大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。

深埋老黄土隧道限阻耗能型支护方法

为解决蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土段的初期支护破坏问题,从合理处理围岩压力和变形关系的角度提出耗能支护理念;在分析依托工程初期支护受力机理的基础上,设计基于限阻器的限阻耗能型支护,在试验段进行施工,测试支护的受力与变形,分析限阻耗能型支护的工作性能。结果表明:深埋老黄土隧道在支护设计时不能忽略支护的变形能力,应从能量支护的角度统筹围岩压力与变形;围岩压力以形变压力为主,初期支护整体处于小偏心受压状态,故将以受压变形为主的竖板厚7.5 mm、高280.0 mm、间距100~150 mm的钢板型限阻器环向嵌入原支护的左右拱脚位置,通过限阻器形成限阻耗能型支护,实现围岩压力释放和支护内力降低;限阻器在距掌子面约1.5倍洞径时开始压缩变形,最终压缩量为100~150 mm,小于设计压缩量,且支护除特殊情况外无破损现象,支护内力有较高安全系数,围岩压力释放充分;相比加强型支护,限阻耗能型支护既能提高支护的安全性又能降低工程造价,节省直接成本1.4万元·m^(-1),优越性明显。

一种适应隧道大变形的限阻耗能型支护结构研发与应用

为解决隧道大变形初期支护因受力过大而破裂问题,通过理论分析和试验验证,自主研发利用材料峰后性能实现能量释放的"限制支护阻力阻尼器",简称"限阻器"。通过室内试验和工程调研,确定限阻器设计参数,制定由限阻器组成的限阻耗能型支护的设计和施工方案,并应用于工程实践,得到以下结论:(1)在应对隧道大变形等高能问题时,支护理念应从传统的大刚度、强支护转变为允许围岩变形、控制围岩能量释放的限阻释能型支护;(2)限阻器环向嵌入到初期支护受力关键部位中,将传统刚性支护转化为"刚–柔–刚"型的限阻释能型支护,成功解决了深埋老黄土隧道和高地应力水平岩层隧道中初支开裂问题,是一种可行有效的隧道支护手段;(3)限阻耗能型支护整体性和安全性有保证,且限阻器取材容易,加工方便,施工简单易操作,故限阻器增加了结构安全性的同时又提高了经济性。

限阻耗能型支护在大变形双线铁路隧道中的应用

为解决中老铁路沙嫩山二号隧道双线段大变形问题,引入限阻耗能型支护设计原理,从合理利用围岩峰后承载能力的角度出发,设计符合现场工况的限阻耗能型支护方案。结合试验段的初支工作状态、结构变形及内力监测结果进行综合分析,验证采用限阻耗能支护结构治理炭质板岩地层隧道大变形的合理性。结果表明:隧道开挖后,系统能量主要通过围岩塑性应变能耗散,支护耗散的能量是有限的,若能充分利用围岩的塑性变形能力,通过围岩自身耗散能量,有利于完成能量的守恒与转换,从而降低围岩压力;限阻耗能型支护属于受压屈服型控制体系,适用于受形变压力控制的小偏心受压环境,在降低后的围岩压力下辅助围岩在弹塑性状态下耗散能量而不破坏;限阻耗能型支护在沙嫩山二号隧道双线段得到成功应用,相比“强支硬顶”,大幅度降低了围岩压力,在不加强初支参数的情况下避免了初支开裂、钢架屈曲等问题,在保证安全的前提下提高了工程的经济性。