盾构钢套筒接收技术在有水地层近距离下穿及邻近既有线等复杂工况中的应用研究

盾构钢套筒接收技术在有水地层近距离下穿及邻近既有线等复杂工况中的应用研究主要探讨该技术在解决施工中的挑战和保证施工安全方面的效果。研究发现,盾构钢套筒接收技术能够有效应对有水地层近距离下穿施工中的水压、水流等问题,保证施工安全。在邻近既有线等复杂工况中,该技术需要充分考虑既有线的稳定性和安全性,确保施工过程不对其造成损害。合理的施工布置和控制措施能够确保施工的安全性和效率。

云南某铅锌矿区复杂地层钻探施工技术应用研究

云南某铅锌矿区地质条件复杂,岩石松散破碎,泥岩、页岩及煤系层发育,钻探施工中存在孔壁垮塌、缩径、卡钻、埋钻和成孔难度大、岩心采取率低等难题,施工进度慢,效率低。结合矿区复杂地层特点,通过采用金刚石底喷钻头、跟管钻进技术、高密度低失水泥浆等一系列钻探技术措施,应用绳索取心液动锤钻进技术,有效减少了孔内事故的发生,平均四次进尺提高22.97%,为项目的安全、高效和优质完提供了坚实的技术保障,为类似复杂地层的施工积累了经验。

MECHANICAL ANALYSIS OF SHAFT LINING WHEN THE STRATUM SETTLEMENT RESULTING FROM WATER DRAINAGE

Based on the stratum settlement resulting from water drainage, this paper establishes the calculating method of stresses and displacements of shaft lining and stratum by using Fourier integration, obtains the calculating formulas of tangiential load which shaft lining is subjected to, and provides theoretical basis for design of shaft lining.

圆砾地层近距离多线叠交盾构隧道施工顺序分析

城市轨道交通网络化发展,不可避免地形成多线叠交施工,影响既有隧道运营。昆明地铁4,5号线在圆砾地层中的盾构施工,与上部既有地铁2号线形成国内罕见的3层6线隧道近距离叠交工况,以此为背景采用三维有限元方法对新建隧道群正交下穿的盾构施工过程进行了动态化模拟,对比分析了圆砾地层中新建隧道群在不同开挖顺序下地表沉降变化规律、新建隧道群对既有隧道的变形和应力、应变影响。结果表明,新建隧道群在不同施工顺序下对地表沉降、既有隧道沉降、弯矩及应力、应变均有显著影响;新建隧道群对地表沉降和既有隧道沉降变化具有一般规律性;不同施工顺序下对周边土体及既有隧道的影响峰值基本位于同一位置;对比3种施工顺序,下部隧道先施工对地表和既有隧道的影响较小。

砂砾地层中盾构隧道衬砌后背回填注浆施工技术

为提升隧道中注浆的强度与耐久性,需要调整注浆的配比与工艺。因此,本文针对砂砾地层中盾构隧道衬砌后背回填注浆施工技术展开研究。初步确定注浆的两种主要材料为水泥与水玻璃,按照水灰比差异制备三种试件。在此基础上,分别尝试前进式分段注浆与后退式分段注浆两种注浆工艺,并调整外加剂的浓度与水玻璃用量,确定最终的注浆配比。试验结果显示,后退式分段注浆工艺能够更充分地回填衬砌后背中存在的缝隙和空洞;在注浆水灰比为1.0∶1.0时,选用氧化铝作为外加剂能够减缓注浆的凝胶时间,进而为注浆工作调整争取更多时间;在水泥—水玻璃比例为1.0∶0.7时,砂砾层在掘进过程中受到的扰动最小,不易出现塌陷且具有较为良好的耐久性能。

