Dynamic evolution in mechanical characteristics of complex supporting structures during large section tunnel construction

The shallow tunnelling method(STM)often uses temporary supports to divide large section tunnels into several closed or semiclosed sections so as to share the upper load.The complex support system composed of primary and temporary supports can ensure safety during tunnel construction.Based on the large section tunnel of Beijing Subway Line 12,the mechanical characteristics of support system by the double-side-drift method(DSDM)during excavation and demolition were analyzed through numerical simulation and monitoring.The study showed that the middle cave excavation was the most critical stage of the DSDM,during which the load on the supporting structure increased significantly.The temporary vertical support bore most of the new load during middle cave excavation.During the demolition stage,the load was redistributed,which caused arch settlement and section convergence.The removal of the temporary vertical support exerted the greatest impact in this process.The lateral temporary inverted arch changed from axial compression to axial tension after the middle and lower caves were excavated.Based on the mechanical characteristics of the support system,some engineering suggestions were proposed for large section tunnel construction.These research results can provide reference for the design and construction of similar large section tunnels.

初探机械化浅孔分段空场法

针对福建马坑矿业股份有限公司452灰岩矿的开采现状,根据其多年采用浅孔房柱法开采的经验总结,分析存在的问题:开采过程存在顶板控制难度大,工人采矿作业强度高,生产能力较小,开采周期较长,采场的顶柱、间柱控制难度大,采场的通风效果差以及开采过程机械化程度低等。结合矿山近些年大型设备的广泛推广和应用,本文根据新设备、新工艺来探索新的采矿技术。试采证明,新的采矿方法“机械化浅孔分段空场法”完美解决了浅孔房柱法开采现状存在的问题。

城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法

根据莞惠城际轨道交通项目工程地质概况,以控制拱顶沉降、洞周变形、地表沉降和内力作为安全标准,通过现场试验段、室内模型试验和数值模拟计算的方法,研究城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法。研究结果表明:上CD下台阶五部施工工法为较适宜的工法;采用该工法时,洞室位移变化平稳,地表最大沉降不超过5mm,围岩—支护体系处于安全状态;该工法能将各工序紧密衔接,机械与人工配合形成流水作业,初支封闭时间缩短,有效加快施工进度,避免拱脚长时间处于淤泥质黏土、饱和砂土等软弱地层中,单导坑施工后形成封闭整体并取消了下台阶中隔壁,从而有效地控制了收敛和沉降;在城市浅埋隧道穿越含有饱和砂土的复合地层时,此工法可同时兼顾结构安全与周边协调。

大断面浅埋暗挖海底隧道CRD法施工模拟分析

基于大型有限元软件ABAQUS,采用有限元无限元组合方法对大断面浅埋暗挖海底隧道CRD法施工进行了模拟分析,研究包括:初始地应力场分析,围岩注浆预加固,服务隧道的开挖及其影响,主隧道CRD法不同施工工序对隧道围岩、支护结构以及地表沉降的影响等。研究认为:新提出的初始地应力场定义方法较之前方法为佳;服务隧道开挖时,地表沉降成V形分布,主隧道开挖时,地表沉降变成W形分布;CRDⅠ部开挖和CRDⅡ、Ⅲ、Ⅳ部开挖引起的隧道围岩最大沉降位置不同;CRDⅡ部初期支护对围岩的变形有一定的控制作用;主隧道Ⅲ部拱顶的围岩沉降量较大;主隧道底拱角部存在应力集中和较大的塑性变形。研究结果对于类似工程的设计与施工具有一定的参考价值。

不同偏压大断面浅埋隧道施工力学分析及优化

大断面隧道穿越地势起伏的地层环境时,地层偏压情况往往不同,在不同的偏压情况下选择合理的施工方法对控制大断面隧道施工力学性能具有重要意义。通过对双侧壁导坑法、改进台阶法、交叉中隔壁(CRD)法的数值模拟,分析不同偏压情况下的大断面浅埋隧道施工中的位移控制效果与支护承载情况。结果表明:当地表倾角为0～10°时,宜采用改进台阶法;当地表倾角为10～20°时,优先选择改进台阶法,同时应加强支护并及时监测;当地表倾角为20～30°时,宜采用双侧壁导坑法。

