某大跨度隧道支护破坏原因分析

文章针对某采用双侧壁导洞法施工的大跨隧道在导洞施工过程中的临时支护破坏现象,结合实际的净空收敛监控数据对支护内力进行了反分析,重点就支护破坏形成原因进行了分析。分析结果表明:当导洞下台阶开挖时,导洞内壁会产生较大的水平变形,且后续导洞开挖对先开挖侧导洞临时支护变形影响较大;下台阶位置处临时支护以承受弯曲应力为主,受力状态较为不利,易因弯曲应力过大而导致拉裂破坏;先行开挖侧导洞临时支护在后开挖侧导洞施工的反复影响下,无论是轴向应变还是弯曲应变均明显高于后开挖侧导洞,破坏程度因此也更为严重。

考虑邻近建筑物影响的内撑式排桩基坑支护局部破坏研究

基坑开挖与周围环境相互影响,而邻近建筑物对基坑支护体系局部破坏的影响鲜有研究。通过内撑式排桩支护砂土基坑模型试验,研究了坑外有、无建筑物两种情况下基坑开挖、支撑局部破坏和桩后砂土渗漏对内撑式排桩基坑支护体系受力及变形性能的影响。试验结果表明:受邻近建筑物的影响,随基坑逐渐开挖,平行于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移增大,而垂直于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移减小,同时基坑中部内支撑轴力明显增大,角撑次之,边撑反而减小;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩及反弯点影响较大,而对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小;局部内支撑破坏引起的坑外地面沉降较小,而内支撑连续破坏导致坑外地面产生显著沉降,影响范围为0.12~0.23倍开挖深度,同时临近的未失效支撑轴力显著增大,易引发连续破坏;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较大,对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小。当桩后砂土出现渗漏时,对平行于邻近建筑物长边的支护桩影响更为明显。

某矿巷道支护工序优化

为解决某矿围岩破碎、巷道锚网支护设施损坏严重、返修频率高等问题,应用爆破振动和围岩与支护相互作用机理分析了支护失效的原因,提出了“掘到哪儿,支到哪儿,喷到哪儿”的喷锚网优化支护工序。即新掘进的巷道及时清理浮石以后,首先采用素喷一层厚度50~100 mm的混凝土,然后进行钢网和锚杆支护,最后再喷一层厚度50~100 mm的混凝土。经过可行性分析和现场工业试验,证明可在不改变原支护工艺和支护材料的基础上,通过调整和优化施工顺序,可以提高支护效果,维护巷道围岩稳定,比现行支护工序节约86142.71元,研究成果可供同类矿山参考借鉴。

顶板-支护系统准共振诱发冲击地压机制研究

冲击地压的发生机制与防治是煤矿动力灾害研究的重要问题。巷道顶板-支护系统在围岩扰动作用下存在接近共振状态的准共振现象将诱发顶板支护系统的冲击灾害,表现为顶板的位移、速度、加速度3种准共振强响应。依据支护失稳及支护塑性屈曲判别条件,给出支护动载破坏的3个安全系数及相应的危险扰动频率比区间,同时针对顶板支护系统准共振诱发的冲击灾害给出支护阻尼防冲控制分析。结果表明:在外界扰动力幅值低于静载下的支护临界破坏载荷时,顶板-支护系统的准共振现象是导致支护冲击破坏的主要原因;支护破坏的准共振危险扰动频率比区间与顶板支护系统的阻尼比及力幅比有关,随着阻尼比的增加,顶板准共振时的位移、速度及加速度响应幅值均减小,支护阻尼是对3种准共振响应均敏感的控制量;随着顶板支护系统阻尼比的增大或力幅比(外界扰动力幅值与支护静载破坏临界载荷之比)的下降,支护的危险扰动频率比区间范围将缩小甚至消失,同时阻尼比和力幅比取值均较小时,顶板支护系统在3种准共振下的危险扰动频率比取值区间较为接近。该研究将丰富对冲击地压发生机制的认识,同时对支护防冲控制设计具有参考价值。

