煤矿软弱围岩锚固孔底部扩孔区锚固效果保障方法与实验

锚固孔扩孔锚固作为增强锚杆(索)对煤矿软弱围岩巷道支护效果的技术举措,对提升煤矿软弱围岩巷道主动支护质量及安全水平发挥了重要作用,然而,扩孔施工也明显增大了扩孔位置锚固孔的尺寸,导致按照锚杆(索)常规树脂锚固施工方式进行施工时扩孔区锚固剂固化及充填效果不理想等问题,显然这不利于锚固孔扩孔锚固性能的充分发挥。为明晰锚固孔扩孔锚固时扩孔区锚固问题及其影响,并寻找有效的解决途径,以确保锚固孔扩孔条件下锚杆(索)的锚固性能,采用数值模拟及实验室实验相结合的方法开展了系统研究。研究结果表明:施工过程中树脂锚固剂弯折(曲)进入扩孔区使锚索无法对它进行有效搅拌及破碎,以及扩孔位置锚固孔体积的增大使得锚固剂不能有效充满,是导致扩孔区锚固问题的主要原因;锚索拉拔模拟结果显示扩孔区锚固缺陷对锚索的锚固性能及锚固系统的失效形式有较大影响;为改善扩孔区的锚固效果,提出了锚固孔底部扩孔区锚固效果保障方法,并实验验证了该方法的有效性,实验结果表明该方法有效确保了软弱围岩锚固孔底部扩孔区的锚固效果,增强了锚索的锚固性能。本研究有效解决了锚固孔扩孔区的锚固问题,有助于煤矿软弱围岩条件下锚索高强支护能力的充分发挥,为确保锚索对软弱围岩巷道支护效果提供了技术途径。

松散软弱围岩煤巷高效掘进及支护工艺优化研究

针对芦岭煤矿9^(#)煤层松散软弱围岩煤巷掘进技术难题,分析松散软弱围岩煤巷高效掘进支护主要影响因素及优化关键支护工序,并实现松散软弱围岩煤巷挖底、控顶、护帮整体控制效果,采用FLAC 3D数值模拟软件对芦岭煤矿Ⅱ946回风巷掘进支护方案及高效掘进工艺进行计算机模拟,设计松散软弱煤巷围岩稳定性控制措施,即“注浆锚杆(锚索梁)超前主动支护+协同柔性支护”工艺,现场试验表明芦岭煤矿Ⅱ946回风巷每日掘进从2.4 m增加到3.0~3.6 m,控制了松散软弱围岩的变形,提高了掘进效率。

富水软弱围岩小净距隧道掌子面稳定性及超前管棚支护技术研究

以义东高速公路防军隧道为例,通过理论分析与数值模拟相结合,研究了富水软弱围岩小净距隧道的掌子面稳定性与超前管棚支护技术。首先,基于管棚Winkler地基模型分析了掌子面稳定性安全系数,并采用Midas GTS NX有限元软件建立隧道模型;然后,分别分析了有、无超前管棚支护两种方案下的管棚弯矩、隧道围岩位移、衬砌应力以及特征断面掌子面稳定性的变化规律;最后,结合现场实际情况提出了富水软弱围岩隧道超前管棚的施工控制技术,并对其施工效果进行了监测。结果表明:采用超前支护与注浆加固后,可以减小裂隙水对围岩的侵蚀,提高围岩稳定性;施作超前管棚支护不仅能够改善掌子面的受力情况,使其安全系数增大了54.7%,且可减小隧道开挖时的拱顶沉降变形和有效控制掌子面塑性区发展,其中掌子面的挤出变形减小了约23%。

浅埋软弱围岩隧道掌子面锚杆预加固参数分析

大断面浅埋隧道在软弱围岩中全断面开挖时,隧道掌子面核心土处于短暂稳定或不稳定状态,处理不慎便会造成核心土的失稳,因此采用玻璃纤维锚杆对核心土进行预加固是有必要的。结合格鲁吉亚某隧道工程实例,采用新意法理念,运用FLAC3D有限差分软件,对浅埋软弱围岩隧道全断面开挖时掌子面玻璃纤维锚杆加固长度l(5个工况)和加固密度β(7个工况)进行优化分析,结果表明:随着l或β的增大,目标掌子面挤出位移和拱顶前方位移逐渐减小,目标掌子面拱顶前方应力逐渐趋于原始状态;当l>6 m或β>0.75时,掌子面锚杆对核心土的预加固效果不明显,综合工程的安全性和经济性,取l=8 m、β=0.75较为合理,为类似工程提供了一定的参考依据。

