深圳市某地铁车站深基坑底部涌水治理技术探析

在灰岩富水岩溶区、褶皱破碎断裂带进行地铁车站深基坑施工,要面临许多施工不确定,尤其是深大基坑开挖至邻近垫层标高坑底涌水是工程施工中的重大事故隐患,迅速、精准查找出涌水通道和涌水原因是处置解决问题的首要任务。以深圳某地铁车站深基坑开挖过程中涌水为背景,全面、系统分析了形成涌水的原因,针对深基坑底部水力劈裂型涌水具体工况,采取了行之有效的应对措施,使得涌水得以治理,保证了基坑后续施工正常进行。

基于高速摄影的水力机械空化空腔膨胀收缩特性试验研究

水力机械水力不稳定是水电站、水泵站机组和厂房强烈振动、转轮叶片断裂、尾水管撕裂、压力及负荷振荡等稳定性问题的主要来源。空化空腔危害水力机械稳定性理论认为,空化空腔的膨胀收缩循环变化是引起强烈压力脉动及振动的主要根源,但该空化空腔的膨胀、收缩及溃灭并无试验资料证实。采用高速摄影对水力机械空化空腔膨胀收缩特性进行研究,证实了混流式水轮机叶道涡空化空腔、贯流式水轮机叶片两个端面间隙流空化空腔遇低压膨胀、遇高压收缩甚至溃灭的特性,发现贯流式水轮机叶片与转轮室之间间隙流是小尺寸多列漩涡流涡街。

释能降压工法在高压富水岩溶隧道风险规避中的应用研究

宜昌—万州(宜万)铁路马鹿箐隧道DK255+978m通过一高压富水隐伏溶腔(水压高达160m、水量高达1×106m3),先后发生多达19次的突涌水(泥)灾害事故。基于隐伏溶腔水量大、水压高、泥沙含量高、破坏力极强,没有先兆、具有突发性与间歇性,兼具延滞性和突发性矛盾等特征,依托溶隙、脉管及填充物由于压力差从渗流扩大呈汇流,袭夺周围脉管和溶隙的地下水,溶腔地下水潜蚀充填物封堵而集中释放的溶腔溃水机制,界定排或堵等防治措施的适应性,研究认为,对高压富水隐伏岩溶隧道,必须采用释能降压原理,释放溶腔所存储的能量,降低水土压力对隧道的稳定性影响,避免隐伏溶腔的高压作用产生的塑性区和隧道开挖及排水(泥)压力差形成的塑性区贯通,才能规避施工及运营过程中潜在的风险。建议采用综合地质预报手段探明溶腔边界、内部充填物特性和分布特征等,根据溶腔的水压、水量,特别是触发隧道溃水的临界距离等参数来确定放水承压岩盘的厚度。分析和验证钻孔泄水(不泄泥)→泄水支洞在高位揭示溶腔→控制爆破低位揭穿溶腔,"高位排水,低位排除填充物"的立体交叉分步降压方案的可行性。

近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解

考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题,而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究是该课题的难点。据此,文章基于弹性假设理论,引入反溶腔作用系数,采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题,获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况,并将渗流场以渗透体积力方式作用于应力场,采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式,最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则条件下,对比内水外渗前后的计算结果,依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果表明:初次充水对围岩稳定起决定作用;反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定;在岩石孔隙水压力影响下,溶腔一侧环向应力场出现大小值交换现象,而径向应力场并不出现该现象;近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔作用系数的增大而弱化。

高压富水岩溶隧道注浆帷幕技术应用研究

帷幕注浆技术是岩溶隧道止水的有效方法,以宜万铁路马鹿箐隧道为依托,建立了隧道帷幕注浆数值模型,计算分析了不同帷幕注浆加固圈厚度、止浆岩盘厚度等参数对隧道围岩的位移、应力影响规律,确定了安全、经济、合理的帷幕注浆方案。结合工程实践,对注浆方式、注浆材料及参数、注浆结束标准及效果检查评定等设计要点以及帷幕注浆施工工艺进行了研究。该研究成果对高压富水岩溶隧道建设具有借鉴意义。

宜万铁路齐岳山隧道629高压充水溶腔处理技术

在齐岳山隧道正洞DK363+629掌子面进行超前水平钻探时,揭示出前方存在一个大型腔体,随后实施超前探测,初步判断了腔体形状,对腔体进行了处理。首先对溶腔进行注浆试验,总计注浆1 613 m3,注浆效果不明显,掌子面停止注浆试验;注浆试验失败后,对DK363+629溶腔进行放水试验,放水量为3 000 m3/h,持续放水共计144 h,水量约43万m3,水压持续在0.2 MPa左右,由于受到外界降雨的影响水压持续上扬,证明腔体具有良好的地表联通性和水量补给持续性,为了保证施工安全停止了放水试验。平导贯通后可采用自然流出法排水,并对腔体采取"释能降压"施工。本次泄水总量约63万m3,水压自0.4 MPa降至0.0 MPa,水量稳定在约1 000 m3/h;随后对腔体实施爆破施工,爆破后采用管道引排的方法在不改变原有水流方向和不影响整体地下水系的情况下顺利通过。

