软岩大变形隧道自进式锚杆施工工艺探究

自进式锚杆作为一种有效的围岩支护措施,在软岩大变形隧道中应用广泛。依托成兰铁路德胜隧道,对自进式锚杆的原理和结构性能进行简要介绍,并对自进式锚杆施工流程进行梳理。进一步从人员、设备、工艺等方面,对比分析采用YT28风枪和锚杆台车施作自进式锚杆时的优势与不足。分析表明,自进式锚杆可以有效地控制隧道的变形,抑制塑性区的继续发展;采用锚杆台车施作自进式锚杆比采用YT28风枪施作自进式锚杆更有优势,施工效益更高。。

Ф76mm自进式锚杆超前支护在软岩隧道断层段运用技术

“管超前”是我们隧道十八字方针至关重要的一环,直接影响到工程是否能够正常推进。管超前指采用超前管棚或超前导管注浆加固地层,掌子面未开挖前先进行超前管棚或超前导管注浆加固地层,使松散、软弱地层经注浆加固后形成一个壳体,增强其自稳能力,防止地层坍塌现象产生,导管多采用φ32~φ50mm无缝钢管,管的尖端和管上小孔专门加工,沿导洞拱部排管,排管呈扇状,管距约为20~30cm,仰角约为5°左右。常规隧道中超前支护一般是以Ф42mm无缝钢管居多,需根据地质情况具体而定,但在软岩隧道、断层段、富水段等特种隧道及隧道的特殊段落,经过实践证明运用常规手段不能得到良好支护效果,刚度无法保证,会出现前方被压溃现象,造成工程无法正常推进,造成及危险的安全隐患,工程无法顺利推进。鉴于这种情况,本技术依托九绵高速控制性工程白马隧道项目试验段,选取代表性的典型段落,该段地质情况极其复杂,断裂构造发育,主要是千枚岩夹碳质板岩,埋深大、地应力高,施工中极易发生大变形、塌方及高压涌突水等现象,在刀切加-胡家磨断层破碎带及强烈影响带内,度过该断层过程中,掌子面围岩发生垮塌,经过不断尝试,过程中运用Ф76mm自进式锚杆超前支护+注浆方式作为超前支护,经过实践验证得到很好效果,保证了隧道施工安全,平稳度过。

自进式旋转钻头钻孔修复运动方程及关键参数研究

针对自进式旋转钻头依据钻孔修复理论计算长钻孔修孔参数误差大的问题,基于变质量牛顿定律,建立钻孔修复运动方程,得到修复长度和水力参数、钻孔参数、管道参数之间的关系,开展系统阻力测试试验,明确钻孔长度、角度、返水和运动速度对综合摩擦系数k的影响,修正运动方程,通过自进式旋转钻头修孔试验,验证运动方程。结果表明:综合摩擦系数k是运动方程的关键参数;自进式旋转钻头运动过程中,系统阻力随着修复距离增加呈线性增加;返水对钻头和高压软管产生阻力,导致综合摩擦系数k增大;钻头和高压软管在仰孔中运动时,重力的分力成为阻力;钻孔角度和射流压力增加均能导致返水流速增加,使综合摩擦系数k增加;综合摩擦系数k理论值需要用系数0.8进行修正;修正后的运动方程可以较为准确地计算自进式旋转钻头的最大修复距离,修复距离104.7 m时理论值与试验值误差为5.7 m,验证了自进式旋转钻头钻孔修复技术在长钻孔中应用的可行性。

管棚自进式钻孔安装技术在公路隧道施工中的应用

如何保质保量高效地完成管棚的施工一直是传统工艺的一大难题。常用的隧道管棚超前支护法,是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上,预先钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁钢管,起到临时超前支护作用,防止土层坍塌和地表下沉,以保证掘进与后续支护工艺安全运作。一、工程概况E763高速公路是欧洲11号走廊塞尔维亚段,连接塞尔维亚至黑山出海口巴尔港,是塞尔维亚最高效便捷、最安全稳定的出海通道,也是连接巴尔干地区与周边国家的运输大动脉。