隧道洞口滑塌与支护结构破坏特征数值模拟研究

隧道洞口段一般埋深较浅,围岩条件较差,很难稳定成拱,因而在隧道开挖后极容易受到外界扰动作用而发生坍塌变形。尤其在遇水软化的膨胀性黄土地层中建设隧道时,需要考虑降雨作用对隧道稳定性及支护结构变形的影响。本文通过数值模拟方法,结合现场观测以及室内实验,对太原某黄土隧道洞口滑塌及支护破坏特征进行了分析研究。结果表明:该隧道洞口支护结构发生破坏一方面是由于洞口浅层土体本身强度不足,且黄土遇水后强度急剧降低,围岩发生塑性变形,塑性区范围迅速扩展,围岩承载能力急剧降低;另一方面是由于膨胀性黄土遇水膨胀,产生较大膨胀力,使围岩内部应力急剧增加并且作用在支护结构上,从而导致支护结构破坏,引起隧道塌方。

近水平砂岩隧道初期支护变形破坏分析及控制技术

针对蒙华铁路段家坪近水平砂岩隧道高地应力条件下初期支护变形破坏的问题,应用地应力测试技术获得隧道围岩初始地应力分布规律,对初期支护变形破坏特征进行分析,提出了高应力水平地层支护设计对策,并应用于工程实践。研究结果表明:隧道区段处于以水平构造应力为主的高地应力状态且最大水平主应力方向不利于隧道的稳定;应力释放导致隧道原有初期支护开裂变形,混凝土破坏为压剪破坏,格栅钢架主筋破坏为受压失稳;采取增强支护参数、增设缓冲层、加装阻尼器等技术措施成功解决了高地应力水平岩层隧道初期支护变形破坏问题。

浅覆地层盾构开挖面被动破坏极限支护力及破坏模式研究

浅覆地层盾构掘进时支护力过大极易导致开挖面前方土体发生被动破坏,造成地表隆起。基于筒仓理论,通过优化传统三维楔形体模型,建立楔形块+倒棱台的土体被动破坏三维计算模型(修正三维楔形体模型),并推导被动极限支护力计算公式;对不同埋深下滑动破裂角β分析研究;采用有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖面的被动破坏进行模拟,揭示被动破坏支护力变化规律及破坏模式。结果表明:本文研究计算模型更符合开挖面土体被动破坏模式;通过对破裂角β分析,解析土体被动破坏时其最优解30°左右;在浅覆盾构开挖面中,揭示S/(γD)受土体内摩擦角φ、埋深比K的影响,文中S/(γD)随内摩擦角φ的增大呈非线性增加,埋深比K越大,其幅度越明显;破坏模式分析中,K越小,土体位移变形对S/(γD)越敏感,越容易发生开挖面被动破坏;发生被动破坏时,土体纵向位移变形大于横向位移变形。

邻桩爆破引发井巷支护结构破坏的分析及防范措施

在分析邻桩爆破时岩柱、支护结构破坏类型的基础上 ,根据应力波叠加和入射空穴而散射的动应力集中原理 ,建立了圆形井巷周边切向动应力集中的力学模型。利用该模型和波函数解法 ,计算了井巷相邻侧爆破引起的周边最大应力 ,推荐了能保持岩柱稳定、围岩—支护结构抗塌、抗裂的邻桩间距。在施工中 ,根据不同桩径、围岩性质 ,采取不耦合装药、调整单响药量和岩柱宽度等措施 ,确保了工程质量和安全。

