煤矿复杂地层TBM掘进巷道新型装配式支护结构工程实践

TBM(Tunnel Boring Machine)全断面掘进机已在煤矿深井巷道掘进工程中成功应用,取得了显著的社会经济效益。但仍存在影响其进一步推广应用的技术瓶颈。针对当前支护结构与支护技术难以同时满足支护效率、支护强度和施工成本方面的要求,TBM难以充分发挥其速度优势的技术瓶颈,研究团队研发了新型钢管片型装配式支护结构。开展了新型装配式支护结构大比尺模型试验,获得新型支护结构在受载条件下变形破坏规律,根据试验结果优化新型支护结构型式。基于新型钢管片支护下TBM掘进巷道数值模拟评估新型支护结构可靠性。最后开展工业性试验,现场验证新型钢管片式支护结构用于煤矿TBM掘进巷道的可行性。试验结果表明,巷道围岩最大拉应变为803×10-6,钢管片支护结构变形量小于1 mm。新型支护结构安装速度快,可在90 min内掘进1.5 m并完成一环管片的安装工作,显著提高了TBM掘进巷道的支护强度和TBM掘进作业线的地层适应性。为未来进一步提高煤矿巷道掘进速度、保障煤矿采掘接替提供技术参考。

超高性能混凝土可装配式支护结构分析

超高性能混凝土,以下均简称为UHPC,是目前来说最具有创新性的水泥基工程材料,该材料的出现使得工程材料性能实现大跨越,基于此,本文设计出一种用于基坑支护的可装配式结构,并基于等效刚度理论给出求解该结构刚度的公式,进而对其支护稳定性及其承载力特性进行了分析,然后得出结论,发现满足相关的规范要求。最终,该结构在太原武宿机场某基坑中得到运用,通过相关计算发现满足要求,证实了该结构在实际工程中的可行性。

等截面装配式框架预应力锚索支护结构承载特性研究及其算法验证

目前边坡支护工程多采用现浇框架预应力锚索支护结构,该结构能满足滑坡和边坡支护的要求,但是面对应急救灾和施工不便的工程项目时存在不足之处。对此,针对等截面装配式框架预应力锚索支护结构及其算法,通过数值模拟、现场监测试验、理论研究等手段,深入对比研究了装配式框架和现浇框架的承载特性,并验证了装配式框架算法。结果表明:等截面装配式框架预应力锚索支护结构同现浇框架结构承载能力基本相同,但是具有工期短、耐久性好、施工方便等优点;随着高度增加,在立柱上的装配式框架和现浇框架装配式框架应力、应变的差值变大,对横梁上的应力、应变影响较小,并且预制构件连接处节点强度较低,同时装配式框架应变随着温度在2℃~30℃内变化时趋于稳定;通过数值模拟发现三种装配式框架结构设计计算方法中铰支座结构设计算法更加安全,可运用于实际工程设计。

装配式双拼钢围檩的拼接节点承载性能研究

结合某下穿通道基坑开挖的装配式钢结构支护体系,对双拼钢围檩拼接节点及相关组合桩和支撑进行现场测试,获取围檩承担的荷载数据,进而建立有限元分析模型。对比有限元计算值与实测值,分析拼接节点的承载性能。结果表明,依据等值梁法所得的组合桩内力可以用于围檩的荷载计算;拼接节点的有限元计算结果与现场监测数据较吻合,可为装配式双拼钢围檩的应用提供参考。

新型装配式基坑支护结构设计与试验

基坑支护结构作为一种临时支挡设施,如何做到确保安全的前提下降低工程造价、提高施工速度是工程界普遍关心的问题。为此,结合实际工程需要,提出一种施工安全快速、造价低、可回收利用、绿色环保的新型基坑支护型式——十字形装配式基坑支护结构。介绍并设计了该支护结构格构单元的结构选型和计算方法。依托南宁市五象新区某项目做了基坑支护现场试验,结果表明试验值与计算值相近,证明了设计方法的正确性。在该基坑支护结构支护下,基坑稳定性、基坑变形、支护结构强度均满足规范要求,可以在类似的工程中推广应用。

装配式可回收基坑支护结构碳排放与能耗计算分析

随着装配式钢结构支护技术在基坑支护工程中逐渐推广和碳中和政策的提出,对装配式钢结构支护与传统钢筋混凝土支护在碳排放和能耗等方面进行分析研究,通过调研、查阅文献等方法建立基坑支护工程全生命周期的碳排放和能耗计算模型,以马鞍山某工程为例对两种支护形式的碳排放和能耗进行分析计算,得出了钢结构支护碳排放约为钢筋混凝土支护的14.3%,能耗约为16.2%;钢结构支护相比较钢筋混凝土支护的单位面积碳排放和能耗分别减少了503kgCO2、97kgce;工期节约近一个月,节省工程造价约200万元,取得了良好经济效益和社会效益,可为类似工程提供参考。

粉土基坑柔性支护结构变形特征

为了解装配式可回收支护结构在粉土地区基坑开挖过程中的变形特征,以郑州市牛口峪引黄工程干线管道工程工作井基坑为背景,运用ABAQUS有限元软件分别建立了粉土环境下摩尔库伦土体和修正剑桥土体的装配式可回收支护结构基坑模型。通过比较分析模型的差异并结合模拟数据与理论计算以及实测数据的对比,对该类型结构支护效果作了定量的描述。结果表明:研究开发的采用修正剑桥土体的装配式可回收支护结构模型能较为真实地反映结构受力及变形特性,桩体水平位移最大值仅为3 mm,较传统支护水平位移更小;基坑基底最大隆起量仅为12 mm。可见装配式可回收支护结构整体变形较小,结构稳定性较高,可以作为指导粉土地区同类型基坑工程施工的重要参考。