大断面软弱围岩隧道施工方法研究

为了解决大断面软弱围岩隧道的施工技术难题,以G30连霍高速公路某隧道工程实例为依托,通过现场隧道拱顶下沉、周边收敛及支护结构受力的监控量测情况,开展大断面软弱围岩隧道合理施工方法的研究。结果表明:微台阶环形开挖预留核心土法能够保证隧道施工安全、质量、进度要求,满足项目建设需要。

破碎软弱围岩巷道耦合支护技术研究

受开采扰动破碎围岩巷道容易发生变形破坏,是矿山深部开采面临的重要支护难题。以昆阳磷矿二矿破碎、极破碎地段巷道破坏为研究背景,采用有限元分析方法分析巷道开挖后围岩位移、应力分布特征、塑性区范围。研究发现巷道开挖后两帮出现拉伸破坏,拱肩部位产生大量的剪切塑性区,顶板区域发生贯通的变形破坏机理。因此,提出采用钢拱架、锁脚锚杆、钢筋网、连接筋、喷混凝土耦合支护形式防止巷道坍塌。通过现场应用表明:采用此耦合支护技术可有效控制破碎软弱巷道围岩的变形,支护效果良好。研究结果为类似工程地质条件下的巷道支护提供了借鉴。

软弱围岩暗挖车站双侧壁导坑法优化施工技术

为在确保安全及质量的前提下,节约成本并有效提高大断面隧道施工的功效,设计软弱围岩暗挖车站双侧壁导坑法优化施工技术,将传统双侧壁导坑开挖施工工法的上台阶曲型核心岩形状调整为直墙型,并将中下台阶核心岩柱加宽,提高核心岩柱自身承载能力及稳定性,减少临时支护投入,将临时工字钢支护调整为锚喷支护。把整个隧道大断面分成左、中、右三个小断面,每个断面再分成三个台阶进行施工;左、右导洞先行,中间断面紧跟其后;同一断面里程左下及右下台阶初期支护施工完成后,再进行核心岩柱拆除施工,逐步形成全断面,避免一次性开挖面积过大对围岩进行扰动而造成塌方。实践表明,所设计的车站施工形式更加灵活、多变,针对性明显提升,具有应用价值。

软弱围岩隧道施工过程的变形分析与控制技术研究

随着我国建设规模的不断扩大,隧道施工常面临软化程度和泥质含量高的软弱地层环境,受开挖扰动影响变形明显,工程施工技术要求较高,若开挖方法与控制技术不当,易导致围岩及周边土体变形。因此,采用FLAC3D数值模拟软件建立两种工法(双台阶法和CRD法)开挖的隧道模型,通过分析模拟数据可知,CRD法对围岩水平位移的控制效果较好,同时,开挖对支护结构最大主应力的控制效果最好。文章从软弱地层隧道变形特征及控制技术出发,合理选择隧道开挖方法,并对控制技术进行研究,具有一定的借鉴意义。

软弱围岩隧道大变形支护关键技术研究与应用探索

软弱围岩隧道大变形问题是隧道工程领域的重要研究课题,其不仅影响着隧道施工的安全效率,而且关乎工程项目的经济性和长期稳定性。由于软弱围岩具有承载能力低、易发生大变形甚至失稳的特点,这对隧道工程的设计与施工提出了严峻挑战,要求更为精确的预测技术和高效的支护手段。本文先简单介绍软弱围岩隧道大变形支护,然后分析主要的软弱围岩隧道大变形预测方法,并就软弱围岩隧道大变形支护关键技术研究与应用进行论述,最后根据实际案例研究软弱围岩隧道大变形支护关键技术研究与应用效果。