深部岩体大变形规律:金川二矿巷道变形与破坏现场综合观测研究

针对深部高应力下硐室和巷道时效大变形问题,重点开展了金川二矿深部巷道大变形破坏调查、多手段原位综合观察、大变形灾害安全管理标准等方面研究工作。首先针对不同围岩支护类型下大变形巷道破坏问题,从破坏表现形式的角度总结提炼了金川二矿巷道10种典型变形破坏模式并阐明其形成机制;进而依托1150m水平大巷的大变形试验研究段,采用巷道表面的三维激光扫描测量、岩体内部开裂的钻孔摄像观测、围岩不同深度变形的位移计自动量测相结合的方式,揭示了深部巷道表面变形的空间非对称性、围岩内部浅层与深层变形的非均匀性、时效变形增长的跳跃递进性等不同于浅部岩体变形特点和破坏方式的新特征,表明了金川二矿碎裂围岩时效大变形本质是高应力下巷道开挖诱发表层围岩开裂,并在重分布应力驱动下围岩开裂深度逐步向深部转移进而导致巷道围岩自身承载性能逐步劣化的机制,从而表现出持续的时效大变形;最后提出基于功能失效和结构失稳原则的深部巷道大变形安全管理标准,并在现场反馈分析与应用实践基础上总结出了控制二矿深部巷道变形灾害的“双层喷锚网+锚注”和“喷锚网注+单筋砼”复合支护技术,充分利用喷网混凝土的表面柔性支撑与围压效应、锚杆对围岩内部的抑制开裂效应、水泥浆的充填并粘合开裂缝效应、钢筋混凝土的强刚性抗压和恢复围压效应等组合功能,从而形成一种“由表及里、表里结合”改善围岩受力状态、重构围岩承载圈的支护理念。

珠江三角洲区域深基坑支护结构破坏分析

软土地区深基坑支护结构的破坏是导致基坑事故频发的主要因素之一,特别是珠江三角洲区域基坑的安全事故较为频繁,如何因时因地合理选择支护类型、设计支护结构是避免基坑事故的重要方式。本文着重介绍各类支护结构及其适用条件,分析各类支护结构的可能破坏因素,提出避免软土地区深基坑破坏的最佳支护方式,为深基坑支护设计提供参考依据。

FLAC3D对某基坑支护项目的研究

FLAC/3D采用的三维快速拉格朗日法是一种基于三维显示有限差分法的数值分析方法,它可以模拟岩土或其他材料的三维力学特性。此次工程项目在勘察期间,运用FLAC/3D对工程进行数值模拟建模及计算,主要为此复杂岩土工程问题进行定性和定量分析,为勘察结果提供重要的依据。

深部软岩巷道长短锚索联合支护技术研究

梅花井煤矿深部矿山粉砂岩软岩回采巷道,受高应力作用,导致巷道变形量大,支护破坏严重,巷道维护频繁。为了有效控制巷道变形,对二水平232204工作面回采巷道进行了围岩结构、顶板监测、应力作用分析。研究表明,巷道围岩裂隙发育,自稳性差,锚杆支护强度难以承载围岩复合应力。在监测和实验的基础上,得到软岩回采巷道的变形破坏原因,通过不断支护优化,提出长短锚索协调支护方式,对围岩有较好地控制效果。

小铁山岩体的CSIR分类与支护预计

本文以白银有包金属公司小铁山矿为例,介绍了岩体的CSIR分类法的特点与基本参数,以及对该矿石英角斑凝灰岩体进行CSIR分类与支护预计的步骤、方法和使用效果。

北京地铁新宫站基坑复合支护过渡部位的冗余度设计

复合支护结构过渡部位中两种支护结构的水平刚度、受力方式、作用机理有所差异,故过渡部分是基坑安全控制的关键部位,对过渡部分进行冗余度的研究和优化具有非常实际的工程意义。论文结合北京地铁19号线新宫站基坑工程实例,通过数值模拟的方法,釆用MIDAS/GTS软件实现基坑的施工全过程模拟。在假定复合支护结构部分失效的情况下,以结构变形与受力情况为标准,对复合支护结构的冗余度进行了计算和优化设计。结果表明:(1)在出现支护结构局部破坏的情况下,复合支护体系的过渡部位桩体变形都出现了明显的增大;在有腰梁的情况下,桩体的变形得到了很好的控制;(2)出现局部破坏后,结构加入腰梁,增加了结构的传力路径,使整个结构的内力重分布更加均匀合理,可以有效地防止应力的集中,保证了结构的安全稳定;(3)在两种失效模式下,在支护结构之中加入腰梁对结构的冗余度都有明显的提升;混凝土腰梁对结构冗余度的优化效果要比钢腰梁好一些。在实际工程中,腰梁的加入对提升支护结构的稳定性和冗余度有着重要的意义,应注重对腰梁的设计应用。