云磷集团晋宁磷矿2号坑深部矿体开采方法

为确定云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑深部矿体的采矿方法,以该矿2号坑深部缓倾斜含软夹层薄至中厚矿体为研究对象,在对其矿体赋存特征、开采工程技术条件、底板及围岩特征综合分析的基础上,采用现场调研、理论分析与方案对比等进行分析研究。结果表明:1实行矿层1、11、12分矿层混合开采,采出矿石混合后,矿石品位可达22.97%,资源回收率高;2对于2号坑这种典型的缓倾斜含软夹层薄至中厚难采磷矿体,采用单一的采矿方法很难获得理想的经济技术指标,对上盘矿层宜采用分段留矿崩落法作为采矿方法,对下盘矿层,由于矿层薄,宜采用浅孔留矿法作为采矿方法。相关结果可为云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑及类似条件的磷矿山深部矿开采方法提供参考依据。

地层变位分配控制原理在小间距偏压突变大断面隧道中的应用研究

利用分步变位控制原理研究复杂地质浅埋暗挖小间距偏压突变隧道施工过程中地层变形规律,对限制周边环境及结构本身复杂的隧道工程地表变形具有指导意义。依托深圳地铁7号线工程实例,分析地表在多种复杂条件下的变形规律,结果表明,数值模拟过程中,注浆体充分发挥了作用,地表竖向沉降量(最大为14.82 mm)满足标准要求,但实际监测得到的地表沉降位移明显超过标准值,因为地表变形不仅受注浆措施的控制,还会受到多种不确定因素的影响,但从现场观测结果来看,同时经相关单位论证后,表明并没有因为隧道施工影响周边建筑物的正常运行。因此保障隧道结构及周围环境安全才是最重要的,用统一标准进行地表沉降控制是不尽合理的,对处于复杂地质环境中,且结构本身复杂的隧道工程来说,日常沿用标准几乎不适用。

深孔局部轴线的确定及单一截面圆度误差评定

为解决在实际轴线正截面上进行大长径比深孔圆度测量问题,在行走机构中提出一种三点定心六点定位的自动定心机构确定深孔的实际局部轴线,设计了测量装置的机械结构、控制电路、测控及评定程序.确定了测量装置的机械结构尺寸参数并加工出样机.确定出测量参数及控制参数以减小振动和噪音对测量结果的影响,并进行了实例测量.测量结果表明:测量孔径190mm的圆度误差时,样机左右定心体轴向跨距为150mm,显著减小了振动和噪音对测量结果的影响.

岩石力学实验中剖面切分程序的设计与实现

在岩石力学实验中,为了深入观察岩石试件内部的应力分布情况常常需要对三维应力计算结果进行剖切,即创建相应剖面的应力云图,以方便对数据的观察和理解。以往采用手工方法切割剖面,效率低下,为此,设计能够批量自动切分剖面的程序,即岩石试件剖面切分程序。它可以对应力场、位移场等计算结果进行任意剖切,并生成相应的位图文件用于后续应力场、位移场等的静态分析和动态分析。

高黎贡山隧道1号竖井设计及分析

为了满足高黎贡山隧道竖井施工任务要求,综合隧道所处环境及竖井能力需求,按照竖井井口、井筒、井下3方面统筹考虑的总体设计思路,提出高黎贡山隧道1号竖井设计关键问题的解决方案:1)根据井口地形、地貌条件及提升设备、井口车场布置要求,合理布置井口场坪;2)根据竖井功能定位,竖井宜采用主副井模式;3)根据井下施工的出渣量、材料数量、人员进出量等综合考虑竖井断面尺寸;4)当地质条件、水文地质条件允许时,竖井宜采用短段掘砌混合作业法施工,设置模筑混凝土井壁;5)竖井提升设备宜按井下施工期间的要求考虑,建井期间各设备之间能力应匹配;6)竖井施工能力应满足井下施工期间出渣、进料要求,并留有富余;7)井底车场应结合运输方式及进料、出渣等功能要求确定;8)竖井安全保障应首要解决地下水问题。目前高黎贡山隧道1号竖井主井已完成建井,结果表明铁路隧道竖井按照以上设计方法及思路是可行的。

