢管桩在支护工程的应用

通过工程实例 ,说明了在饱和圆砾层基坑边坡中使用高压注浆固结帷幕锚拉钢管桩固砂阻水和基坑支护的可行性 。

富水圆砾地层土压平衡盾构掘进参数优化研究

如今盾构法施工在地铁建设中已得到广泛应用,砂卵石、软土等地层的盾构施工技术日趋成熟,而富水圆砾地层的盾构施工技术研究较匮乏。本文依托南宁轨道交通2号线三十三中~苏卢站盾构掘进区间,对富水圆砾地层段和圆砾泥岩复合地层段土压平衡盾构掘进参数进行对比分析,并对圆砾地层土仓压力取值范围的计算方法进行讨论。研究结果表明,圆砾地层掘进参数波动幅度较小,其中,盾构推力、刀盘扭矩、注浆压力三者变化趋势存在相似规律,土仓压力则有所增长。复合地层中掘进参数中盾构推力、刀盘扭矩、注浆压力波动幅度更明显,但土仓压力基本保持稳定。采用Terzaghi松动土压力和静止土压力计算值作为圆砾地层土仓压力取值范围更为合理。三苏区间采用的掘进参数对地表沉降基本控制在5mm以内,对圆砾地层盾构施工具有借鉴意义。

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。

应用支持向量机方法预测砾石充填防砂井产能

影响砾石充填防砂井产能的因素很多,关系非常复杂,常规理论方法难以建立准确、适用的预测模型。为此,对防砂井产能的主要影响因素进行分析,引入支持向量机方法,与自然产能比方法相结合,建立了防砂井产能预测模型。该模型通过有限经验数据的学习,能够导出防砂前后采油指数与其影响因素的非线性关系。分别使用支持向量机模型和BP神经网络模型对砾石充填防砂井产能进行预测,对比结果表明,支持向量机模型有着更高的预测精度,在小样本的模式识别方面,有着自身独特的优势。

辫状河型冲积扇片流带特征与支撑砾岩成因研究——以准噶尔盆地西北缘现代白杨河冲积扇为例

冲积扇砂砾岩油藏是准噶尔盆地勘探热点,尤其是玛湖凹陷特大型砂砾岩油藏的发现,更加表明砾质冲积扇储层研究的必要。选取白杨河冲积扇为研究对象,对砾质辫状河型冲积扇内部片流带以及支撑砾岩的沉积特征和分布规律进行研究,结果表明:1)扇内片流带沉积介于扇根补给水道与扇中辫状水道沉积环境之间,与二者呈过渡接触,片流带规模可达千米级别,内部支撑砾岩的发育改善了片流带储层物性;2)识别出三类支撑砾岩,分别是片流支撑砾岩、沿层理面发育的支撑砾岩以及沟槽底部支撑砾岩,前两者均为超临界水流淘洗成因,后者则为径流改造成因;3)片流支撑砾岩发育于片流沉积,具有较好的成层性以及较高的线密度;沿层面发育的支撑砾岩发育于辫状沟槽沉积环境,形态受限于沟槽规模,可与交错层理砾岩匹配形成大规模优质岩相组合;沟槽底部发育的支撑砾岩发育于辫状水道底部,规模小但连通性好。综上,基于野外露头片流带以及支撑砾岩研究可以为井下砂砾岩油藏开发提供理论支撑。

砂砾层钢管桩支护工程施工实践

本文对砂砾层施工中钢管桩、施工锚杆进行了分析,针对施工中存在的问题进行了探讨,提出了解决问题的措施。

短土钉连续墙技术在深基坑支护中的应用

短土钉连续墙是在土钉墙基础上发展起来的一种新兴的深基坑支护技术。本文通过一个工程实例,介绍了其在砂卵石地层深基坑支护中的应用情况。

细砂卵砾石互层隧道围岩-支护失稳成因和处治措施

为避免细砂卵砾石互层隧道施工中发生隧道坍塌、砂涌、冒顶等安全事故,以在建的国道317线岗托隧道为工程依托,采用三维数值模拟计算和现场测试相结合的方法进行分析,探讨了施工过程中隧道围岩-支护的失稳机理,提出了相应的处治措施,最后通过对失稳前和处治后拱顶下沉、水平收敛的测试比较验证了处治效果。结果表明,细砂卵砾石互层隧道围岩-支护失稳的原因是围岩自稳能力差,超前支护适宜性差致使互层围岩不能有效固结,砂涌造成衬砌背后空洞,致使结构承载力降低,现场采用大管棚配合水平旋喷桩进行超前支护,实施效果明显。

富水砂卵石层地区桩锚支护深基坑变形特性

为研究富水砂卵石层地区桩锚支护深基坑变形特性,以成都某变电站深基坑工程为研究对象,基于现场监测结合数值模拟手段,对深基坑及支护结构的变形特征进行研究,揭示深基坑开挖引起的支护桩侧向变形、深层土体侧向变形、周边地表沉降及坑底隆起等变形规律。研究表明,基坑周边地表沉降规律具有显著的时效性与空间性,地表沉降曲线近似呈“凹槽”状分布,最大沉降量位于距坑壁水平距离6.0 m处,主要影响范围为2倍基坑深度;基坑开挖卸荷引起坑底隆起,最大隆起变形量约为基坑深度的0.49%,位于坑底中部。深层土体与桩身侧向位移曲线近似呈悬臂支护的变形特征,变形量随开挖深度的增加而增大,最大变形位于地表。

TBM豆砾石回填灌浆密实度对支护效果的影响研究

双护盾TBM(tunnel boring machine)采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行施工,使管片、回填层与围岩形成整体的支护结构。豆砾石回填灌浆的密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标,但实际工程中回填灌浆的密实度往往较低。为了研究不同回填密实度对围岩变形、屈服状态及衬砌受力等的影响,基于多雄拉隧洞掘进的数值仿真,提出一种随机单元模型,用于模拟不同的回填灌浆密实度,对豆砾石回填灌浆的密实度与围岩、管片支护结构的力学状态的关系进行分析,并根据对围岩变形的影响将回填灌浆密实度划分为A^E 5个等级,同时给出相应的回填灌浆密实度建议。此外,对顶部和侧部局部不密实对支护效果造成的影响进行模拟和分析。通过分析可知:回填灌浆密实度过低,会导致管片应力分布不均匀且产生较大拉应力,也会产生较大的围岩变形和屈服区分布;对于Ⅲ类围岩及以上围岩,建议回填密实度在70%以上,对于比Ⅲ类围岩质量差的围岩,建议回填密实度在80%以上。另外,通过计算可知顶部回填不密实的风险大于侧部,且当回填不密实比例为1/6时应力分布最不均匀。研究成果可为类似工程提供密实度评价及为补灌处理提供借鉴。