FBG传感器在量测围岩内部位移中的应用

光纤光栅(FBG)传感器利用波长调制传感信号,因而量测信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响,可以广泛应用于量测应变、温度、应力、位移等参数。结合新奥法隧道施工中位移监测的要求,介绍光纤光栅传感器的原理及其在隧道围岩内部位移量测中的应用。与其他量测方法比较,利用光纤光栅传感器量测围岩内部位移具有仪器构造简单、安装量测方便、量测数据精确等优点,是一种非常实用的量测方法。量测数据验证隧道围岩变形的基本规律:不同位置的围岩其松弛变形不同,离开挖面越近的围岩,其松弛变形越大,离开挖面越远的围岩,相应的松弛变形越小;围岩的完整程度对围岩内部位移的影响很大。

非接触式围岩内部位移量测系统的试验研究

工程围岩内部位移的监控量测一直是一项费时费力的工作,特别是在工程断面大、量测距离远以及监测点供电困难等情况下,观测围岩内部位移尤为困难。为克服上述困难并提高监测效率,提出一套全新的非接触式围岩内部位移量测方案。方案通过将测点钻孔内的轴向位移转换为一种孔口转盘的旋转量,在该含有观测窗口的转盘下方装有环向灰度渐变膜片。通过望远光学摄像分析膜片反射光的强度,根据反射光强度模式的变化计算转盘旋转量,从而实现围岩内部位移的测量。通过室内标定试验,证实膜片的反射光强度模式与转盘转动角度之间有着很好的线性关系,通过建模,可有效提高围岩内部位移的分析精度。在龙门隧道工程现场对新量测方案进行验证,通过对比试验及围岩等级调查表明,量测结果与实际相符。新的围岩内部位移量测系统可实现非接触连续监测并达到工程测量精度要求。

北山坑探设施开挖全过程围岩内部位移现场量测试验研究

为研究硬岩条件下巷道开挖围岩内部位移变化特征,以高放废物地质处置地下实验室北山坑探设施为试验平台,设计原位试验方案,开展围岩内部位移现场量测试验,分析巷道开挖全过程围岩内部位移的演化特征,采用Lee方程、Hoek方程、V-D方程3个典型LDP曲线方程进行掌子面空间效应分析和损失位移求取。研究结果表明:北山花岗岩地质条件下,巷道爆破开挖全过程中,围岩内部位移变化随掌子面的推进呈现初始增长、快速增长和稳定收敛3个阶段;量测断面附近的围岩内部位移时态曲线呈现出阶跃特征,与分级加载下岩石蠕变试验曲线的形态特征相类似;距离巷道侧壁较远的测点受掌子面空间效应的影响范围较小,且在掌子面前方产生的位移释放量所占比重较大;采用Hoek方程求解的损失位移与实测值更为接近,为最优求解方程;在距掌子面2 m远设置量测断面,其损失位移已占总位移的50%以上。研究结果可为后续地下实验室开挖过程中的围岩内部位移量测和分析提供借鉴与参考。

烧锅隧道开挖全过程围岩内部位移监测及稳定性分析

公路隧道施工时,常规的隧道围岩位移监测一般在隧道开挖后进行,不能对隧道完整开挖过程中的内部位移变化进行监测和评价,其数据完整性不足,无法为隧道信息化施工和稳定性分析及时提供依据。针对此类问题,对烧锅隧道开挖全过程进行了围岩内部位移监测。通过监测数据对施工区域内的岩体稳定性进行了分析评价,为后期施工提供了依据;对类似工程有借鉴意义。

大断面浅埋段隧道围岩内部位移和锚杆轴力特性分析

随着我国经济的迅猛发展,汽车保有量不断提升,公路隧道车流量越来越大,为了顺应经济的发展,我们设计了越来越多的三车道、大断面公路隧道,为了确保大断面浅埋段隧道施工安全,为设计提供依据,我们对某大断面隧道浅埋段围岩内部位移和锚杆轴力特性的分析。

