隧道软弱破碎岩层辅助支护超前小导管施工

为保证隧道软弱破碎岩层在浅埋暗挖施工过程中的稳定性,不产生流沙或者塌方现象,需要在开挖之前提前对被开挖的土体做好超前加固或者常用支护等保护措施。本文分析超前小导管注浆施工在隧道软弱破碎岩层辅助支护工程中的操作要点和关键技术,根据以往施工经验,总结不足之处,并提出整改意见,以保证可以最大限度发挥出该项施工工艺对隧道工程的建设作用,为隧道工程创造出更好的社会效益和经济效益。

软弱破碎带巷道开挖围岩破裂演化规律及支护技术研究

软弱破碎带是矿山井巷工程中一种典型的地质构造,对巷道开挖施工及长期稳定性具有重要影响。针对穿过软弱破碎带的矿山平巷,软弱破碎带的倾角是巷道能否保持稳定的关键影响因素。以某矿山平巷工程为背景,采用岩石真实破裂过程分析软件RFPA,对不同倾角软弱破碎带下平巷动态开挖过程中围岩破裂演化进行数值模拟,研究不同倾角软弱破碎带对巷道稳定性的影响。研究结果表明:软弱破碎带对工程围岩破裂演化方式具有显著作用;不同倾角的软弱破碎带对工程围岩稳定性的影响程度不同;随着软弱破碎带倾角的减小,井巷工程围岩稳定性逐渐降低。并根据软弱破碎带区段的地质条件,提出对应的支护措施,以实现安全高效开挖的目的。

软弱破碎巷道“锚架”联合支护围岩控制技术研究

潞宁煤业公司22126运输巷为典型的软弱破碎围岩巷道,采用单一锚杆(索)支护方式,支护阻力较小,难以解决巷道围岩承载能力弱、变形量大的难题。为有效控制巷道变形,促进矿井安全生产,提出了“锚架”联合支护技术控制软弱破碎巷道,阐述其支护机理,建立了“锚架”联合支护组合拱模型,得出了“锚架”支护组合拱结构的极限承载能力。采用FLAC3D数值模拟对围岩控制方案进行优化,结果表明,“锚架”联合支护方案较锚网支护方案、架棚支护方案下顶板最大位移分别减小了63.3%、68.9%,两帮最大位移量分别减小了69.1%、65.6%,软弱破碎围岩巷道变形得到了有效控制。现场实测巷道最大顶板下沉量为156 mm,最大两帮移近量为139 mm,巷道断面收敛率减小,有效地控制了巷道变形。

软弱破碎围岩地铁隧道施工工法数值仿真

针对青岛某软弱破碎围岩地铁隧道工程,根据其地质勘察和相关设计资料,隧道断面拟设计为单洞单线与双线马蹄形两种结构方案。采用Midas-GTS有限元分析软件建立了单洞单线和双线隧道断面的数值模型,并基于Mohr-Coulomb本构模型全过程模拟了上下台阶法和交叉中隔壁法(CRD)的施工流程,验证了该隧道衬砌设计的合理性及开挖方法的适用性。相应数值模拟结果对于类似软弱破碎围岩地铁隧道暗挖施工具有重要的参考价值。

隧道固结开挖技术在富水软弱破碎岩层的应用

以某高速公路隧道工程为例,简述涌水突泥灾害的基本状况和原因,考虑富水软弱破碎岩层的特殊性,探讨帷幕注浆施工技术在此类地质条件中的应用要点,包含施工思路、施工工艺流程及具体方法。检查结果显示,单孔出水量和孔内涌水量均得到有效控制,从而降低涌水突泥的发生几率,保障隧道的施工安全和运营安全。

深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术研究

为解决煤炭开采过程中遇到的深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制问题,本文结合某工作面实际情况,提出四套支护技术方案,并通过数值模拟验证各方案的可行性与有效性,以期为相关人员提供参考,保证该煤巷支护的有效性。

