南京富水松软地层新建盾构隧道穿越引起的既有隧道工程安全等级划分

为定量评估既有地铁盾构隧道受穿越施工扰动后的结构安全状态与服役性能,采用MIDAS软件建立了新建盾构隧道穿越既有盾构隧道的三维数值模型。通过调整隧道间的竖向净距,对南京地区以富水砂层、软土层为主的松软地层条件下的盾构隧道穿越施工引起的既有隧道的竖向位移响应进行了定量研究,并根据隧道的力学衰减特性分析了既有隧道的安全等级。结果表明:盾构隧道下穿、上跨施工引起沿既有隧道纵向土体的沉降曲线分别呈“W”型、“M”型,相同地层条件下上跨施工引起的既有隧道变形的绝对值比下穿施工小;南京富水砂层、软土层新建隧道穿越引起既有隧道沉降半槽范围分别约为3.5倍与5.0倍隧道外径;结合既有隧道力学性能衰退特征,以隧道纵向差异变形量作为指标将盾构隧道穿越工程划分为微弱影响、一般影响、显著影响、强烈影响等四类;根据数值模拟和历史变形数据,预测了南京地区3个典型的盾构隧道穿越工程施工完成后既有盾构隧道的竖向差异变形量,据此计算了相应的影响等级及其同等级下的竖向变形余量。

浅埋松软地层管棚注浆施工引起地表沉降分析

基于ADINA有限元程序构建三孔框构式引水隧道洞口段的二维计算模型,分别对无支护、注浆、管棚和管棚注浆加固等支护条件下隧道施工引起地表非线性变形进行数值模拟分析,揭示不同支护条件下的地表变形响应程度,管棚注浆支护引起地表沉降值的最小,其次是管棚支护和注浆支护。利用现场监测管棚变形和地表沉降,地表和管棚变形得到有效控制。研究结果表明,管棚注浆支护在浅埋松软地层隧道施工中取得良好的支护效果,从数值计算理论层面上,浅埋松软地层隧道采用管棚注浆技术是可行的,监测结果也验证管棚注浆支护技术的有效性和可靠性。

松软地层水平管棚工艺参数的研究

通过对管棚的几何关系和承受的地压分析 ,应用编程计算 ,可得到不同工程条件和地质条件下管棚的长度、管径、间距、仰角和掘进步距等施工参数的计算值 .按此方法指导的水平管棚设计施工在北京地铁复八线和热力管道工程中取得了良好的效果 .

松软地层高压灌浆封孔浆体研制及应用论证

在松软地层进行防渗工程施工时,存在钻孔易塌孔,灌浆难起压易导致垂向挤密抬动,灌浆易漏浆串浆导致耗浆量大,灌浆过程难控制等技术难题。传统的"袖阀管灌浆法"、"预埋花管法"、"孔口封闭灌浆法"等工法在深厚松软地层的施工中很难达到设计要求。为降低成本、提高工效,研究提出一种"自下而上,浆体封闭,高压脉动灌浆"新工法,介绍其中的"浆体封闭技术"成果。针对施工工艺要求,研制出低强度快凝硬塑状封孔浆体,通过实验得到性能参数;基于浆体封闭力学机理,对封孔效果进行论证,结果表明,在灌浆过程中,封孔浆体材料具备足够的止浆、耗能作用;对灌浆所需的最低注浆压力进行了计算,为选择注浆设备提供依据;另外,对自下而上灌浆施工中,提管所需的拔管力进行了计算,为提高工效、避免灌浆管出现抱死事故,提出边灌边转工艺方法,可使灌浆管顺利提升,即使在深孔情况下也无需使用拔管机。通过在怀化托口水电站河湾地块深厚松软红层进行原型试验,验证研制的封孔浆体的应用效果,分别在浅孔全段注入、深孔(最大达120 m)孔底以上20 m深注入封孔浆体材料,实施"自下而上,浆体封闭,高压脉动灌浆"。试验中8 m深松软层达到1.5 MPa以上的灌浆压力,120 m深可达到近8 MPa的灌浆压力(均为孔口压力),地层抬动仅为12 mm,灌后效果达到设计要求,表明在高压灌浆情况下,封孔浆体使用效果良好;建议在深孔注浆过程中,灌浆管边灌边转,无需使用拔管机,工艺更便捷、高效。理论研究和工程实践表明,在松软地层实施高压灌浆,采用浆体封闭技术是可行的,研制的封孔浆体性能能满足施工工艺要求。

