砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

膨胀性软破岩层深竖井施工分级支护研究

境外某铜金矿千米深竖井在通过膨胀性软破岩层(泥灰岩)时,围岩遇水膨胀压力极大,先后出现两次井壁垮塌和开裂的情况,对施工进度及施工人员安全产生极大影响。为解决该问题,查找相关文献资料及国内外类似施工案例,对通过膨胀性软破岩层的井壁破裂机理进行分析,针对性地制定井壁破裂修复方案;在此基础上,进一步调查施工地点的工程地质和水文地质情况,通过分析与总结,提出深竖井不良岩层的施工及分级支护方案,对其所穿过的膨胀性软破岩层的围岩制定分级表,根据不同岩体等级分别提出相应的施工及具体支护方案。通过对两次破裂处井壁的修复,较长时间内未出现裂缝及漏水现象,修复效果良好,达到预期;此外,竖井井筒后续施工中在采用分级支护方案后,井筒顺利通过厚度超过500 m的不良岩层,且在工期、质量、安全三个方面都取得良好效果,保障该深竖井工程的施工质量与施工安全。该工程为膨胀性软破岩层中的深竖井掘进施工积累了宝贵经验,对类似工程具有一定的借鉴意义。

管棚法支护在富水层沙土地质深基坑支护工程中的应用

结合某建筑工程,针对其存在突涌、流沙以及地下构筑物及周边建筑物变形较大的问题,采用管棚法对深基坑进行支护,主要围绕该技术的原理、施工要点、施工质量及安全控制措施进行探讨,并对施工经济效益进行分析,最终得出结论:管棚支护法具有经济、高效的优点,用在深基坑支护中可取得较好的社会效益和经济效益。

超浅埋暗挖车站隧道下穿城市主干道沉降控制技术

超浅埋暗挖技术现已经广泛应用到地铁施工建设中,以济南地铁4号线邢村站附属结构A号出入口地下通道为例,利用ABAQUS软件建立超浅埋暗挖地铁隧道下穿管线三维有限元模型,对地下通道部分开挖过程进行了模拟。研究地下通道在有无管棚注浆预支护条件下横穿城市主干道管线变形和周围地表沉降变形规律,分析了隧道衬砌的变形和受力。结果表明,在管棚预支护条件下进行隧道开挖,能有效地减小地表沉降和管线沉降,其地表最大沉降值与未采用管棚预支护相比,分别下降60.24%和66.8%;矩形断面的横通道在开挖过程地表和管线的沉降影响大于标准拱型断面。

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%。

浅埋偏压小净距隧道管棚支护参数优化研究

为研究浅埋偏压小净距隧道管棚+超前小导管联合超前支护参数对隧道支护效果的影响,依托彝良隧道洞口段工程,通过FLAC3D建立不同管棚注浆加固区厚度、长度、直径、环向间距和外插角度等参数下的三维模型工况,分析各管棚参数对围岩位移的控制效果。结果表明:增大管棚注浆加固区厚度、直径和长度可降低围岩位移,注浆加固区厚度为3 m、管棚直径为100 mm和长度为40 m较佳;随管棚外插角度和环向间距的增加,围岩位移逐渐增大,管棚外插角度为2°和环向间距为0.3 m较为合适。在管棚合理支护参数选择的基础上,将模拟值与现场监控量测值对比,验证所选支护参数的合理性和可靠性。

隧道洞口浅埋偏压段超前支护方案数值模拟

由于山岭隧道洞口段多处于浅埋偏压地形,为保证施工进洞安全,常常需要采取超前支护以控制洞口段围岩变形,保证围岩稳定。以彝良隧道洞口段为工程背景,采用FLAC 3D有限差分软件,分别建立无超前支护、管棚超前支护、超前小导管超前支护和管棚+超前小导管联合超前支护方案进行比选分析。计算结果表明:超前支护可大幅度降低围岩竖向位移、水平位移、竖向应力以及抑制拱顶塑性区发育;从支护效果上看,管棚支护效果最佳,管棚+超前小导管联合支护次之,超前小导管最差;从管棚长度自身以及施工经济合理性考虑,在控制围岩变形效果相当的条件下,采用管棚+超前小导管联合支护较佳。研究可为类似浅埋偏压隧道洞口段超前支护方式的选择提供借鉴。

急倾斜巨厚煤层巷道掘进安全支护技术

乌东煤矿急倾斜巨厚煤层赋存条件复杂,巷道掘进存在夹矸多、顶板易破碎区段,存在较严重的安全隐患,为了解决该隐患,乌东煤矿在巷道常规段采取长、短锚索及锚杆联合支护方式,在易破碎段增加管棚支护。经数值模拟与现场观测表明,常规段联合支护效果显著,相较未支护顶板下沉减小50%,巷道围岩内部没有严重破坏区,巷道表面平整,没有大块片帮及冒落情况;易破碎段管棚支护下巷道顶板平整未出现垮冒。微震监测结果表明,在掘进期间巷道围岩活动平稳,表明该支护技术可以很好地控制巷道变形,对于复杂条件下巷道安全支护提供借鉴及指导,具有重要的应用价值及科学研究意义。

某矿巷道穿越高压富水断层破碎带综合防治水技术研究

随着浅部矿产资源的日益减少,深部开采已成为必然趋势,水文地质条件日益复杂,防治水害日益严重,水害威胁制约着矿山整体开发进度,尤其是深部井巷穿越地质条件复杂的含水层和断层裂隙水时治理难度更大。本文介绍某矿山通过采取物探、工作面注浆堵水和超前管棚支护综合治理手段穿越复杂断层破碎带的成功经验,为其他类似矿山井巷水害治理断层破碎带提供借鉴。