隧道风氧化带软弱围岩应力演化及变形机制

我国重大隧道工程建设正处于高峰期,我国已成为世界上隧道建设数量、规模和难度最大的国家,而隧道软弱围岩大变形机制是制约我国实现交通强国战略目标的重要科技难题之一。以甘肃马坞梁隧道工程为例,基于原位监测和数值模拟技术,对隧道风氧化带段软弱围岩变形机制进行了研究。通过在隧道的围岩-初期支护、初期支护-二次衬砌部位布设原位监测点,并建立大角度穿过风氧化带的双洞隧道数值模型,研究了隧道围岩不同部位的应力演化特征。结果显示:隧道开挖后,隧道围岩与支护结构间应力呈现初期快速增长、中期缓慢增长、后期逐渐稳定的趋势;隧道软弱围岩的应力分布具有极强的时空效应,风氧化带段软弱围岩在隧道掘进扰动条件下与衬砌的相互作用逐渐减弱;不同软弱围岩段(砂质板岩段和风氧化带段)围岩变形特征及应力分布呈现出明显不同的演变规律。研究成果可为国内同类型软弱围岩隧道掘进提供参考。

浅埋软弱围岩隧道管棚超前支护施工探讨

为分析管棚超前支护技术在浅埋软弱围岩隧道开挖施工中应用的要点,以某山岭隧道为例,首先分析隧址区地形地貌及地质条件,阐述施工技术难点;然后,对管棚支护力学机理展开研究,应用MIDASGTS/NX构建山岭隧道洞口管棚支护段三维有限元数值模型,对管棚受力变形及支护效果进行模拟分析。最后,对管棚超前支护施工工艺要点进行探讨,可为浅埋软弱围岩山岭隧道开挖施工质量及安全控制提供借鉴参考。

邻近水库软弱围岩小净距隧道开挖方案优化研究

以义东高速公路防军隧道为依托,对邻近水库软弱围岩小净距隧道开挖方案进行优化比选。运用有限元软件Midas·GTS·NX建立开挖方案优化前后2种方案的隧道模型,结合数值模拟结果和现场监测数据对隧道围岩应力、位移和塑性区分布进行分析对比。研究结果表明:从力学角度出发,2种方案对围岩稳定性的控制效果相差不大。围岩条件较好时,留核心土法开挖对保证施工安全、降低施工成本、缩短工期均能起到较好效果。综合考虑施工地质条件及工法特点,采用变更后的留核心土法更加符合工程实际。

软弱围岩隧道初支侵限原因分析及处置方案

以香草隧道出口段初期支护的变形侵限、结构开裂等工程问题为依托,对初支拱顶和边墙观测点进行监控量测,关注其最大累积变形量。根据初支变形情况及超前地质预报分析初支变形侵限原因并提出相应处置方案,通过数值模拟和现场试验对方案效果进行验证和评估。结果表明:由于该区段岩体整体较为破碎,呈层状构造稳定性较差,从而导致拱脚水平方向约束不足,周边收敛变形较大,侵入二衬空间。将衬砌类型Vb型变更为Vc加强型,增强初支参数可有效控制隧道周边收敛变形量。

大断面软弱围岩巷道开挖变形机制研究

以贵州黔西南贞丰地区烂泥沟金矿巷道变形为研究对象,结合现场勘测资料和数值模拟软件,分析该大断面巷道失稳机制和变形原理。结果表明:该金矿巷道围岩自身岩性相对较弱,在垂直及水平高应力的共同作用下,岩体破碎、岩体产状复杂多样;加之采动爆破的影响,围岩的变形更严重。通过FLAC3D软件模拟分析大断面软弱围岩巷道的变形,表明在该类型巷道开挖施工过程中,应注意顶板和两帮的维护及巷道失稳的变形机制,并提出复杂地质条件下大断面软弱围岩巷道变形破坏的支护建议,为减小复杂地质环境下施工引起的巷道变形提供参考依据。