基于静力推覆试验的山岭隧道衬砌-地层相互作用机制研究

随着我国交通强国建设向西部丘陵重山地区推进,地震作用下山岭隧道衬砌与地层的相互作用机制愈发受到关注。以常规二车道公路隧道(V级围岩段)为原型,开展山岭隧道静力推覆模型试验,重点分析地层位移、地层应变、围岩压力随推覆距离的变化规律,探讨了衬砌-地层相互作用机制。试验结果表明:衬砌-地层相互作用可分为挤密、倾覆、裹挟3个阶段。倾覆阶段地层以起拱线为支点环向绕流,裹挟阶段地层带动衬砌发生整体位移。起拱附近线地层以径向挤压为主,形成挤压变形区,拱肩附近地层则以环向挤压为主,形成滑移变形区。左右两侧围岩压力的响应规律恰好相反,即右侧挤压区的围岩压力较左侧大,而右侧滑移区的围岩压力较左侧小。研究成果可为基于反应位移法的山岭隧道抗震计算提供试验依据与技术支撑。

双线矩形顶管下穿富水地层施工中地表沉降研究

为研究施工过程中双线矩形顶管下穿富水软弱地层的地表沉降规律,依托扬子江大道工程顶管法施工段,分析了横纵向地表位移监测数据,提出控制地表沉降变形的有效措施,研究结果表明:顶管轴线纵向地表呈现出反复隆沉、沉降回落、线性沉降和沉降稳定的变形趋势,不同地层在线性沉降阶段呈现出的沉降特征略有差异;顶管通过时对断面的横向影响范围约为轴线左右1.5倍~2.3倍开挖面宽度,顶进施工引起的河西地区黏性土层的土体损失率约1.03%;双线近距顶管施工时,需要将先施工顶管给后施工顶管周围土层带来的土体扰动破坏作用考虑在内,做好后施工顶管的轴线控制工作。

煤矿斜井井筒过流砂层施工技术研究及应用

流砂层是矿井建设常遇见的不良地层,在含水或动力扰动下具有自流动性,施工不当会引起流砂向临空面流动充填开挖空间将井筒淹没或造成地表大面积塌陷。采用工程地质钻探与地面直流电法勘探技术,确定了流砂层的厚度与含水特征;根据斜井井筒穿越流砂层的垂深,将斜井井筒过流砂层技术方案进行分类研究,提出了斜井井筒过不同厚度流砂层的合理掘进技术;基于理论分析与数值计算,确定了斜井井筒支护结构承受的荷载,提出了斜井井筒过流砂层合理的井壁结构;为评价支护效果,对斜井井筒围岩变形、型钢支架受力、二衬接触应力、衬砌钢筋受力及渗水压力等进行了实时监测,监测结果表明:斜井井筒过流砂层的施工技术方案分类合理,保证了斜井井筒的掘进进度与施工安全;井壁结构安全可靠,保证了斜井井筒围岩与支护结构的稳定。

近距离煤层工作面出倾向煤柱动载矿压机理研究

针对中国神华能源股份有限责任公司神东煤炭分公司大柳塔活鸡兔井21305工作面过上部倾向煤柱时的动载矿压问题,通过煤柱上方关键块体结构的稳定性分析以及模拟实验,对工作面出煤柱阶段动载矿压发生的机理和规律进行了研究。结果表明:出煤柱阶段煤柱上方两关键块体形成的三铰式结构是不稳定的,两关键块体会随下部岩层的下移而发生相对旋转运动,最终导致下煤层关键层断裂块体上覆载荷过大而失稳,这是造成此阶段工作面动载矿压发生的根本原因;两关键块体的回转角通常情况下无法达到维持其结构稳定的极限条件,这决定了出煤柱阶段工作面动载矿压的普遍存在;当煤柱边界上方关键块体结构断裂线外错于煤柱边界时,下部岩层对其支撑力的力矩最小,因而下煤关键层承受的载荷也就最大,故而最易导致下煤层工作面动载矿压的发生。