下伏高水压溶腔公路隧道施工安全距离研究

高压富水区溶腔段隧道施工安全控制一直是工程界关注的热点,而下伏高水压溶腔与隧道工程之间的安全距离是控制因素。文章基于剪切破坏理论建立对应力学简化模型,推导了下伏高水压溶腔隧道施工安全距离的解析公式。采用止交试验设计和数值模拟方法,分析了围岩级别、围岩侧压力系数、溶腔直径、隧道埋深以及溶腔内部水压5个影响因子对安全距离的影响规律,并以多元线性回归方法为手段,建立了下伏高水压溶腔与隧道之间的安全距离预测模型,为定量确定下伏高水压溶腔与隧道之间的安全距离提供可靠的计算方法。

隧道穿越大型充填溶洞超前支护方案研究

岩溶隧道在穿越高压富水溶腔时频发突水涌泥灾害,给施工安全和周围环境造成严重威胁。根据渝怀铁路某隧道穿越溶洞实际情况,分别对“超前小导管+帷幕注浆支护”和“管棚+帷幕注浆”2种超前支护方案进行数值模拟分析,对围岩变形特征和塑性区进行对比分析,结果表明:(1)管棚超前支护对控制拱顶围岩沉降、拱底围岩隆起以及周边收敛变形更有利;采用管棚超前支护比超前小导管支护围岩变形明显降低。(2)采用管棚超前支护比超前小导管支护的塑性区发展深度有效降低,更能保护围岩的稳定性。采用管棚超前支护成功通过了该隧道大型充填溶洞的高风险段,可为类似工程提供借鉴。

野三关隧道大型高压富水充填溶腔运营期深化处理技术

宜万铁路野三关隧道在建设期间采用“释能降压、注浆加固、超前支护、结构加强、综合治理”的原则安全处理并顺利通过DK124+602大型高压富水充填溶腔。开通运营近10年来,隧道结构总体稳定,但也发生了强降雨期间溶洞内岩溶水不能及时排放、反灌正洞致中断行车的现象。为进一步降低隧道安全风险,加强排放强降雨期间“+602”溶腔内可能形成的短时高压水,精准实施新增高位排水支洞方案,深化处理溶腔并于2020年汛期取得实效,有效引排了高位岩溶水,确保了宜万铁路的运营安全,为类似工程问题处理提供了借鉴。

岩溶隧道高压富水溶腔释能降压技术研究

针对高压富水溶腔施工难度高的问题,利用释能降压新技术进行处理,通过对释能降压法原理和施工方案的分析,将其与传统注浆法在施工效率和经济效益上进行对比,并结合现场实例,克服了传统注浆法存在的注浆盲区的缺点,确保了施工安全和工作效率。

杨庄矿6煤底板深部岩溶裂隙水体特征研究

为了防止杨庄矿6煤深部开采时底板灰岩岩溶裂隙水涌入工作面,对杨庄矿6煤底板灰岩水进行了水文地质特征调查研究.运用钻探资料统计分析,并结合放水试验、抽水试验、示踪试验等现场水文地质勘探试验成果研究了石灰岩岩溶发育与岩层和垂深的关系.研究结果表明:薄层太灰岩裂隙随埋藏深度增加呈现出闭合状态,而巨厚层奥灰岩溶不受排泄基准面控制,在垂向上普遍发育;岩溶裂隙垂向发育规律说明当深部煤层开采时,有一类深部矿井水体存在弱富水、高水压的水文地质特征.依据杨庄矿6煤底板深部岩溶裂隙水体特征提出以一灰、二灰为治水关键层的深部岩溶裂隙水害治理方案.

超高压智能数控真三维加载模型试验系统的研制及应用

随着世界对矿物资源和能源需求的增加,人类地下开采活动不断走向地球深部。为了揭示超深埋地下洞室在高地应力条件下的非线性变形特征与强度破坏机制,采用数控技术和光电装换技术研制了超高压智能数控真三维加载模型试验系统,该系统主要由模型反力架、超高压加载系统、智能液压控制系统、模型位移自动采集系统、高清多探头窥视系统组成。系统额定出力63 MPa、最大加载45 000 kN、加载精度0.05 MPa。通过智能数控技术实现模型超高压真三维梯度非均匀加载;通过光电转换技术实现模型洞室任意部位位移的自动测试,位移测量精度0.001 mm;通过高清多探头窥视系统实时动态观测模型洞室的破坏状况。利用研制的整套模型试验系统对新疆塔河油田超深埋油藏溶洞的成型垮塌破坏过程进行相似材料三维地质力学模型验,揭示出古溶洞成型垮塌破坏模式、非线性变形特征和应力变化规律。通过地质力学模型试验验证超高压智能数控真三维加载模型试验系统的可靠性,该系统在研究超深埋地下洞室的非线性变形破坏机制方面具有广泛的应用前景。

卸压阀组关键参数对卸压过程的影响

为给卸压阀组设计和调试时关键参数的选取提供理论依据,根据三级插装阀式卸压阀组的结构和工作原理,利用AMESim软件搭建卸压、卸荷过程仿真模型,分析卸压阀组关键参数(如插装阀阻尼孔、节流阻尼孔、电磁阀换向时间)对液压机高压容腔卸压、卸荷过程中振动和冲击的影响。结果表明,慢速卸压、快速卸荷电磁阀的换向时间相差1 s且A,B,D3个主要节流孔直径分别为1.2,0.8和2.0 mm时,可在保证快速卸压的前提下,很好地缓解回油管路的压力、流量波动,让压力和流量变化趋于平缓,减少插装阀组的振动。