松软地层脉动灌浆封孔浆体止浆机制初步研究

浆体封闭脉动灌浆是松软地层防渗加固的有效手段,但封孔浆体的止浆机制尚不明确。基于工程断裂力学以及宾汉姆流体同心环状劈裂流动模型,对脉动灌浆封孔浆体的止浆机制进行了定性分析,并基于能量守恒,推导出了脉动灌浆封孔浆体止浆的控制方程。分析了脉动灌浆封孔浆体的止浆能力与浆液流变性能、封孔浆体性能以及脉动频率的关系,封孔浆体的承载极限灌浆压力随浆液塑性黏度和屈服应力的增大而增大,随封孔浆体塑性强度的增大呈线性增加,随脉动持续时间的增加而减小,随脉动间隔时间的增大而增大,随封孔高度的增加不断增大。利用自制室内试验装置,验证了脉动灌浆封孔浆体的止浆机制。在南水北调中线河南鹤壁段引水渠边坡防渗工程中,针对松软地质条件,采用封孔浆体止浆技术对边坡工程进行了自下而上分段脉动灌浆,灌后抽水试验表明地层渗透系数达到10-5~10-6cm/s,对比传统灌浆工艺节省20%工作量。

一种适合松软地层高效控制灌浆的新工法——自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆

全(强)风化岩体、松散土层、砂砾层、节理裂隙密集发育岩体等松软透水岩土体的防渗加固工程中存在钻孔易塌孔,灌浆难起压易导致垂向挤密抬动,灌浆易漏浆串浆导致耗浆量大,灌浆过程难控制等技术难题,研究提出"自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆"新工法,技术之一是基于以浆止浆的理念,钻孔后,在灌浆管与孔壁间注入封闭浆体材料,在注浆过程中达到消能阻浆的目的,技术之二是采用脉动高压实现对灌浆段的有效控制灌浆,使松软地层的土体强度与防渗性能得到较均匀有效提高,可实现自下而上,连续小间隔提管灌浆,极大地提高工效。在托口水电站河湾地块进行系列现场灌浆试验表明,该工法完全可行,且较大地节省成本,提高了工效,可在类似地层防渗加固工程中推广应用。

松软地层防渗灌浆帷幕结构性状实验研究

松软地层透水率较大,防渗灌浆工程吃浆量相对较大,浆液扩散极不规则,形成的防渗帷幕,包括防渗幕体厚度、力学性能、防渗效果等结构性状难以准确把握,现有的方法和技术主要采用压水试验、标贯、钻孔取心、物探等方法获取相关信息,但带有极大的不确定性,直接影响到防渗质量的评价。在现场进行多工况灌浆原型试验研究,通过注水试验、孔斜测定、取心测试、全断面开挖等多种方法,真实呈现防渗幕体的性状,包括幕体有效厚度及其影响范围、幕体强度性能和渗透性能。结果表明,在松软地层采用"浆体封闭、脉动灌浆"控制灌浆工艺,孔距1.5m,两排排距0.8m,并采用适宜的灌浆控制参数灌注可控性黏土水泥浆材,简便高效,孔周挤密区、结石体及胶结体形成的有效幕体均一性好,防渗效果达到5lu以下,灌后28d结石体强度达到3MPa以上。灌浆工艺和参数可直接供类似地层应用。对于不同类型地层在不同灌浆材料、灌浆工艺、灌浆参数情形下的灌浆结构性状,有必要研发物理模型进行大样本室内试验研究。