水底隧道饱水地层衬砌作用荷载研究

与山岭隧道所不同,采用矿山法修建水底隧道,二次衬砌将承受很大外水压力,特别是穿越饱水破碎地层时,具有很大的施工风险。以厦门翔安海底隧道为工程背景,针对F4风化深槽地层,研究不同水位条件下,衬砌荷载与排放流量及排放方式之间相关关系。研究得出:当控制排放量为全排条件流量1/3左右时,可卸掉80%外水压力;从环境和经济角度考虑,可将出现拐点折减系数0.2作为水底隧道限量排放的设计基准值;从支护结构体系组成考虑,对于F4强风化深槽破碎围岩,必须施作注浆圈,才可以保证在水压、土压共同作用下衬砌结构安全,结果显示施作注浆圈能够减少衬砌作用荷载30%～40%,提高安全系数几乎一倍;从主体结构受力特征看,水底隧道最不利受力位置在墙脚和仰拱,因此,无论是防水型还是排水型隧道,均应对仰拱形式及支护参数加强设计。

深部开采地表沉陷特征的数值模拟

随着煤矿开采深度的增加,深部岩体的力学行为在赋存状态改变的情形下趋于复杂,深部开采引起的地表沉陷不同于浅部.数值模拟与现场实测结果表明:当采宽一定时,深部开采中的地面各项移动变形值均小于浅部,对覆岩局部和地面起控制作用的关键层增多,影响了深部开采中的地表沉陷.深部的煤岩体在高地应力状态下受采后高附加应力的影响,远离工作面的煤柱均出现不同程度的压缩变形现象,煤岩柱整体压缩变形是深部开采地表沉陷的特殊组成部分,导致了深部开采引起的地面影响范围及岩层内部移动边界线都大于浅部,这对深部开采岩层移动角参数有很大影响.

下穿黄河盾构隧道管片衬砌结构受力特征模型试验

针对兰州地铁穿河段盾构隧道穿越强透水砂卵石地层和承受较高外水压的特点,首先研制了外水压加载装置,该装置在衬砌模型内部创造了一个封闭的负压环境,通过控制模型内外气压差来实现外水压的等效加载,同时结合隧道-地层复合模拟试验系统开展了几何相似比为1∶10的室内模型加载试验,实现了土压和水压的分别控制加载.研究了水压、土压、土体侧压力系数及拼装方式对管片受力特征的影响.研究结果表明,随着水压的增大,管片轴力明显提高,弯矩略有减小,偏心距则明显降低;随着隧道上覆土压的增大,管片衬砌结构的轴力、弯矩、偏心距均呈增大趋势,但总体上量值变化较小;在水压一定时,覆土厚度的增加对管片弯矩的影响越来越大,而轴力变化速率均比较稳定;正常水压条件下,随着土体侧压力系数的增大,管片衬砌结构的轴力增大,弯矩减小,偏心距减小,随着水压的增大,侧压力系数对于管片结构受力特征的影响越来越小;错缝拼装情况下,管片内力在部分环向及纵向接头处会产生较大突变,且管片内力较通缝拼装情况大.

北京地下直径线泥水盾构泥浆特性参数确定

北京地下直径线是北京地区首次在砂卵石地层中采用大直径泥水盾构。为保证施工过程中隧道开挖面的稳定,必须科学确定盾构泥浆特性参数。根据砂卵石地层特点,同时考虑泥水盾构设备输送碴土能力,综合确定盾构泥浆特性参数。此外,北京地下直径线泥水盾构泥浆特性参数的确定还借鉴了类似工程盾构泥浆特性参数的取值。

某引水隧洞工程衬砌结构分析

某引水隧洞为大型供水工程中的重要工程,全面系统地验证其衬砌结构的安全稳定性对工程意义重大。首先采用荷载-结构法对典型断面衬砌结构的配筋情况进行复核,其次采用地层-结构法,借助三维数值软件FLAC^(3D)对典型断面衬砌结构进行仿真模拟分析,并评估衬砌结构的混凝土强度是否满足要求。结果表明,引水隧洞衬砌结构应力满足混凝土强度要求,承载能力满足安全要求,为引水隧洞加固设计提供了参考。