软弱破碎围岩隧道开挖支护中CD法与环形开挖留核心土法对比分析

针对Ⅴ级围岩隧道岩体破碎,开挖中易发生松动变形、掌子面挤出、拱顶坍塌及地表沉降过大等病害的问题,基于FLAC 3D有限差分软件,对采用环形开挖留核心土法及中隔壁法(CD法)施工过程中围岩应力、位移和塑性区范围发展情况进行对比,分析不同开挖支护方法对围岩稳定性的影响。结果表明,相较于环形开挖留核心土法,CD法具有施工扰动小、初期支护封闭早、围岩位移及塑性区面积较小的优点,更适合于Ⅴ级围岩隧道的开挖支护。

软弱破碎地层隧道掘进支护CD法及环形开挖留核心土法的对比分析

隧道工程施工地质条件复杂,开挖难度较大,安全风险高,尤其对于软弱破碎地层隧道开挖,极易产生围岩变形、坍塌等问题,严重威胁施工安全。为有效提升隧道施工技术水平,保证施工安全,结合某隧道工程施工实践,并借助FIAC有限差分模型,对在软弱破碎地质条件下进行CD法及环形开挖留核心土法施工时,隧道围岩应力、变形、塑性区破坏面积变化进行比较分析,并对两种方法对围岩的扰动情况进行评价。结果显示:与环形开挖预留核心土法相比,CD法施工对围岩干扰小、初支闭环及时、隧道变形及破坏小,对于软弱围岩Ⅴ级隧道施工更加适合。

软弱破碎板岩大变形隧道超前注浆加固施工技术研究

针对玉磨铁路甘庄隧道施工过程中穿越的软弱破碎板岩地层,提出超前注浆法对隧道围岩进行超前加固。通过理论分析和数值模拟分析不同管棚直径和不同注浆层厚度下的超前加固效果,通过比选得到最优的超前预支护方案指导现场施工,结果表明:当管棚直径较小时,增大管棚直径能有效控制隧道围岩沉降,但当管棚直径增加到一定程度后,继续增加管棚直径,管棚支护效果并不明显。随着注浆加固厚度的增大,初支变形显著减小,注浆加固厚度在50cm时能够很好地起到隧道支护控制效果。根据数值模拟结果结合现场情况比选出了管棚直径、间距和加固厚度等最优参数,应用效果良好,可为类似工程提供借鉴。

隧道软弱破碎带施工处治技术

文章结合软弱破碎带施工处治工程实例,根据隧道病害现场调查情况,提出采用临时仰拱保证支护体系稳定的两种处治方法,有效保证了施工过程中的安全及后期隧道运营期间的安全,提高了隧道的耐久性,降低了后期维护成本。

软弱破碎围岩隧道钢拱架锁定施工技术研究

某高速公路隧道左洞长度为2102 m,右洞长度为2066 m,该隧道为双向四车道,该隧道净宽10.3 m,净高5 m,衬砌形式为钢拱架复合式衬砌。该隧道围岩状况极其复杂,存在着几处断层破碎带及其他的不良地质,由于受到围岩等级的影响,该隧道施工进度比较缓慢。为加快施工进度,减小隧道变形,进行了一系列的技术研究,重点是如何通过厚度较大的断层破碎带,因此,对于初期支护结构的变形控制提出了很高的要求。