一种适用于大直径盾构机自进式整体过站的施工技术

以广州某标段大直径盾构设备整体过站为背景,研究一种适用于大直径盾构设备自进式整体过站的施工技术。从特殊环境以及现有技术的弊端进行了对比,设计研究了盾构机过站托架的设计、托架与反力架的安装、抬升千斤顶的安装、托架滑行轨道的制作、盾构机及托架自进式过站技术。结果表明:该技术妥善解决了大直径盾构设备快速经济的整体过站问题,避免了大直径盾构分体式过站及传统的方式整体过站存在的一系列弊端,确保了盾构机安全、快速、经济的整体过站,大大缩短盾构施工工期。同时,该技术获得了业主及业内人士的高度评价,综合效益显著,也为类似地铁施工提供了借鉴和参考。

径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析

为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题,设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析,并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律,进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明,自进式旋转射流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大,随着径向半径的增大,轴向速度迅速减小;切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的"N"形分布,有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离;自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量,对射流速度有着重要的影响;喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化,得到射流钻头的叶轮螺距16mm,导叶数为2,喷嘴直径为1mm。

基于CFD的自进式喷嘴参数优化

为了有效穿透井眼污染带,扩大泄油面积,提高油藏采收率,最终实现增产增注的目的。通过建立喷嘴三维模型,采用Fluent软件进行模拟,研究自进式喷头在不同前后喷嘴直径、前后喷嘴角度下的流场特性,利用流场中速度的分布规律结合公式计算出反冲力、破岩力、推进力的变化趋势。结果表明:随着后喷射角直径和前喷射角角度的增大,反冲力、推进力增大,破岩力减小;随着前喷射角直径和后喷射角度的增大,反冲力和推进力减小,破岩力增大。最终得到喷嘴的匹配方案,为实际生产提供了可靠依据。

自进式多孔射流钻头径向水平井钻进能力分析

自进式多孔射流钻头前、后向孔眼参数对径向水平井钻进能力具有重要的影响。通过室内破岩试验研究了多孔射流钻头前向孔眼参数对破岩效果的影响,建立了自进式多孔射流钻头射流反冲力计算模型,研究了后向孔眼参数对射流反冲力的影响。研究结果表明,在试验条件下,破岩体积随着前向孔眼扩散角的增大呈先增大后减小的趋势,随着前向孔眼直径的增大,破岩体积逐渐增大;在相同的后向孔眼当量直径下,射流反冲力与后向孔眼数量无关;随着后向孔眼直径的增大,射流反冲力先增大后减小,射流钻头压降逐渐减小;后向孔眼直径的选择要兼顾射流反冲力和射流钻头压降,以保证射流钻头的自进和破岩效果。

自进式高压水射流破岩数值模拟分析

针对应用于开发低渗透性、裂缝性和薄储层等油气藏的高压水射流技术,基于推导的水射流破岩的临界速度,设计了一种用于油田井下破岩的自进式高压水射流喷头,并应用湍流模型对喷头内部的水射流流场进行数值模拟分析,应用动力学模型对水射流破岩过程进行数值模拟分析。结果表明,入口压力30MPa时,喷头产生的水射流达到了破岩所需速度,能够实现破岩,并且破岩产生的破碎坑的内切圆直径大于喷头的最大外径,可实现自进式破岩,而且破岩过程中水射流速度是"脉动下降"的。这也说明所设计的喷头用于破岩是可行的,这种设计方法、建模方法和数值模拟方法在分析高压水射流破岩方面是可行的。

自进式旋转水射流自进力的计算

旋转射流与普通射流的反冲力的大小是影响自进式水射流系统自进力大小的关键。通过分析旋转射流速度分布的特点,定性计算出了旋转射流与普通射流的反冲力之间的大小关系。分析自进力与反冲力二者的关系,得出自进式射流系统的自进力与正向喷嘴所采用的射流结构有关。

自进式水射流钻进技术在煤层气开发中的应用

自进式高压水射流钻进技术是在煤层气勘探井内布置机械或水力扩孔装置,对准选定的煤层进行扩孔后,下入特制的转向工具,在300mm的曲率半径内实现由垂直转向水平进行钻进.自进式钻头由旋转喷嘴、钻屑整合装置及推力提供装置等组成,其带动为其提供高压水动力的特制胶管向前连续钻进.高压水通过高压胶管为自进式钻头提供动力,进行钻进、推动及排渣.该技术可以在同一煤层气勘探井内的不同煤层内完成多个水平钻孔,这些径向水平钻孔可以沟通新的瓦斯流动通道,从而大幅度地提高煤层气产量.

