地下掘进巷道富水破碎围岩锚杆支护参数优化

针对矿山掘进巷道富水破碎区支护方案不合理,出现冒顶、片帮等问题,以1 660 m水平YM-Ⅱ巷道迎头大理岩破碎区为工程背景,进行巷道支护参数优化研究。为了合理有效地支护巷道和降低支护成本,结合现场实际建立巷道模型,采用正交试验设计的支护方案,利用FLAC3D数值模拟软件模拟计算,通过模拟结果对比分析巷道围岩的稳定性。结果表明:锚杆长度主要影响巷道围岩变形量,锚杆间排距主要影响是巷道围岩破坏情况;最优支护方案为锚杆直径40 mm、长度1.8 m、间排距0.9 m×0.9 m,可减少巷道围岩位移量70.77%、塑性区体积63.91%、垂直应力12.96%,有效控制巷道围岩稳定性,为矿山安全生产提供保证。研究结果可为富水破碎区围岩巷道支护设计和地压治理提供参考。

高压富水破碎带公路隧道初期支护沉降开裂治理技术研究

高压富水破碎带地区隧道施工过程中,受破碎围岩自稳能力差、岩层裂隙地下水渗漏泄压影响,隧道开挖释放的围岩应力将大部分作用在隧道初期支护结构上,从而造成初支沉降、开裂,严重时可发生拱架变形失稳、坍塌,给隧道施工埋下较大安全隐患。本文以重庆至遵义段扩容工程第T18合同段尧龙山隧道工程施工初支病害为实例,分析研究了高压富水破碎带隧道初支沉降开裂机理,并提出了以“U型钉补强+临时护拱支撑+径向注浆稳固+换拱回填”方式进行隧道初支沉降开裂治理的施工方案。实践证明,此方案可有效控制隧道初支沉降开裂变形,保障施工安全。

盾构穿越富水破碎带不良地质掘进措施研究

因工程勘探技术及作业环境的局限,盾构施工过程中时常会遇到实际地质条件与勘察地质条件并不吻合的情况,存在一定的不确定性及复杂性,容易发生施工安全事故。在无锡至江阴城际轨道交通工程施工中,遇到的勘察设计与实际施工不相符的情况,根据现场施工情况和补勘钻孔地质分析,对盾构穿越富水破碎带不良地质掘进措施进行了研究,解决了盾构掘进现场土压力波动异常、出渣含水量大、出土量异常、管片上浮严重等问题,化解了喷涌坍塌风险,有效保证了施工安全与质量。

博瓦水电站引水隧洞富水破碎围岩治理加固技术研究

引水式发电站在建设过程中往往需要开挖很长的引水隧洞,开挖过程中会遇到各种各样的地质条件,极易发生涌水、突泥、坍塌等灾害。为了提升富水破碎围岩的稳定性,文章在传统水泥基注浆材料基础上,掺入氧化石墨烯和粉煤灰,制备了一种环保高性能的富水破碎带治理注浆材料。结果表明:氧化石墨烯具有超大的比表面积和层状海绵结构,能够吸附在粉煤灰周围,促进粉煤灰发生二次水化反应,同时粉煤灰具有良好的填充功能,在两者的协同作用下,促使注浆材料具有更高的强度、抗渗性和抗离子侵蚀性。通过试验确定了氧化石墨烯的最佳掺量为0.03%,粉煤灰的掺量不宜过高,宜控制在10%~20%;复掺氧化石墨烯和粉煤灰的新型注浆材料相比传统水泥基注浆材料,取芯率提升了23%,平均抗压强度提升了38.1%,能够对富水破碎带围岩起到较好的治理加固作用。

隧洞工程富水破碎带施工技术

卷盘岭隧洞工程围岩风化程度高,多处为富水破碎带,施工中容易出现岩溶突水、洞顶塌陷、侧墙失稳等问题,施工难度较大。经过多次现场勘察,结合地勘报告,并经专家论证,决定采用超前支护+分层/全断面开挖+初期支护的施工方法。文章以卷盘岭隧洞为例,研究了穿越富水破碎带施工技术在隧洞工程中的应用。