超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏过程三维地质力学模型试验研究

为研究超大断面隧道围岩随埋深逐渐增加的渐进性破坏过程,通过大型三维均匀梯度加载地质力学模型试验系统和软弱破碎围岩及其支护系统相似材料的研制,开展大跨度隧道围岩随埋深逐渐增加渐进破坏过程的大比尺模型试验,真实再现全断面和台阶法开挖段周边围岩及掌子面保留段软弱破碎围岩渐进破坏的全过程。首先,以一定范围内埋深(200～1 020 m)的双线大跨度隧道软弱破碎围岩(铁路隧道V级)为研究对象,采用铁晶粉、松香、石英砂、重晶石粉以及聚四氟乙烯棒等原料研制出具有应变软化特性的软弱破碎围岩、初喷混凝土以及锚杆等相似材料,并配以能实现精细开挖和支护施作的微型设备及其配套工艺,通过可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架模拟隧道全断面和台阶法施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测隧道洞壁及其整数倍洞径(0～3倍)范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息;然后,对隧道全断面和台阶法开挖段以及掌子面保留段围岩进行超载试验,按50 m埋深等荷加载改变隧道埋深,直至隧道全断面无支护段围岩开始出现明显破裂特征,然后再按20 m埋深等荷加载缓慢增加隧道埋深,直至隧道全断面和台阶法支护段初喷混凝土大面积破坏脱落。试验结果表明:(1)在埋深不断增加过程中,隧道围岩破坏区域呈渐进扩大趋势,全断面无支护段周边围岩最早发生破坏,然后依次扩展至全断面支护段初喷混凝土和台阶法支护段初喷混凝土,最终破坏区面积顺次由大到小;(2)无支护段围岩破坏区和支护段衬砌结构破坏区均主要集中在拱顶上方区域,是衬砌结构破坏和围岩塌落荷载的主要来源,两侧边墙也存在局部破坏区,自边墙上部至拱角部位破坏程度逐渐加剧;(3)在埋深增加过程中,支护段围岩位移增长率小于无支护段,应力和荷载增长率恰相反,支护结构承载效应明显;(4)超载过程中,围岩的破坏深度不断增加,尤其是拱部呈现动态压力拱现象,据此确定顶部加固范围在理论上具有可行性。研究的方法技术及结果将对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。

超大断面隧道软弱破碎围岩空间变形机制与荷载释放演化规律

为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程。首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍(0～3倍)洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律。研究结果表明:(1)软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程;(2)软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;(3)台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10%～25%,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期;(4)台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围;(5)隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载释放区,及时施作支护可有效减弱掌子面前方围岩荷载的集聚程度和荷载峰值,使荷载峰值出现的位置滞后,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定。

深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术

针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷易冒顶、大变形、难支护等特点,基于锚杆和锚索支护理论,提出了兼具组合梁和组合拱承载效应的梁-拱锚固承载结构,分析了梁-拱锚固结构的几何特征,揭示了不同锚固参数条件下梁-拱锚固结构的形成过程及演化规律,反映了不同支护形式下煤巷顶板的锚固结构效应。采用FLAC^(3D)模拟研究了4种支护技术方案条件下深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩位移与塑性区损伤扩展演化规律,揭示了不同支护技术方案对矩形断面煤巷围岩的控制效果,验证了采用基于梁-拱锚固结构的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护技术方案的合理性,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"梁-拱锚固结构"支护技术方案有效地控制了深部软弱破碎复合顶板煤巷离层与大变形,维持了深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。

强震区软弱破碎千枚岩隧道系统锚杆支护作用效果分析

以在建的穿越5.12强震区发震断裂带的广甘高速公路杜家山隧道为工程依托,选取20 m典型围岩区段为试验段,对有、无系统锚杆时的洞周位移、锚杆轴力、钢拱架内力、围岩与初支接触压力、及其二衬内力进行实测对比分析,探讨锚杆支护作用效果不明显的成因,提出了在强震区软弱破碎千枚岩隧道围岩中采用"钢喷"初期支护的支护方案。研究结果表明:设置锚杆的断面,其锚杆轴力值较小,最终洞周变形值及围岩与初支的接触压力值相对偏大,钢拱架和二衬的安全储备相对不足;锚杆的施工不仅在某种程度上加剧了对深部围岩的扰动,而且还延误了喷射混凝土和钢支撑支护对暴露围岩及时封闭的最佳时机;震后深部围岩的震裂损伤和震裂岩体地下水的渗透性增强,致使围岩松弛区域超过了锚杆设置范围,且锚杆与围岩间的黏结力被削弱。