软弱围岩地区公路隧道铣挖与钻爆联合施工问题分析

为探索软弱围岩地区隧道工程适用的开挖施工工艺,以某公路隧道为例,在原传统开挖方案下出现坍塌冒顶事故的基础上,提出铣挖和钻爆法联合的施工方法,并对开挖施工方案和支护方案进行设计。然后从超前支护、上台阶铣挖切槽及初支施作、下台阶铣挖切槽、钻爆开挖核心土、施作仰拱等方面对联合施工的施工要点进行分析。分析结果表明,铣挖和钻爆联合施工工艺能较好地克服新奥法扰动大、坍塌风险高以及机械掘进法施工成本高、一次性投入大的弊端,具有适应性强、施工简便、扰动小、风险低等优势,对于软弱围岩隧道开挖较为适用。

软弱围岩条件下的双连拱隧道施工方案应用分析

软弱围岩条件下的隧道施工难度较高、风险较大,采用双连拱隧道技术方案能够缩短靠山侧隧道长度、节约投资,但也面临工序复杂、扰动围岩等安全隐患。鉴于此,结合某地隧道工程实例,详细分析双连拱隧道施工技术的开挖方案选择,并提出可降低行车安全风险的新型洞门施工方案,为软弱围岩条件下的双连拱隧道施工提供参考。

超大断面浅埋软弱围岩市政隧道施工分析

随着市政道路工程逐渐完善,隧道断面不断增大,常面临超大断面浅埋软弱围岩的施工工况,对隧道施工提出更高的要求。本文经过对常见施工方法的分析,结合某工程项目对隧道施工方法进行详细阐述,通过建立双侧壁导坑法模型以及交叉中隔壁法模型,对两种工法进行比对,关注围岩位移的监测,控制支护变形以及地面沉降等问题,选择最佳施工工法。

浅埋软弱围岩隧道断面快速施工研究

为探究浅埋软弱围岩隧道断面所适用的快速施工工法,以某山区公路隧道工程为例,构建CD法、CRD法、双侧壁导坑法计算模型,并从初支结构安全性、围岩变形约束效果、工期、施工工效等方面展开比较;在比选出快速施工工法的基础上,从管棚施工、初支施工、仰拱及二衬施工等方面对浅埋软弱围岩隧道断面快速施工要点展开分析。结果表明,强风化地层中围岩自稳性随跨度及隧道长度的增大而快速降低,选用CD法将隧道断面划分成数个小断面开挖施工,能较好地提升施工过程的安全性,还有助于大型施工机械的应用及工效的提高;开挖期间掌子面稳定性好,地表沉降及周边收敛均较小。

坡录元隧道软弱围岩超前支护技术研究

管棚超前支护作为隧道施工一种重要的加固措施被广泛应用于各类工程。为探究管棚超前支护参数对软弱围岩隧道稳定性的影响,以坡录元隧道工程为研究对象,基于管棚超前支护控制机理,采用数值计算研究分析管棚直径、加固厚度和钢管布置范围对隧道支护效果的影响,确定了管棚钢管直径、注浆加固厚度和布置角度最佳值分别为108 mm、2 m、130°,并将确定的设计参数应用于现场。研究结果表明:隧道拱顶沉降和拱腰收敛值最大值分别为9.07 mm、8.46 mm,实测值与模拟值较为相近,证实了管棚超前支护设计参数的有效性。

软弱围岩浅埋大断面公路隧道支护结构参数比选

以乐汉高速为工程背景,借助有限元软件MIDAS分别构建地层结构模型和荷载结构模型,研究不同支护参数下隧道围岩变形及结构受力特征,结合结构安全系数,比选出隧道最为合理的支护体系。研究结果表明,不同初支厚度下结构受力均呈现边墙>拱腰>拱顶的分布规律,围岩变形呈现仰拱>拱顶>拱腰>边墙的分布规律,随着初支厚度的增加,结构受力及围岩变形均逐渐降低,但跌幅较小,在15 cm厚初喷C25支护下结构受力及围岩变形均满足工程要求。对于软岩浅埋公路隧道,结构安全系数最小值位于隧道拱顶,且随衬砌厚度增加而逐渐提高,采用45 cm,55 cm,65 cm厚C30钢筋混凝土结构安全系数及裂隙宽度均满足规范要求,为了节省经济,减少工程投资,二衬可选择45 cm厚C30钢筋混凝土。