初始水位对富水破碎岩洞段围岩稳定的影响研究

富水断层破碎带地下洞室工程施工中,受地下水流固耦合作用极易发生大变形、塌方、突泥涌水等安全事故,对富水破碎岩洞段围岩稳定的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。文中以轿顶子电站发电引水隧洞开挖工程为例,利用数值模拟的方法对不同初始地下水水位对隧洞开挖后围岩稳定的影响展开研究,并获得相应的变化规律,可以为理论研究和工程设计提供支持。

富水破碎岩体帷幕注浆模型试验研究

利用自主研制的三维注浆模型试验系统,开展富水破碎岩体多孔分序帷幕注浆试验,获得注浆扰动下岩体多物理场演化规律:1被注岩体总压力及孔隙水压力变化强烈,历经急剧增长—峰值波动—渐进衰减—趋于稳定的变化阶段;2破碎岩体内部,浆液在隧洞拱顶和拱底位置发生优势劈裂扩散,同时引起洞周收敛位移;3注浆作用下破碎岩体压缩释水导致渗透性能显著降低,表现为分序注浆试验中超孔隙水压力激发程度逐次大幅提高。帷幕注浆试验结束后,揭露、分析了加固体内部特征,研究破碎岩体加固范围非均匀变化规律,归纳总结松散破碎岩体及泥质软弱岩体对应的渗透–劈裂型及微劈裂型两类注浆加固模式,揭示了劈裂浆脉形成的多重注浆叠加机制。基于以上研究工作,利用扫描电子显微镜(SEM)分析固结岩体微观特征,研究表明浆脉–黏土界面具有三维结构,可划分为渗透型和微劈裂型两种类型,网络状微型浆脉的锚固作用增大了界面粗糙度和强度;界面靠近黏土一侧发育损伤裂纹,推测为固结岩体物理力学条件突变位置,为加固岩体潜在破坏环节。研究成果补充和完善了室内注浆模拟试验方法,探索了多孔分序帷幕注浆试验中浆液扩散规律及注浆加固机理,为类似地质环境下岩体注浆提供了理论支撑与技术指导。

富水破碎岩体注浆加固模拟试验及应用研究

设计了一套适用于富水破碎岩体的注浆加固模拟试验装置。选用PO42.5水泥、SAC42.5水泥和自主研发材料对富水破碎灰岩体进行了注浆加固试验。在分析加固结石体的单轴压缩试验结果的基础上,研究了注浆压力、注浆材料和破碎岩体间泥质充填物对注浆加固效果的影响和作用规律。采用极差分析法确定了影响注浆加固效果的主控因素及各因素间相互作用关系。验证了自主研发材料用于富水破碎岩体注浆加固治理的效果显著优于传统水泥材料。将上述试验结论成功用于指导工程实践,取得了良好的注浆治理效果。

富水破碎岩质边坡滑塌成因分析及关键处治技术

边坡滑塌是高速公路常见病害,其受地质、水文、气候等条件综合影响,成为高速公路建设中的一大难题,它的出现通常会给高速公路建设及运营造成极大的经济损失和强烈的社会负面影响。随着我国西南地区高速公路的快速发展,富水、破碎、岩溶等复杂地质水文情况更是常见于高速公路施工过程中。通过对云南蒙自至文山至砚山高速公路PK32+500—PK32+590左侧富水、破碎风化岩质边坡滑塌的地质勘探,选取典型断面计算分析,提出了综合治理措施。

中天山隧道超高水压富水破碎带施工方法研究

为解决南疆吐库二线中天山隧道出口钻爆法反坡施工中突遇的超高压涌水施工难题,采取超前地质预报和隧道涌水量、水压及连通性测试,预测前方地质情况以及涌水变化规律。针对掌子面前方超高水压富水破碎围岩,结合现场施工情况,对超前注浆堵水、涌水掌子面直接排水、隧道进口施工降压泄水洞等方案进行比选,最终确定了超前注浆堵水施工方案,成功突破了中天山隧道6.3 MPa超高压富水破碎段施工,确保了隧道的施工安全。