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。

管棚超前预支护力学计算的改进梁模型

为防止隧道孔洞坍塌、控制围岩变形、保障掌子面的稳定和施工安全,计算了管棚的真实力学行为。基于掌子面前方扰动岩土的支撑作用和初支变形及其滞后效应,推导了管棚梁计算模型和挠度计算公式,并对比分析了公式推导值、现场实测值和数值模拟值。分析结果表明:与数值模拟值相比,推导的新型梁模型计算值与现场实测值更加接近,表明其具有一定的合理性。综合各方面因素后认为,钢管直径为114 mm+围岩注浆时控制围岩变形的效果最好。由推导的新型梁模型计算的钢管最大挠度值为11 mm,满足施工要求,验证了新型梁模型的可靠性。

泥化软岩巷道的支护优化设计

为解决采用传统U型钢支架对软岩巷道进行支护所面临的冒顶和两帮移近量增加的问题,对1201工作面基本地质条件分析的基础上,分析了传统U型钢支架支护不到位的原因,并提出了采用管棚进行超前支护和注浆加固进行强化支护的理念,并对优化后的效果进行综合评估,得到理想优化效果。

软弱破碎围岩条件下大断面钻爆法隧道全断面机械化施工支护结构设计

为提高山岭隧道施工信息化、机械化水平,结合深汕合作区通港大道实际项目情况,研究在软弱破碎围岩条件下,适应大断面山岭隧道全断面机械化施工的支护结构设计。根据数值模拟分析,设计采用超前管棚支护、掌子面玻璃纤维筋加固等技术措施可加强隧道围岩整体稳定性,并有效控制掌子面变形,实现大断面隧道全机械化施工。后续结合实际现场监测数据反演,形成完整隧道机械化施工技术路线,为相关类似工程提供参考。

富水砂卵石地层盾构隧道近接下穿运营线路变形特性分析

依托成都地铁19号线双流机场—龙桥路站区间下穿既有运营地铁3号线工程,采用ANSYS数值模拟软件,分析富水砂卵石地层超前管棚支护和洞内深孔注浆联合加固下,盾构穿越施工全过程的地表沉降和既有地铁管片支护结构变形规律,并通过实测数据验证数值模拟的准确性。结果表明:地表竖向沉降符合Peck曲线分布,地表最大沉降2.59 mm,满足下穿施工控制要求;3号线管片保持平稳,竖向位移最大值4.80 mm,左右拱腰虽然在穿越段受开挖扰动,发生较大水平位移,但在穿越后基本恢复;现场实测数据表明联合加固方案可确保盾构施工及运营线路的安全。

厦门翔安隧道洞口段管棚设计与施工

为了给出厦门翔安隧道洞口段管棚超前支护的设计参数,采用快速拉格朗日有限差分法分析了管棚超前支护的效果;指出施工中遇到的问题及解决办法.洞口浅埋段采用40m长管棚超前支护,经注浆形成的加固圈起到了'承载拱'的作用,有效控制了地面不匀匀沉降.管栅施工中克服了钻孔循环介质对地层的扰动,为安全进洞发挥了作用.

朱家岩隧道出口段长管棚预加固设计及施工

朱家岩隧道进口段岩土稳定性差、地形坡度大,成洞困难,施工中采用长管棚支护进行预加固处理.对长管棚支护参数、注浆参数、施工工艺进行了介绍.实践证明:应用长管棚超前加固朱家岩隧道进口段是成功的,保证了施工安全、缩短施工工期、保证了工程质量.

松散膨胀复合型软岩巷道的管棚超前支护技术研究

沙吉海煤矿轨道石门围岩松散、膨胀,在掘进过程中频繁发生片帮、漏顶的现象,为解决顶板支护难的问题,通过现场工场地质调查,应用软岩工程力学理论具体分析了其破坏机理并有针对性地提出了管棚超前支护+锚网索耦合支护对策。在分析超前管棚的支护作用机理的基础上,借助FLAC3D对轨道石门进行了管棚超前支护的数值模拟研究。结果表明,恒阻大变形锚杆(索)起到了转移围岩的高应力、释放一定变形能的作用。而超前管棚在巷道开挖前就已对松散顶板实行了预加固,增强了围岩的整体性、稳定性,同时也消除了片帮、漏顶现象的发生。最后进行了管棚超前支护+锚网索耦合支护与施工工艺设计,并成功应用于现场。

管棚钢拱架锚索联合支护在大落差断层组中的应用

以顾北矿南翼(11-2)煤层回风巷过F104断层异常带巷道为工程背景,介绍了断层区域岩石裂隙发育,局部富水性较强,岩层软化膨胀变形、泥化程度高等支护特点,在掘前超前加固及掘后有效支护、充分利用和发挥围岩的自承载能力的基础上,用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的综合研究方法,系统研究了顾北矿F104断层异常地质构造带巷道安全掘进与加固技术,结果说明了围岩经过注浆加固后裂隙得到充填,巷道围岩没有出现新的裂隙及离层现象,顺利通过断层构造带,取得工业性试验成功。

超前预支护技术在穿河隧道施工中的应用

长沙市湘江大道浏阳河隧道下穿浏阳河,水下暗挖隧道K1+020—K1+110段,覆土厚度最薄处仅14 m,该隧道具有小净距、强风化、浅埋、水下暗挖的特点。以长沙市湘江大道浏阳河隧道暗挖段施工为例,介绍了该工程所采用的长短管棚和小导管相结合的超前支护、玻璃纤维锚杆超前加固、地面垂直注浆和全断面超前帷幕预注浆等复杂地质条件下暗挖段超前综合加固支护施工技术,有效地保障了暗挖段的施工质量和安全。