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。

软硬交替地层超深竖井围护结构受力和变形特性

研究区地层条件以“硬岩”(泥质粉砂岩、岩屑砂岩)与“软岩”(泥岩)互层为特征,形成了明显的软硬交替地层,使竖井的受力与变形尤为复杂。采用Flac3D数值模拟方法对竖井开挖施工全过程进行研究,详细分析了施工过程中圆形地连墙和内衬的受力及变形特性,结果表明:1)在基坑开挖过程中,当开挖深度高于或处于“硬岩”时,地连墙在该软硬分界面位置处产生反弯点,向坑外发生弯曲变形,而当坑内“硬岩”被挖除后,整体向坑内产生水平位移。2)地连墙的环向应力和水平位移变形规律为“E”型,地连墙的最大环向应力和水平位移总是集中在“软岩”深度范围内,而在“硬岩”深度范围内环向应力和水平位移最小;同时,地连墙的最大弯矩总是出现在软岩岩层交界面深度附近。3)内衬的环向应力和水平位移变形规律为“阶梯”型增长,但在“硬岩”深度处出现减小;内衬受坑内岩体隆起影响明显,最大弯矩总是出现在内衬底部,同时向坑外产生位移。

基于Abaqus的软硬交错地层钻进过程仿真及动态特性分析

随着钻探技术向深部地层发展,研究钻进过程中钻头与深部复杂地层的动态特性及参数响应规律成为研究中的重难点。采用数值模拟和响应面分析相结合的方法,研究了聚晶金刚石复合片(PDC)钻头与典型复合地层在钻进破坏过程中的动力学特性,并对其进行了参数分析;以带倾角的软硬交错地层作为典型复杂地层为研究对象,基于Abaqus建立了全真尺寸的PDC钻头与软硬交错地层之间的动态破坏有限元仿真模型,得出了钻头在钻进过程中受到地层反力的动态特性;通过正交试验进行了数值仿真试验,研究了在不同的地层参数及钻进参数下PDC钻头的动力学特性;采用单一因素分析法和响应面分析法对钻进参数及地层参数与钻头受到地层反力之间的关系进行了建模与辨识,得到了多参数下钻头受到的地层反力变化趋势及回归模型。研究结果表明:软硬地层倾角越大,钻头受到的地层反力平均值和冲击峰值亦越大。随着地层软硬程度比的增大,钻头受到的平均反力和峰值反力大幅增长。在一定范围内,增大转速会降低钻头受到的反力冲击。研究成果可以为深部复杂地层钻进时钻头反力的预测提供依据,同时对深部复杂地层钻进轨迹控制起指导作用,对地质深部钻进有重要意义。

紧邻地铁隧道上软下硬地层超深基坑施工变形控制

以紧邻深圳地铁线11号线某超深基坑工程为例,介绍上软下硬地层基坑支护结构施工和开挖过程中采取的变形控制技术,包括双重护槽和三机联动地下连续墙施工技术、坑底破碎带交替双液注浆技术、钢筋混凝土支撑轴力伺服技术等,并通过三维精细化数值模拟与监测数据的对比分析,验证上述施工技术的有效性。在此基础上探讨了基坑内支撑预加轴力影响下最大侧向变形/开挖深度关系曲线,分析其对既有地铁隧道的保护效果。