浅埋松软地层开挖中管棚注浆法的加固机理及效果分析

管棚注浆法是地下结构工程浅埋暗挖时通常采用的一种超前支护技术。首先对管棚注浆法在浅埋松软地层开挖中的加固机理进行了研究,然后以某双连拱隧道出口段浅埋破碎带为例,采用快速拉格朗日有限差分法分别模拟了不采用和采用管棚注浆时围岩的应力场、位移场情况,定量分析了管棚注浆法的加固效果,说明采用管棚注浆法能显著抑制松软地层的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免浅埋松软地层开挖中塌方现象的产生。因此,管棚注浆法是一种行之有效的超前支护技术。

破碎松软地层取心钻头孔底流场数值模拟及应用

复杂地层取心和孔壁稳定一直是困扰地质钻探界的2大技术难题。以汶川地震科钻为例,5个钻孔都在断裂带上,地层极破碎、松软。针对部分孔段取心率低问题,设计一种新型阶梯式隔水底喷取心钻头,利用CFD技术对钻头孔底流场进行数值分析,优化钻头排水槽结构、泥浆性能和水力参数,寻找一种最佳组合,为提高岩心采取率、预防堵心,提高孔壁的稳定性奠定基础。

深孔及松软地层大口径绳索取心钻具的研究与应用

为解决深孔大口径及松软地层取心难的问题,推进取心钻探技术的发展,研发了一套大口径绳索取心钻具。着重介绍了大口径绳索取心钻具的结构特点、技术参数、技术创新及使用效果。应用结果表明,该大口径绳索取心钻具结构合理、各机构动作可靠、岩心采取率高,能够满足深孔及松软地层的取心要求。

国外松软地层取心技术浅谈

松软地层取心是石油钻井取心作业中的难点 ,施工复杂 ,往往不易得到理想的效果。目前国外发展成熟的松软地层取心技术 ,一般使用全封闭工具 ,能适应井下地层的变化 ,可靠性高 ,其上部实现割心动作的方式有液力式和机械式 ,下部使用两类岩心爪以适应不同地层的要求 ,配用相应的取心钻头 ,岩心进筒阻力得以降低。该类工具应用范围广 ,可靠性高 ,但用于一些特殊松软地层的取心 ,使用效果并不理想。

我国松软地层取心技术浅谈

针对松软地层取心岩心成型难、进入岩心筒阻力大、割心困难大等特点,研制开发了多种适合地层特点的松软地层取心工具,如机械加压式取心工具,液力加压式取心工具、全封闭取心工具、橡皮套取心工具、外返孔取心工具和球悬挂加压式取心工具等。通过长期应用,取得了一些成功经验。然而对于极端情况下的取心,仍然无法获得满意的取心效果。建议改善实验条件,对取心工具和钻头进行综合深入研究,开发新的取心技术和工具,才能不断满足实际要求。

在城市松软地层中修建平顶框构隧道的设计研究

在深圳一条交通量很大的快速道路下修建平顶框构隧道 ,埋深仅约 2 4m ,隧道穿过的地层是人工回填砂和淤泥质砂层 ,呈流塑状态。控制地表沉降难度甚大 ,采用由型钢、喷混凝土、普通钢筋组成的初期支护 ,以控制顶板挠度为目标。

高渗松软地层水力压裂缝宽预测新模型

对高渗透松软地层进行水力压裂施工时,由于地层胶结程度差,强度低,压裂液对弱胶结裂缝壁面的切向应力就会破坏裂缝壁面的稳定性,使附着在裂缝壁面上的砂粒由静止变为运动,并随压裂液的注入而向缝端后移,形成冲刷裂缝;同时,砂粒在水力冲刷作用下的后移有利于“端部脱砂”产生,而“端部脱砂”的形成又加剧了水力冲刷作用强度,这种相互作用控制着缝宽的大小,影响着“端部脱砂”压裂施工的成败,因而具有很强的研究价值。现有的缝宽模型都以弹性理论为基础,并没有考虑该水力冲刷现象,因而不能准确地预测缝宽,文中综合考虑岩石力学、流体力学、压裂液性质以及压裂施工等理论,对该冲刷缝形成机理进行了分析,建立了一种新的针对垂直裂缝的水力冲刷缝宽预测模型,并编制了相应的计算程序,最后根据一些实际参数对该模型进行了分析验证。