超大断面隧道软弱破碎围岩台阶法施工过程力学效应规律研究

超大断面软弱围岩隧道施工过程中,采用台阶法施工方案容易引起大面积塌方,但是可以有效缩短施工工期,从安全性的角度出发,台阶法施工特别是作为台阶法核心问题的台阶高度选择值得进一步分析。依托兰渝铁路两水隧道,采用三维数值仿真手段,分别建立台阶高度取H/3,H/2,2H/3和最大宽度处模型,模拟了铁路隧道在极软弱围岩中采用台阶法施工选择不同台阶高度的施工过程,对比不同台阶高度下隧道的拱顶沉降、水平收敛和掌子面挤出变形,揭示了台阶法施工过程中围岩力学效应的演化规律,并最终得出最优台阶高度,为工程施工提供参考。

软弱破碎巷道围岩深浅承载结构力学分析及数值模拟

巷道围岩-支护相互作用体系中围岩承载区是围岩应力的主要承载体,控制围岩承载区域的稳定对巷道围岩的稳定具有积极作用。针对软弱破碎巷道围岩工程地质特性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对巷道围岩承载结构进行研究。考虑巷道开挖后岩体强度、应力和变形特征,建立了软弱破碎围岩巷道的理论计算模型,得到了围岩的应力场、位移场和塑性破坏区范围的解析解;考虑岩石峰后强度软化、剪胀扩容效应、原岩应力和支护阻力等因素的影响,在空间上将巷道围岩承载结构划分为"浅支撑层"和"深支撑层",同时在深支撑层内,存在一个高应力区域,承担了围岩的大部分荷载,对深支撑层的承载能力与稳定起着关键作用,称其为"关键支撑层"。通过算例分析了围岩残余强度和支护作用对深浅支撑层结构演化特征和巷道变形的影响。采用FLAC3D程序对深浅支撑层结构演化特征及巷道变形进行了数值模拟。研究结果表明:围岩的残余强度越大,深浅支撑层结构在空间上表现的越明显;剪胀扩容效应发生在深支撑层中的软化区内,但其最终导致浅支撑层发生变形;随着原岩应力的增大,巷道围岩深浅支撑层的厚度均不同程度的扩大。

软弱破碎围岩运输巷道变形机理及修复支护

为解决井下软弱破碎围岩巷道的支护问题,以巴鲁巴铜矿580 m水平运输巷道为研究对象,对巷道稳定性进行监测,分析巷道的变形特征及其影响因素,认为应力集中、围岩软弱破碎、支护强度低以及水的影响是巷道变形的主要影响因素。对巷道变形机理进行研究,建立巷道力学模型,在此基础上结合现场实际提出"钢拱架+长锚索"联合支护方案。使用FLAC3D对修复前后巷道稳定性进行模拟分析。研究结果表明:修复后巷道应力集中区域远离巷道表面,巷道围岩塑性区域面积下降40%。对巷道进行修复并对其稳定性进行监测,60 d内巷道两帮最大收敛变形量为39 mm、顶板最大下沉量为50 mm,没有明显的底鼓发生,巷道变形得到有效控制。

软弱破碎围岩隧道炭质页岩蠕变特性试验研究

采集贵广铁路天平山隧道典型软弱破碎围岩岩样,在室内开展三轴常规压缩和三轴压缩蠕变试验。基于岩石试验成果,分析炭质页岩的蠕变力学特性,低应力水平条件下岩石仅出现减速蠕变和等速蠕变阶段,在更高的应力水平条件下,岩石并未出现加速蠕变的现象,但围压在一定程度上提高岩石的屈服强度,弹性模量亦有随着围压增加而增大的趋势。据此,建立依托工程炭质页岩蠕变全过程的黏弹塑性应变软化蠕变力学模型,推导该蠕变力学模型在三维应力状态下的本构方程,并确定模型的参数,运用最小二乘法对模型的参数进行辨识。通过与试验曲线对比显示,所建蠕变模型能够描述依托工程炭质页岩的蠕变力学特征,可以用来研究该隧道软弱破碎围岩的蠕变性质和稳定性。