隧道洞顶围岩竖向全位移量测及变化规律研究

围岩内部位移通常是在工作面开挖后再进行量测,因而导致现场量测结果存在一定损失。为得到隧道施工过程中围岩内部位移的变化规律,自行研制开发了适用于量测隧道洞顶围岩竖向全位移的多点位移测试仪,该仪器具有测试原理简单、现场埋设方便、测试数据精度高的特点,且比传统多点位移计的测点多。结合阿拉坦隧道,利用该仪器对隧道洞顶处的围岩内部位移进行了量测,得到了隧道浅埋段洞顶围岩内部位移的变化规律,经分析发现,如果采用传统多点位移计进行洞内量测围岩内部位移的方式,围岩内部位移的损失程度将达25%以上,这将给围岩稳定性的判定造成直接影响;此外,通过对监控数据的分析,还得到了隧道开挖引起的围岩松弛范围。其结果对隧道的开挖与支护具有重要指导意义。

糯东煤矿副平硐严重变形区围岩钻孔窥视分析

矿井平硐施工过程中,需穿过多层岩层,通常围岩控制难度较大。由于贵州兴安煤业有限公司糯东煤矿副平硐部分区域巷道围岩软弱,变形较大,为了确定合理的副平硐严重变形区返修支护方案,采用钻孔窥视仪分析副平硐严重变形区围岩内部结构特征,为返修支护设计提供了依据,也为相似工程提供了有益借鉴。

五阳煤矿76-1轨道巷破碎围岩注浆加固技术研究

以五阳煤矿76-1轨道巷破碎围岩加固为例,从提高围岩整体结构强度的角度出发,提出了在原支护条件下对巷道破碎围岩进行注浆加固的方案,有效的解决了76-1轨道巷变形问题。

大帽山小净距隧道群中夹岩累计损伤效应研究

小净距隧道的爆破施工不可避免地造成围岩累计损伤,岩体力学性能劣化。结合大帽山小净距隧道群的监控量测实践,基于动力损伤变量和围岩内部位移,研究小净距隧道群中夹岩的累计损伤效应。声波波速和围岩内部位移的监测结果表明,新建大帽山隧道的爆破施工已经导致中夹岩产生一定程度的损伤、破坏和滑移,但围岩位移并没有持续变化失稳,岩体仍具有一定的强度;通过对新建隧道和原有隧道损伤范围的比较发现,双侧壁导坑法施工造成围岩的累计损伤范围比全断面法施工大近3倍,并且循环爆破施工造成围岩的累计损伤更显著,所以围岩累计损伤效应是小净距隧道施工过程中必须高度重视的;上断面爆破施工一般使岩体内的裂纹被激活,声波波速显著下降,下断面爆破致中夹岩墙产生类墙体的振动,使岩体变松散滑动,围岩内部位移显著增大;并且围岩的滑动都是爆破时发生的,爆破停止滑动也就停止;在判断围岩的累计损伤程度和范围时,应充分考虑声波波速变化率和位移量,仅通过声波波速变化率可能做出误判;与爆源越近,围岩的损伤度和位移量越大,越远越小,且累计损伤效应呈现明显的非线性特征。

大倾角断层不良地质下TBM隧道稳定性分析

依托滇中引水大理Ⅰ段香炉山隧洞工程,利用自主研制的微型TBM掘进综合试验系统,开展了TBM穿越断层不良地质工况室内模型试验及数值模拟,研究高地应力下断层对TBM隧道稳定性的影响,分析总结隧道围岩应力应变变化规律及隧道破坏现象,揭示断层不良地质卡机致灾机理。研究结果表明:利用微型TBM掘进综合试验平台成功实现了高地应力条件下TBM开挖大倾角断层工况相似模拟试验,隧道成型质量好。TBM掘进过程中隧道上部围岩首先产生裂缝,当TBM掘进至两种材料交接处时拱顶产生少许掉落,在TBM刀盘整体进入断层带后,拱顶产生大范围塌方,最终形成筒仓式塌落腔,隧道结构被破坏;受断层界面上方围岩滑动影响,原岩内(交界面下方)围岩压力整体呈现先增大后减小的趋势。TBM掘进时对掌子面前方围岩压力影响范围主要在0.43D~0.50D(D为洞径),围岩压力最大增大1.19倍。隧道拱顶上方内部围岩位移随TBM掘进具有4个明显的变化阶段。上部围岩越靠近隧道轮廓线变形越大,TBM穿越断层交界面时围岩变形速率最大,对围岩内部位移影响范围主要在掌子面前方1.21D和上方1.50D以内,断层影响范围约在1.73H(H为断层交界面水平投影长度)以内。这主要是由于断层交界面上方松散围岩滑移松动,同时它极易导致TBM卡机,因此施工宜先对断层交界面处进行超前处理,降低TBM施工风险。