地层沉降条件下可缩性钻井井壁受力机理的试验研究

针对地层沉降条件下煤矿立井井壁的破坏机理,提出了一种新型可缩性钻井井壁结构。通过模拟试验表明:在地层沉降条件下,这种井壁结构能随之压缩,从而可使作用在井壁上的竖向附加力(即负摩擦力)得到相应衰减,使井壁达到安全使用。由此提出了可缩性钻井井壁竖向承载力的设计方法。研究成果已在淮北矿区的4个井筒中得到了成功应用。

提高破碎地层取芯质量的绳索强制取芯钻具

破碎地层取芯困难一直是钻探工作者面临的一个技术难题,对于深孔地质勘探而言,提高取芯质量,意义尤为重大。针对传统的S-75绳索取芯钻具在破碎地层取芯效果不理想的情况,项目组对传统的S-75绳索取芯钻具的取芯机构进行了改进设计。论文阐述了改进设计后的绳索强制取芯钻具的结构和工作原理,同时对绳索强制取芯钻具的室内外试验情况进行了详细介绍。研究结果表明,改进后的绳索取芯钻具工作可靠,能显著提高破碎地层的取芯质量。

砂卵石地层矿山法隧道近距离穿越既有线关键技术研究

针对富水砂卵石地层新建隧道超小净距离下穿已运营地铁盾构隧道工程,对既有线保护涉及的隧道穿越工法进行了全面比较,研究了矿山法隧道涉及的地层超前支护方式,并采用数值计算与理论分析相结合的手段从受力转换与拱顶应力释放控制角度对隧道衬砌结构选型进行了探讨,研究结果表明:矿山法隧道近距离下穿既有运营地铁隧道具有一定优势;矿山法隧道大管棚超前支护形成的钢筋砼扣拱,具有明显的隔断开挖扰动、减小地层应力释放的作用,发现钢管套打工艺可有效解决砂卵石地层钢管难以打入的难题;初期支护十二次衬砌十三次衬砌的结构型式可显著减小隧道永久结构施工期间的应力释放与围岩变形,最大程度减少结构受力体系转换过程中的应力释放与地层变形,确保满足既有线安全运营需求,研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.

地层数字制图中纵、横分界线控制搜索新算法

针对目前地层数字连线中处理地层缺失和倒转困难的问题,考虑6种地层缺失和倒转情形,提出了纵、横向结合地层分界线控制点搜索算法。将剖面图绘制视为一个多层地层区域组合叠加的过程,在保持地层连续性的前提下兼顾各地层相互之间的影响,有效处理了地层倒转、缺失问题,在此基础上提出一种增加虚拟点、微调已有点的新算法。结合3次样条插值函数,对绘制出的剖面图进行修正,实现了地层光滑连线,达到了地层无缝、无重叠组合的效果。将提出的复杂地层连线新方法应用于广东梅河高速公路工程数字制图中,构造出的地层分布图像准确性好,比较符合实际,可以为工程的勘察、设计和施工提供参考。

复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究

研究开发成功的SQ系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内镦粗技术。同时,通过优化接头螺纹参数,改进钻杆接头热处理和表面处理工艺,简化钻具结构等措施,使绳索取心钻杆强度提高40%以上,使用寿命明显增加,钻具冲洗液过流阻力大幅降低。钻杆可以采用垫叉和扳叉拧卸。在地质条件复杂的勘探区试验示范,取得了良好的应用效果。

管片衬砌配合陶粒可压缩层的支护结构与围岩相互作用模型

提出了一种适用于深部蠕变地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术。通过模型试验研究了陶粒可压缩层的让压效果,在此基础上针对围岩蠕变特性和陶粒可压缩性建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论模型,得到了不同隧道埋深和不同厚度的陶粒填充层时围岩变形和管片衬砌支护应力随时间的变化规律,确定了深部蠕变地层确保管片衬砌长期安全的陶粒可压缩层最小填充厚度的计算方法。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状孔隙构造使其具有高可压缩层性,可以有效地吸收围岩蠕变变形,消减管片衬砌支护压力,改善其受力特性;理论模型可以有效地分析围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用关系,对于管片衬砌壁后填充陶粒可压缩层的厚度设计具有指导作用。研究结果对未来TBM工法在深部蠕变地层修建隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。