自进式多孔水射流钻头钻孔规律的试验研究

针对现有侧钻水平井技术成本高,工作周期长和经济性差等难题,该文设计了一种采用高压水力射流为破岩主要动力的自进式高压水射流钻头,并对钻头进行了淹没条件下的试验研究,系统分析了在不同射流工作压力、涡轮叶片数目、射流作用时间等条件下自进式高压射流钻头的钻孔特性,给出了射流钻头最适宜钻孔的结构参数。试验结果表明:自进式高压射流钻头与普通射流钻头相比,具有钻孔深,孔径大而规则,工作时稳定性高等优点。同时,在一定范围内,射流工作压力越大,钻孔效果越好;随着涡轮元件叶片数目的增加,钻孔直径呈线性减小,而钻孔深度近似二次曲线增加。考虑到叶片的制造难易程度,叶片数目以4最为合适。该文的研究工作为径向水平井中射流钻头的优化设计提供了科学依据,对提高径向水平井钻孔效率和降低钻井生产成本等有重要的工程实际意义。

自进式动平衡围压水射流钻孔试验装置设计与试验

针对煤层气井极小半径侧钻增产技术与装备研究中高压水射流钻孔试验的需求,为模拟自进式动态平衡孔底围压射流状态,以更接近实际水射流钻孔试验情况,首先开发了自进式动态平衡围压水射流钻孔试验装置,该装置包含动态平衡测力、动态平衡配重和围压舱3部分,可对直径200 mm、长度300 mm的煤样进行淹没状态和10 MPa以内围压下自进力、钻进速度和不同喷头、喷嘴组合的水射流钻进试验。然后利用匀速运动时配重与装置内部密封阻力平衡的方法,对试验装置进行了标定试验,得到了不同围压下,密封件阻力与所需的配重之间的关系式。最后运用此模拟试验装置完成了非淹没、淹没和围压3种状态下水射流钻孔试验,得出了自进式旋转喷头钻进中喷射流量、角度、钻进速度、成孔直径和压力之间的关系。试验结果表明:同等条件下,淹没状态下钻进速度和自进力都有一定减小;围压状态下自进力、钻进速度和成孔直径都随着围压增大而减小,在围压2 MPa后自进力和钻进速度急剧减少;通过对比3种喷头试验结果发现,后喷角度较小时,自进力更大;旋转扭矩较小时,易于卡滞,因此建议选用后喷角为40°的方案,并增大旋转扭矩;同时喷射中实测流量与理论计算流量差别在30%以上,表明喷头有节流现象发生,建议增大喷头过流通径。

旋流自进式钻孔技术在瓦斯抽放中的应用研究

介绍了超短半径径向水平钻井系统的组成、旋流自进式钻头的结构及工作原理;分析了旋流自进式钻孔技术的破岩机理、钻进过程、钻进力、成孔直径和钻进深度。旋流自进式钻头应用于径向水平钻井技术,可以同一垂直孔中在不同煤层内完成多个水平钻孔,大幅度提高了瓦斯的抽放效率。

自进式中空注浆锚杆在隧道围岩支护中的应用

自进式中空注浆锚杆是一种集钻进、注浆、锚固功能于一体的新型锚杆,能够保证在复杂地层中施工效率高,安全可靠,锚固质量好。本文结合工程实例详细介绍了其在隧道围岩支护中的应用。