浅埋超大跨四线高铁隧道施工方法及开挖响应——以杭台高铁下北山1号隧道为例

为掌握浅埋超大跨隧道的开挖力学响应行为,以开挖跨度为26.3 m、覆土为6~35 m的四线高铁隧道为工程背景,基于数值模拟对不同施工方法的开挖力学响应进行研究,结果表明复合双侧壁导坑法和双侧壁导坑法的围岩稳定性和支护结构安全性均优于提出的其他工法。现场监测结果表明:1)双侧壁导坑法开挖时超大跨隧道围岩变形主要发生在导洞上台阶开挖初期,临时支撑拆除对围岩变形的影响较小;下台阶初期支护的受力较小,上台阶初期支护是主要的承载结构。2)初期支护的安全系数富余较大,基于经验类比得到的支护参数偏于保守,可对喷射混凝土厚度作减薄优化。3)中导洞中下台阶的开挖会导致临时支撑的作用下降,提出双侧壁导坑法取消下部临时支撑及优化开挖分部的措施,探讨采用台阶法的可行性。

变截面大跨隧道开挖施工力学特性分析

文章以蒙华铁路某隧道燕尾段为工程背景,基于弹塑性有限单元法对道变截面大跨隧道段的开挖和支护全过程进行三维数值模拟,分析了变截面段隧道受力和变形特性,并结合现场实测数据进行对比。结果表明,变截面大跨隧道采用三台阶临时仰拱法和三台阶开挖法,可有效地控制变截面大跨隧道的应力集中和变形,数值模拟计算结果与现场测试结果基本吻合,为变截面大跨隧道的设计和施工提供了理论依据和指导。

超浅埋大跨双连拱隧道三导洞+洞盖法施工变形特性分析

以厦门第二西通道(海沧隧道)超浅埋下穿兴湖路段双连拱隧道为依托,提出三导洞+洞盖法施工工法;采用数值模拟,研究施工工序对双连拱隧道中隔墙、边墙、初支及衬砌的变形影响规律。结果表明:中隔墙及侧墙竖向位移在左右洞上台阶贯通后达最大值,当开挖预留核心土及中、下台阶时,中隔墙及侧墙均产生向上的隆起;开挖对中隔墙水平位移影响较小,而开挖左右洞上台阶对侧墙水平位移影响较大;左侧墙墙顶的竖向及水平位移与墙底相差较大,导致左侧墙有朝向隧道外侧偏转的趋势;第一、第二层初支竖向及水平位移在左右洞上台阶贯通后达到最大值并趋于稳定,而中下台阶开挖对竖向及水平位移影响较小。

Ⅴ级围岩浅埋大跨双洞隧道施工力学行为及安全净距研究

为研究交叉中隔墙法(CRD)在浅埋大跨双洞隧道Ⅴ级围岩条件下的适应性,基于ANSYS有限元软件进行了二次开发,依托将军山隧道建立计算模型,开展了洞室开挖各施工工序下“围岩-支护”系统的动态施工力学行为研究,并对洞口段安全净距做了进一步的探讨。结果表明:隧道各开挖工序下围岩变形均呈突增态势,前四步开挖位移变化较大;洞室围岩应力随着开挖工序的进行在不断调整,最大主压应力总体上呈较高水平;隧道塌落区面积随着开挖工序的不断进行而增大;钢拱架的弯矩随着开挖工序的不断进行而调整;初期支护和二次衬砌在整个施工过程中的安全系数均满足要求。研究成果可为类似隧道工程的设计和施工提供参考。