富水破碎带岩溶隧道突水模型试验研究

为研究富水破碎带岩溶隧道突水特点以及水力学参数对水压的敏感性。利用自主研发的突水模型试验系统,开展了一系列不同水压下的室内突水模型试验,分析讨论了富水破碎带突水过程的突水速率、渗透率以及颗粒质量流速的变化规律,进而揭示突水致灾机理。研究表明:突水过程一般可分为3个阶段,突水速率与渗透率在这3个阶段中的变化规律具有同步性;突水过程中前2个阶段所需时间和最大突水速率与水压大小密切相关;颗粒质量速率与渗透率对水压大小极为敏感,水压越高,颗粒质量流速增长越快,达到最大质量流速所用时间越少,同时,在稳定阶段的破碎带渗透率亦会随着水压的增大而增大;富水破碎带岩溶隧道突水是一个复杂的非线性动力过程,它是由外部因素和内部因素共同作用而导致的。

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。

新型速凝材料注浆加固富水破碎带机制分析

富水断层破碎带是治理难度较大的不良地质体,针对南京地铁建设中基坑大面积涌水、支护结构沉降变形及常规注浆材料防渗加固效果有限的问题,基于水文地质和高密度电法,分析基坑涌水的渗流状态;通过室内试验测定新型速凝浆液的初终凝时间、结石体强度及结石率,得出该材料具有较好的可注性和可行性;采用COMSOL数值软件,联合仿真模拟了富水破碎带注浆加固过程,对比分析注浆前后基坑渗流规律,并基于此开展了现场注浆试验;利用地质雷达和压水试验对注浆效果进行验证,结果显示该新型速凝材料对富水破碎带加固效果良好,COMSOL联合仿真对注浆设计有科学的指导性。

临近富水破碎构造带隧道开挖面稳定性的极限平衡分析

为有效降低山岭隧道施工临近富水破碎构造带的水害风险,针对隧道开挖面临近富水破碎构造带时的稳定性预判问题,考虑渗流影响,对开挖断面进行等效代换,建立关于开挖面前方岩体破裂角的极限平衡方程,进行牛顿法迭代求解和数值模拟验证。经计算分析结果对比表明,牛顿迭代法求解与数值模拟验证结果接近;在此基础上分别考虑隧道埋深、岩体重度和强度参数、富水破碎构造带水头高度等变量因素,计算分析岩体破裂角及必要自稳厚度的变化规律。通过计算分析结果表明,开挖面前方岩体必要自稳厚度随前方富水破碎构造带水头高度的增大而增大,随自身内摩擦角的增大而线性减小,随自身黏聚力的增大而减小,随自身重度的增大而增大,随隧道埋深的增大而减小并趋于定值。

基于山岭隧道探孔流量的富水破碎构造带水头预测方法

山岭隧道施工期穿越富水破碎构造带存在突水涌泥等施工风险,且运营期承担的外水压力与水头高度密切相关,确定富水破碎构造带的水头高度对保障山岭隧道安全具有重要意义。为预测山岭隧道开挖面前方富水破碎构造带内的水头高度,基于伯努利方程得到探孔出水流量与开挖面前方水头高度的简化理论关系式。针对富水破碎构造带高水头情况,进行超前探孔-围岩轴对称稳态渗流数值模拟,利用所得数据采用最小二乘法优化得到拟合关系式,进行参数分析及对比计算,并通过轴对称瞬态渗流数值模拟分析稳态时间及参数影响。计算分析表明:(1)探孔稳态或瞬态出水流量均与开挖面前方水头高度之间呈线性正比例关系,比例系数随探孔有效长度和围岩渗透系数的增大而减小;(2)当围岩渗透系数大于10^(-4)m/s时,探孔内的水流出现2段不同的横向渗流情况,一段是在远端一定长度内的渗漏,另一段是在近端一定长度内的补给;(3)围岩渗透系数小于10^(-4)m/s时,探孔出水流量与前方水头高度无关;(4)探孔-围岩渗流稳态时间与前方水头高度无关,但随围岩渗透系数的增大呈现先增大、后减小的趋势。