西部软岩地层基于内外壁联合承载的冻结井壁减薄方法

为解决深部软岩地层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,运用煤矿立井井筒设计理论和锚杆支护理论,研究了冻结井筒内层井壁、外层井壁和围岩的联合承载受力机理,提出了一种新型井壁结构形式和内层、外层井壁厚度减薄方法,即在井壁围岩中打入短锚杆,锚杆端头浇筑在外壁内部,并将锚杆端头闭锁的钢丝绳连接在内壁钢筋上,通过不同结构联合承载的方式提高内壁和外壁的承载能力,进而减薄井壁厚度。以内蒙古红庆河煤矿副井-640~-660 m冻结段为研究对象,通过理论计算得出了采用新型井壁结构形式后的井壁厚度,其中新型内层井壁厚度较原井壁可减薄12.5%,外层井壁厚度可减薄20%;结合数值模拟手段,给出了新型井壁中的应力传递过程。数值计算表明:新型内层井壁内缘混凝土的压应力值为24.5 MPa,小于原内层井壁内缘混凝土压应力值,验证了新型井壁结构的安全性和可靠性;新型井壁结构中,锚杆和钢丝绳传递的外力主要由外壁的刚性变形承担,锚杆在软岩地层中提供的锚拉作用很小,工程应用时可以缩短锚杆的钻入长度,避免锚杆钻入过程中打穿偏斜的冻结管。这种新型井壁结构将外层井壁强度通过钢丝绳和锚杆连接纳入到了内层井壁的承载体系中,提高了内层井壁的承载力,减薄了井壁厚度。

软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立地层损失与软土主动土拱效应比例之间的对应关系。通过分析可得:1)盾构在4倍直径埋深条件下进行主动开挖时,在隧道上方1～2倍直径范围内形成主动土拱作用区域; 2)主动开挖所采取的地层损失率越大,开挖后拱顶处所受到的主动土压力荷载越小,土拱效应发挥越充分,且当地层损失率到达一定值时,盾构开挖所产生的主动土拱效应比例逐渐趋近于稳定临界值。

软弱土层的厚度及埋深对深厚软弱场地地震效应的影响

就软弱土层的埋深和厚度对深厚场地地震动的影响进行了数值分析。场地1、场地2和场地3分别选自南京、盐城和天津。场地1、场地2用于分析软弱表层土的厚度对地表地震动参数的影响:场地1的软弱表层土厚度从2m依次增加到30m,构造了18个土层剖面;场地2的软弱表层土的厚度从2m依次增加到36m,构造了21个土层剖面。场地3用于分析软弱夹层的埋深和厚度对地表地震动参数的影响:软弱夹层的埋深从2m增加到62m,构造了16个剖面;软弱夹层的厚度从2m增加到10m,构造了5个剖面。选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为0.35m/s2,0.70m/s2和0.98m/s2,利用程序SHAKE91对不同的构造剖面、不同的输入地震波及不同的峰值加速度水平,共进行了507种组合的场地地震反应分析。分析表明:对于给定的输入地震动条件,当软弱表层土的厚度超过一定界限值时,地表加速度峰值及放大系数的变化已不很明显;当软弱表层土的厚度超过一定界限值时,加速度放大系数会小于1,也即软弱表层土可起到减震的作用;对于同一场地,输入地震动强度越大,此软表层厚度值越小。对于给定的输入地震动和峰值加速度水平,随着软弱夹层埋深的增加。

长江下游地区深厚软弱场地地震效应分析

以南京、盐城、常州、泰州、启东和上海的6个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。选用Taft、El Centro和Northridge地震记录作为输入地震动,将Taft、El Centro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平分别调整为0.35 m/s2、0.70 m/s2、0.98m/s2,对6个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的54种组合的地震反应分析,并得出一些有意义的规律。

深部软岩小角度斜交巷道综合控制技术及其应用

深部软岩主运大巷斜交巷道是矿山工程建设的技术难题之一,两巷交岔部位临空面积大、支护条件复杂,难以形成合理的受力承载体系,随着工作面推进中间岩柱的侧向约束逐渐缺失,常规支护无法达到控制巷道变形的目的。通过对小角度斜交巷道失稳机理的深入分析,提出采用钢桁架传递围岩压力、选用岩柱对穿锚索提供水平约束力的综合加固技术;依托潘四东矿1203下顺槽联络巷与主运大巷斜交工程,基于主、被动支护相协调原则,提出两种针对性加强方案;通过建立数值仿真模型,分析不同措施的巷道变形特性及加固效果,最终选择锚网喷+U型棚+对穿锚索的综合控制措施。实测数据表明,采用对穿锚索技术进行岩柱加固能够有效改善围岩的受力状态,约束巷道的拱顶沉降及边墙位移,验证了斜交巷道加固方案的可行性。研究成果为深部软弱地层小角度水平斜交巷道的支护控制提供一定技术指导。