漂卵石隧道自进式中空注浆锚杆力学性能测试分析

为研究锚杆在漂卵石隧道中的支护效果,文章依托西藏某漂卵石隧道工程对锚杆进行了打入试验与拉拔试验。试验结果表明,原设计φ25锚杆平均打入深度只有1.50 m,为设计长度的42.7%,打入到极限深度时发生扭转破坏或发生空转而无法继续钻进;原设计φ51不带钻头锚杆的平均打入深度只有1.15m,为设计长度的38.3%,均以无法继续钻进而终止;不带钻头的情况下φ25锚杆打入深度较带钻头锚杆打入深度提高23.1%,φ51锚杆打入深度较带钻头锚杆打入深度提高95.2%;φ25锚杆拉拔力平均值接近设计值50 kN,但却无法发挥锚固作用。依据锚杆测试结果,确定了4项施工支护优化措施,包括:(1)取消系统锚杆,减小围岩扰动;(2)取消锚杆钻头,改为直接打入;(3)将锁脚锚杆由1组调整为2组,保证总体支撑深度;(4)超前锚杆由2.5m长的φ51锚杆调整为1.8m长的φ25锚杆。监测结果显示,方案调整后隧道收敛变形小幅增加,拱顶沉降明显减小,隧道施工速度明显加快,整体安全性得到提高。

自进式锚杆结合小导管注浆通过涌水塌方段施工技术

结合毛坝1号隧道左线ZK297+640涌水塌方段实例,研究并实施了自进式锚杆结合小导管预注双液浆的施工方案,方案经过实施,取得了良好效果。

自进式旋转射流钻孔的自进运动分析

旋转射流喷出的射流一边旋转一边呈锥形向外扩散,适用于钻孔工艺。自进式旋转射流采用反喷推进原理,使喷头自进。本文对射流自进力进行了分析与计算,建立了自进式喷头的运动方程,由运动方程得出反向喷嘴至少取三个,才能达到喷头自进的目的;同时考察了流量、反向喷嘴数目和反向喷嘴与射流轴线的夹角等参数对喷头自进的影响。结果表明:流量对喷头的自进运动影响较大,增大系统的流量是提高喷头自进距离和自进速度的有效方法;而改变反向喷嘴的数目和反向喷嘴与射流轴线的夹角,只能在较小的范围内改变喷头的自进距离和自进速度。

煤层自进式水射流钻头优化设计及实验研究

低透气性煤层的瓦斯抽放是制约煤矿安全和高效生产的主要因素,煤层瓦斯钻孔抽采是从根本上减少或消除矿井瓦斯灾害事故最有效途径之一,针对松软煤层瓦斯抽放孔易于塌孔,使用一般机械设备清孔存在对孔困难、效率低等问题,设计了一种使用井下现有水泵,用于软煤层塌孔后清孔作业的自进式水射流钻头。利用理论分析和数值模拟的手段,分析了钻头的旋转射流破岩能力、旋转密封效果和推进能力,并通过实验优化了自进式钻头的结构。该钻头工作泵压25 MPa、流量160 L/min,钻进速度大于0.02 m/s,成孔率高,符合西南地区煤层瓦斯孔清孔的要求,对于解决目前在煤层瓦斯孔清孔中存在的对孔困难,排渣不便等问题有较大的参考价值和实用意义。

砂性地层中自进式中空注浆锚杆承载特征试验研究及应用

自进式中空注浆锚杆是一种新型的多功能锚杆,应用在软弱、破碎、松散的岩层及边坡支护中有较好的效果。基于沿海地区砂性地层高透水性的特点,在桩锚边坡支护中采用自进式中空注浆锚杆,有效解决了此类工程中塌孔、流砂、注浆不饱满等难题。通过3根中空注浆锚杆的现场拉拔试验,研究了砂性地层中自进式中注浆锚杆的承载性能和变形特性。试验结果表明,锚杆的极限抗拔承载力达到210 k N,远大于设计承载力80 k N,位移均小于9 mm,能够满足工程需要。施工过程中,锚杆注浆压力可达1.9 MPa左右,注浆量比普通注浆锚杆稍大。