山岭隧道穿越富水破碎带施工灾害预报及稳定性分析

结合某山岭高速公路隧道,运用超前地质预报(激发极化法)、数值计算分析等手段对隧道穿越富水破碎带施工灾害预报及控制进行了分析研究。分析结果表明:激发极化法能够准确可靠地判断出富水破碎带的位置和规模,可以为施工顺利通过富水破碎带提供科学依据;通过数值模拟研究隧道富水段开挖后的渗流场、应力场及位移场分布等情况可以为合理地选择隧道开挖及支护方案提供技术支撑;通过对施工灾害的预报及控制研究,分析出隧道穿越富水断层围岩变形的一般规律,可以为今后类似工程提供有益的借鉴。

富水破碎围岩大断面隧道施工工法研究

龙洲湾隧道是修建在富水破碎围岩中的大断面公路隧道,因其地层岩体成碎状,在施工中易引发坍塌、涌水、突泥等不良地质现象,选取合适的施工工法及参数能有效减小施工带来的风险。文章通过调研分析富水破碎围岩隧道常用施工工法,从施工的安全、高效性出发,通过数值计算与现场实测对比分析,得出了依托工程宜采用三台阶法施工,并明确了台阶长度取3m的合理性,从而为富水破碎围岩大断面隧道施工工法及参数的选取提供参考依据,对后续类似地层隧道施工起到一定的指导作用。

深埋隧道富水破碎带区堵水灌浆材料应用

针对某穿越富水破碎带的深埋钻爆法隧道中的突涌水灾害,分析了其涌水灾害特征和对灌浆堵水材料性能的特殊要求。针对工程特点,制备了适用于深埋隧道堵水的普通膏浆、速凝膏浆和堵水浆材拌和料等灌浆材料,开展了材料不同性能特征的测试,并选取试验段进行了应用验证。结果表明:研制的堵水灌浆材料具有强抗冲能力和抗水稀释能力,且凝结时间可调可控,适应各流速、流量的突涌水工况,可有效封堵深埋隧道富水破碎带的涌水点,阻断涌水通道。研究成果可降低深埋隧道穿越富水破碎带区时的涌水塌方灾害风险。

隧道穿越富水破碎带涌水突泥风险评估模型研究

隧道工程中穿越富水破碎带时发生的涌水突泥问题常常影响施工进度,带来安全隐患。基于模糊综合评价法和层次分析法建立风险评价模型,从工程地质、水文地质、工程施工三大影响因素的角度出发,确定各细化影响因子的权重和隶属度。客观因子分级依托规范,主观因素分级采纳专家评判,集合各因素隶属度结果后,根据最终分数评估隧道穿越富水破碎带时的涌水突泥风险等级。通过工程案例分析,对各类指标进行综合评价与验证。结果显示:该模型评估的涌水突泥风险等级与工程实际情况较吻合,验证了方法的可行性与适用性,所得的风险等级较为合理,可为隧道穿越富水破碎带涌水突泥地质灾害风险评价提供参考。

调水工程富水破碎洞段综合超前地质预报技术

为避免或减小隧洞穿越富水破碎岩体发生突涌水、塌方等造成的危害,提出了基于地质分析、隧道地震预报(TSP)法与超前钻探结合的综合超前预报体系。首先通过地质分析对不良地质进行评估,之后利用TSP法对前方不良地质体进行定位,确认有不良地质构造存在,最后利用超前钻探进行预报。滇中引水工程富水破碎洞段的两个工程实例表明,此预报技术可准确地预测不良地质段以及涌水段位置和规模大小,可帮助工程技术人员及时地制定相对应的预警措施和处理对策,从而减少施工过程中突泥、涌水、塌方等地质灾害出现的概率,保证隧洞安全施工。