松软煤系地层深孔绳索取心钻探实践

长春市高家窝棚—双泉眼矿区为松软煤系地层,采用绳索取心液动冲击回转钻进方法,选择加大钻孔孔壁与钻杆环状间隙的钻孔结构;经实验选择以粘土、共聚物、植物胶、铵盐、腐植酸钾、磺化沥青、聚丙烯酸钾等材料配制的冲洗液,并加强冲洗液的日常维护管理;配备离心式除泥机;套管丝扣连接处涂抹松香(粘结剂),并用薄钢板焊接补强丝扣连接处,防止套管脱扣等技术措施,成功地完成了2个深孔的钻孔施工,终孔深度分别为1112.45 m(ZK6405孔)和1359.95 m(ZK3201孔),岩心采取率达到100%,煤心样品没有燃烧破坏现象,较好地满足了地质的要求。

高埋深软硬岩互层地质条件下敞开式TBM岩爆段施工方法研究

基于喜马拉雅山区域某软硬岩性互层地质条件下的深埋隧洞工程,为解决该区域TBM施工过程中的岩爆问题,统计分析了TBM施工过程中的岩爆特征;在施工过程中开展了多种岩爆规避试验,形成了一套较完整的有针对性的施工方法:1)岩爆风险巡查常态化;2)超前地质预报和超前处理措施相结合;3)支护材料和支护方式合理化;4)掘进参数动态调整。在后续的施工中加以应用,取得了较好的效果,可以为类似地质条件下的安全施工提供参考。

某软土地铁车站基坑纵向滑坡事故分析

狭长形地铁车站基坑在分层开挖过程中会形成临时纵向多级边坡。当挖方边坡位于软弱地层时,如果设计或施工不当将会面临基坑纵向失稳风险。针对某软土地铁深基坑纵向滑坡事故案例,在考虑参数变异性的基础上利用极限平衡法对坑内临时边坡展开调查分析,并从工程角度对土坡发生深层滑移破坏的原因进行探讨。调查结果表明:第1级边坡的坡度是影响整体稳定性的关键因素,1∶1.75(V∶H)的施工坡度不能满足下卧软弱淤泥质土条件下该局部边坡的稳定性(失稳概率高达88.92%),只有当坡度缓于1∶3时才能保证安全。为防止此类临时挖方边坡失稳,最后给出考虑土体强度参数变异性的最优边坡坡度。

喜马拉雅山区域深埋软硬互层地质条件下敞开式TBM施工方法研究

针对敞开式TBM在深埋软硬互层围岩地质条件下遇到的技术难题,以喜马拉雅山区域某深埋水工隧洞为背景,分析了深埋软硬互层围岩地质条件下软岩对TBM掘进的影响及表现特征,提出了针对性的解决措施并成功实践。研究发现:由于岩层软硬相间变化频繁,造成软岩灾害在空间上随机分布;在大埋深高地应力洞段,软岩地层一般具有遇水崩解软化效应显著、变形快、"泥裹刀"现象严重、向外鼓胀崩解、难以出渣及塌方频发的特点,严重制约TBM快速掘进。通过实例分析总结了软硬互层围岩地质条件下顺利通过软岩的施工方法,采取分区段动态调整施工对策以适应深埋软硬互层复杂地质条件,可为国内外类似工程提供借鉴。

深井软岩巷道顶板深部围岩矿压规律及对策

随着矿井开采深度增加,软岩巷道变形加快,维修费用增加,制约着矿井的高产高效生产。结合某矿1203工作面运输顺槽底板瓦斯抽排巷地质条件,对深井软岩巷道顶板深部围岩矿压进行了观测,观测内容包括深部围岩位移和分区破坏情况。在对实测数据分析的基础之上,得出巷道顶板深部围岩位移演化规律和分区破坏规律。通过对观测成果进行分析,提出了巷道掘进和支护对策,要求改变现有的巷道支护方案并提高施工队伍素质与水平。

煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面,揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念;采用数值模拟对比研究了锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律,阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索,研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果,形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将研究成果应用于中煤新集口孜东矿,提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数,并进行了矿压监测。监测数据表明,采用提出的高压锚注-喷浆控制方案后,煤帮结构、完整性与强度得到显著改善,锚杆、锚索锚固力大幅提升,充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%,锚杆、锚索破断率大幅减少,有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形,为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。

深部煤巷帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性评价方法

选择合理方法,对深部煤层巷道帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性进行评价,具有重要的工程实用价值。选择煤岩变形等速阶段变形速度值作为评价指标,在确定深部煤层巷道帮部锚杆锚固区、锚索锚固区以及帮部煤岩变形不同区段煤岩承载力得到充分发挥时的等速阶段变形速度合理取值基础上,通过监测深部煤层巷道帮部不同区段煤岩变形随时间演化特征,分析不同区段等速阶段软弱煤岩变形速度值,并与合理值比较,来评价锚杆、锚索支护参数的合理性,进而选择合理的支护参数。在煤岩变形早期,即可判别支护合理性,并能及时进行支护参数调整,在保证安全的基础上,使支护成本最低。

时空效应规律在软土深基坑工程中的运用

阐述了时空效应规律在软土深基坑工程中的运用情况 ,实践证明 ,运用时空效应规律 ,能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的目的。

硬-软互层层厚构造影响隧道围岩开挖损伤研究

研究目的:在实际地质环境中,隧道开挖所表现出来的各种变形破坏都是各种因素综合影响的产物。但顺层构造由于其分层特性和结构形式的特点决定了在这样的地质环境中开挖隧道,其围岩受力之后的变形和破坏具有一定的特殊性。本文以拟建某高铁宝云隧道为例,就硬-软互层顺层构造作用下隧道围岩开挖损伤变形开展数值模拟分析评价,主要研究不同岩层厚度影响下的隧道围岩变形、围岩屈服渐进性及稳定性,并给出强度折减至极限状态时硬-软互层组合隧道的变形破坏模式。研究结论:(1)薄层弯曲变形是不同岩层厚度构造作用下硬-软互层顺层隧道开挖的主要变形形式,厚层围岩虽体现出了较明显的滑移,但变形量值较小,隧道支护设计时应考虑岩层厚度控制的该变形特点;(2)硬软互层组合屈服区主要沿顺层面向软岩展布,层厚越小,屈服范围越大,以0.2 m层厚顺层向屈服区为典型,层厚超过0.4 m后,拱腰顺层面屈服区迅速减小,且随厚度增大,两个方向屈服区不断减小;(3)强度折减条件下,层厚超过1.5 m后,稳定安全系数趋于定值,围岩强度主要受软岩自身控制,受硬-软组合结构影响程度降低;(4)岩层厚度较小时,隧道围岩变形模式以岩层弯曲为主,随岩层厚度的不断增大,变形模式逐渐转变为顺层滑移为主、滑移与弯曲并存;(5)本研究成果对促进该高铁的顺利建设具有理论意义和工程价值。

新加坡典型上软下硬土层深基坑参数敏感性研究——以新加坡樟宜机场建设某地下工程为例

基于新加坡东部上软下硬地层工程实例,通过有限元数值模拟计算,采用硬化土模型(HS),对土体预钻松动效应、围护桩在刚性土层中的埋入深度、地基改良层的弹性模量等不同设计参数进行敏感性分析,研究结果表明:1)预钻能松动支护结构周围的土体,有利于围护桩打设;2)地基加固层弹性模量的增加会引起加固层处墙体的弯矩增加,因此加固层的弹性模量并非越大越好;3)在基坑设计时,不宜采用单一的参数进行设计,应对参数进行敏感性分析,使其与实际受力情况相符合。

阿尔及利亚凝析油项目大型油罐充水预压动态监控方法

简要介绍了阿尔及利用亚凝析油项目场区工程地质条件、充水预压的主要特点与充水预压的主要动态监控措施。该工程经充水预压施工与动态监测控制,保证了大型油罐设计与施工的经济合理、安全可靠,避免了重大的建设资金浪费和工期损失。该工程的成果与经验对软土地基上的大型油罐的设计、施工和监测等具有重要的参考意义。