松软地层内洗式取心工具

松软地层内洗式取心工具杨玉坤，孔凡亮（胜利石油管理局钻井工艺研究院）目前，国内外中硬地层取心工艺及工具发展较快，但对松软地层取心的研究较少。多年来，国内主要使用双筒单动、销钉悬挂、机械加压式取心工具。这类工具内简采用销钉悬挂，常发生销钉孔和销套变形，...

松软地层浅埋暗挖公路隧道现场监测分析研究

针对浅埋暗挖公路隧道的特点,对厦门高崎互通下穿嘉禾路隧道进行地表下沉、拱顶下沉、洞内收敛、支撑应力等项目的监测工作。基于监测结果,分析了该隧道围岩和支护系统的变形及受力特点,指出了松软地层中浅埋暗挖隧道开挖影响的时空范围和隧道施工中有效控制围岩变形的措施,并为支护体系的优化提供依据。研究结论丰富了浅埋暗挖思想,并为国内浅埋暗挖公路隧道的设计、施工和监测提供借鉴。

牛岭矿区第四系松软地层套管事故处理技术

第四系松软地层松散掉块,一般情况下必须下入套管,但出现套管事故非常不易处理。通过对一起套管事故处理措施和过程进行总结,为类似地层套管事故处理提供可借鉴的技术经验。

松软地层大断面井巷最小支护厚度计算方法及应用

结合公路隧道地压计算方法提出了煤矿松软地层大断面井巷最小支护厚度计算公式,并通过FLAC3D对支护结构进行了受力数值模拟计算,最后对碹体稳定性进行了验算。还介绍了其在工程中的应用。该计算方法简单实用,对工程实践有很强的指导意义。

袖阀布袋锚杆加固松软地层试验研究

钢管锚杆加固松软地层注浆质量不易控制,不能充分发挥锚杆的承载力,为此,提出采用改进袖阀布袋锚杆加固松软地层。开展了松软回填土层袖阀布袋注浆试验、袖阀布袋锚杆与钢管锚杆对比试验及袖阀布袋锚杆抗拔试验。试验结果表明:①袖阀布袋承受的最大注浆压力为1.4 MPa,布袋破裂后浆体包裹在锚杆周围,抑制了浆体流动。②袖阀布袋锚杆布袋破裂后形成直径为15 cm的圆柱形注浆体包裹于锚杆周围,而钢管锚杆注浆后浆体渗漏扩散严重,锚杆周围浆体分布不均匀,前者具有更为可靠的注浆质量与锚固力。③袖阀布袋锚杆最大抗拔力为杆体抗拔承载力标准值的103.5%~122.8%,充分发挥了杆体材料的强度。④试验中锚杆破坏时无明显的塑性变形,说明锚杆与地层粘结牢固,注浆效果良好。

松软地层浅埋大断面隧道塌方成因分析及处治技术

针对浅埋大断面隧道穿越松散软弱地层过程中出现的围岩稳定性差以及隧道塌方等问题,在分析隧道塌方成因机制的基础上,提出具体的塌方处治技术,并对其控制效果进行评价。所得结论如下:隧道塌方是多方面因素综合作用的结果,认为岩体松散破碎富水是隧道发生塌方的主要原因;提出以双层超前管棚和径向钢花管注浆为主的洞内围岩变形控制技术、以及以地表回填和注浆加固为主的洞外处治措施。现场实施后,隧道围岩变形稳定、支护结构受力合理,取得良好的应用效果,研究成果可为类似工程提供参考。