对桩锚及斜支撑联合体支护的研究

文章基于实际工程,从现场的考察以及工程地质实际情况出发,提出了桩锚及斜支撑的联合支护方案,通过对该联合体支护的研究,能够对未来应对复杂地段的基坑工程提供理论支持,同时也对深基坑的发展起到重要作用。

锚喷支护技术在横河煤矿17煤顺槽中的应用

横河煤矿17层煤回采工作面顺槽属于半煤岩巷。通常以细粉砂岩为多,岩层节理裂隙发育,破碎易冒,稳定性差。采用工字钢棚进行支护,劳动强度大,支护速度慢,在17层煤顺槽施工中应用了先进的"锚+梯+喷"技术,取得了良好的效果。

基于联合支护方案的软弱煤岩巷道支护技术

以麻家梁矿1301综采工作面为例,对其运输巷进行观察与分析,并找到巷道变形和失去稳定性的内因,同时对此给出具体的联合支护方案"长短锚索的全锚索+金属网+钢带",结果表明巷道变形最后达到了平稳巩固的效果。

深埋老黄土隧道变形规律及初支受力机理

为了解决深埋老黄土隧道初期支护因围岩弱化挤压而破坏的现象,为隧道支护破坏整治提供依据,以阳山隧道出口深埋老黄土段为工程依托,对不同含水率下隧道变形规律进行了统计分析,然后综合采用变形反演、强度折减数值计算和实测支护内力规律对比的方法对初期支护的整体受力状态和受力规律进行了研究,最后通过数值计算对初期支护受力关键部位的破坏过程和破坏机理进行了分析。得到如下结论:(1)深埋老黄土隧道变形规律与围岩含水率相关,在围岩含水率低于老黄土塑限前,隧道的变形量小、稳定速度快、拱顶沉降大于水平收敛,含水率大于塑限后,隧道变形量显著增加、持续时间长、水平收敛大于拱顶沉降;(2)初期支护全环整体处于小偏心受压模式,受力关键部位为拱部,随着围岩的不断弱化,支护小偏心受压模式不变、内力逐渐增加,最大内力由拱腰转移至拱脚处;(3)在小偏心压力作用下支护结构为“压剪”控制破坏,表现为混凝土表面压碎剥落、内部斜向剪切破坏,锁脚锚管的存在对结构破坏发展方向有引导作用,使得结构由“X”型对称剪切破坏转化为固定方向的斜截面剪切破坏。建议支护破坏整治方案采用可提高结构斜截面抗剪强度的加强措施,或采用限阻耗能型支护来释放围岩压力并减小结构内力。

弹塑性有限元模拟分析影响基坑位移的因素

分析影响基坑支护破坏因素对于防止基坑事故的发生 ,优化基坑支护设计有重要意义。本文用弹塑性有限元方法模拟基坑破坏过程 ,分析了影响基坑支护破坏的因素。分析结果表明 ,土体和桩墙的弹性模量都对基坑的位移有一定影响 ,但土体弹性模量的影响比桩墙弹性模量的影响更大。根据这些结果 ,推论出传统基坑设计方法与弹性地基梁法的不足之处。另外 ,分析结果还表明 ,基坑坑顶水平位移与土体弹性模量的关系无固定规律 ,而坑底最大位移与弹性模量呈非线性的关系。由此推论出基坑坑顶水平位移监测方法的不可靠性。

高地应力软岩巷道变形机理与对策

通过对四川白皎矿构造应力分析,围岩力学性质和矿物成分测定,以及巷道变形破坏特征的调查,确定了软岩巷道属于高构造应力膨胀型复合软岩,揭示了巷道变形破坏特征和机理,提出了相应的支护对策,为此类软岩巷道的支护设计提供了依据。