王家岭矿综放工作面上隅角瓦斯体积分数场分布规律研究

针对煤矿综放工作面上隅角瓦斯积聚严重影响安全生产的问题,从综放工作面上隅角瓦斯体积分数场分布规律与上隅角瓦斯抽采的关系出发,采用MATLAB场分析法,以山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭矿12318综放工作面的正方形上隅角为研究对象,对上隅角区域的瓦斯体积分数场分布进行了分析。结果表明:12318综放工作面上隅角靠近采空区一侧以及靠近回风巷外侧煤壁处瓦斯体积分数较高,最高可达0. 5%;靠近工作面处瓦斯体积分数较低,仅为0. 10%～0. 25%。这对于合理有效地治理上隅角瓦斯体积分数超限问题具有重要的指导意义。根据研究结果,提出了采用顶板走向定向高位钻孔抽采和埋(插)管抽采等综合瓦斯治理方法,该方法有效地降低了上隅角瓦斯体积分数,即从0. 7%降低至0. 3%左右。

“黄金分割法”在爆破工程中的应用探讨

"黄金分割法"是一种古老的数学方法,它无处不在并造就了事物的和谐美,多年来经常被应用到艺术、摄影、绘画、设计等多个领域,而且得到了意想不到的效果。根据多年的爆破工程实践,将"黄金分割法"与工程爆破实例相结合,应用到露天爆破、高耸建(构)筑物爆破拆除等工程中,取得了很好的爆破效果。

下分层综放面切巷断面扩宽的支护

综放支架外形尺寸相对较大,在稳装前需对工作面切巷断面进行扩宽,为综放支架等设备的运输、调向、稳装提供有效空间。扩宽过程中采取合理的支护方法是解决支护密度和支护数量相矛盾的有效途径。以大同煤矿集团公司煤峪口矿8822工作面为例,介绍了切巷断面扩宽施工中采用的支护方法。

低中段在大吉山矿区南组东翼开采的成功应用

大吉山矿区南组东翼矿岩内断层、节理等构造发育,矿岩稳固性差。采用浅眼留矿法回采时,采场片帮与垮塌情况严重,上采高度难于达到阶段高50 m,采场回采率低,矿石损失率较大。通过长期的生产实践与探索,采取了以低中段为主的技术措施,取得了明显的效果。

基于磁热力耦合的高压大截面电缆热机械效应研究

高压大截面电缆热机械效应所产生的热应力与热应变会挤压和破坏电缆绝缘层结构,是影响电缆运行可靠性的重要原因之一。为实现高压大截面电缆热应力与热应变的定量计算,以两端抱箍固定的高压大截面电缆为研究对象,建立电缆磁热力耦合的有限元计算模型。计算电缆电磁损耗,将其作为载荷施加到有限元模型中,计算高压大截面电缆各层热应力与热应变。ANSYS仿真结果表明:高压大截面电缆热应力主要分布在导体与金属护层中,电缆其他各层热应力较小。通过数据拟合,确定导体与金属护层热应力与负荷电流的二次函数关系式,为高压大截面电缆运行状态监测提供理论参考。

浅埋超大断面地铁车站拱盖支柱法施工力学行为研究——以贵阳地铁3号线北京路站为例

为研究地铁车站施工工法拱盖支柱法施工力学行为,以贵阳地铁3号线北京路站为依托工程,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,对拱盖支柱法施工过程中的围岩变形、地表沉降以及支护结构受力进行研究。结果表明:1)拱盖支柱法灵活运用洞桩法和中洞法的施工理念形成顶部支承结构,充分利用下层硬岩的承载作用,有效地控制了地表沉降和围岩变形;2)上部中导洞开挖是导致拱顶和地表沉降最大的施工阶段,上部侧导洞开挖是导致支护结构受力变化最大的施工阶段;3)顶部支承结构施工完成后,围岩变形、地表沉降以及支护结构受力变化都很小,说明顶部支承结构能发挥很大作用;数值计算结果随施工工序的变化趋势与现场监测的变化趋势吻合度较好。