基于热湿交换理论的巷道风流温、湿度影响因素研究

为了研究巷道风流参数的影响因素、预测风流温湿度的变化规律,结合热湿交换理论,建立了风流与围岩壁面之间热湿交换的数学模型,以及贴体坐标系下围岩内部温度场的导热微分方程;利用数值方法,将围岩内部的导热问题与影响风流参数变化的热湿交换问题耦合起来,并以大柳塔煤矿52505综采工作面为例进行计算,得到了与实测参数较为一致的模拟结果,验证了该数值方法的有效性。研究结果表明:风流温度受原始岩温、入风流温度、局部热源强度等因素的影响,风流相对湿度与入风流温、湿度以及井下湿源的数量和强度有关;巷道壁温作为将围岩温度场与风流参数之间关联起来的主要因素,对模拟结果影响较大,其数值取决于壁面与风流之间热湿交换以及围岩原始岩温。

多步骤回采时采场底部结构稳定性监测与分析

对冬瓜山铜矿-760 m水平50线和52线采场底部结构巷道围岩变形进行了监测,采用累计位移和变形速率相结合对巷道围岩的稳定性进行分析,并采用巷道围岩稳定性指数对巷道稳定性进行了评价。

隧道施工位移监测及分析

为了掌握隧道施工过程中隧道周边收敛以及围岩内部位移的变化规律,用SW-Ⅵ收敛计、三点位移计分别对隧道初期支护和二次衬砌阶段进行了位移监测,并对2个阶段所采集的数据进行了分析。分析结果表明各测试段位移平均速率均小于基本稳定判别标准,说明隧道支护结构工作状态良好。

地下水封储油洞库施工安全监测及稳定性分析

以某大型地下水封储油洞库为依托,对其储油洞室施工阶段的洞周变形、围岩内部位移、锚杆应力、松动圈等监测数据进行了统计分析,得出了监测数据的变化范围和变化规律,并分析了洞室稳定性,验证了各监测技术在大型地下洞库的适用性。

五阳煤矿76架空人车巷复合注浆加固技术应用

五阳煤矿76架空人车巷承担着76采区的运输和通风任务,受相邻巷道掘进的影响,发生强烈变形,必须进行加固。首先对76架空人车巷破碎围岩内部结构及变形情况进行调查,从改善围岩整体强度出发,提出了在原支护条件下对76架空人车巷破碎围岩先进行水泥注浆,在断面不满足使用要求、需要刷巷处进行化学注浆的复合注浆加固方案,安全有效地解决了76架空人车巷的修复问题。

大跨小间距隧道微振钻爆施工及中夹岩振动特性研究

为了减少隧道爆破产生的振动,研究大跨小间距隧道中夹岩的振动特性,依托贵阳市七冲村1号公路隧道工程,依据自由面减振原理对CD法进行优化,提出中夹岩侧上台阶"前后错落3部"同步爆破施工的CD法,并对中夹岩内部围岩的爆破振动进行测试,研究并揭示后行隧道掏槽孔、辅助孔及周边孔爆破时掌子面前后中夹岩内部围岩的振动速度传播规律。研究结果表明:利用增加自由面个数和面积对CD法进行优化,能够保证在施工进度不变的条件下,使5m处围岩的振动速度小于5cm·s-1,有效地减小了爆破振动,实现微振爆破施工;在隧道爆破近区,爆破距离是影响振动速度的主导因素,质点最大振动速度由周边孔单段装药量决定;在隧道爆破中远区,装药量是影响振动速度的主导因素,质点最大振动速度由最大一段装药量决定;无论掏槽孔爆破还是辅助孔及周边孔爆破,掌子面前方中夹岩振动速度都稍大于掌子面后方中夹岩振动速度;掌子面前方岩体的场地系数K大于掌子面后方中夹岩的场地系数K;随着自由面数量的增加,场地系数K及衰减系数α都减小。