隧道管棚支护承载特性及支护参数试验研究

为探究隧道管棚注浆钢管不同支护参数对管棚支护承载能力的影响,引入Pasternak双参数模型构建出更符合实际情况的管棚支护力学模型,通过多组室内试验,对管棚在不同注浆钢管管径、壁厚、注浆饱满度及加设钢筋笼条件下的承载能力进行定量研究。研究表明:1)管棚注浆钢管支护参数中,对管棚承载能力的影响排序为:管径>注浆饱满度>壁厚>钢筋笼。2)增大管棚注浆钢管管径可大幅提高管棚的承载能力,相比管径为108 mm的管棚,管径为159、219、299 mm时管棚承载能力分别增大183.58%、398.62%、874.86%。3)管棚钢管注浆不饱满会较大程度削弱管棚的承载能力,钢管注浆饱满度由100%降至75%、50%时,管棚承载能力分别降低29.8%、34.5%,注浆饱满度为50%时管棚的承载能力与未注浆时相差不大。4)管棚钢管壁厚和钢筋笼加设与否对管棚的承载能力影响较小。因此,在实际工程中,可通过增大管棚钢管管径提升管棚的承载能力,通过减小管棚钢管壁厚及不加设钢筋笼节约用钢量。

浅埋超大直径双圆顶管侧穿高压铁塔桩基预加固方案

以深圳市铁岗-石岩水库水质保障工程2#顶管侧穿王洋Ⅰ线N14高压铁塔为背景,对浅埋超大直径双圆顶管侧穿高压铁塔桩基预加固方案进行系统研究。提出管幕支护、“管幕支护+钻孔灌注咬合桩+旋喷桩”、“管幕支护+微型桩+旋喷桩”3种预加固方案,通过MIDAS/GTS建立数值模型,分析3种方案加固效果。结果表明:方案一加固效果不理想;方案二加固效果明显提升,对桩基沉降最为显著,较方案一降低53%;采用方案三,塔基整体沉降、水平、纵向位移及相邻桩基沉降差较方案二分别减少42%、20%、16%及19%,更能有效控制桩基稳定;加固后,塔基最大沉降为5.49 mm,最大水平位移为3.99 mm,最大纵向位移为2.28 mm,相邻塔基最大差异沉降为0.95 mm,基础最大局部倾斜为0.03%,均满足施工控制标准。方案三加固技术能较好地控制铁塔桩基沉降,保证高压铁塔的安全和正常使用,可为类似工程提供借鉴。

复杂地质条件的磷矿巷道支护方法研究与应用

磷矿体的构造发育部位往往稳定性差,巷道容易发生冒顶、片帮,支护难度大,严重制约矿山安全生产。为解决摩天冲磷矿地下开采巷道施工中的支护难题,通过对该矿复杂地质条件及施工现状进行综合分析,并对比相似地质条件下的井巷施工及支护方法,决定采用钢拱架、超前短管棚及喷混凝土联合支护方法进行支护。实践证明,在围岩极不稳固的地段用钢拱架、超前短管棚及喷混凝土联合支护,能快速支撑围岩,并对围岩进行封闭,支护体整体强度高,能有效保证巷道安全稳定,保障矿山安全生产。

大断面管幕箱涵隧道开挖面极限支护压力研究

【目的】箱涵隧道具有断面大、推进缓慢等特点,开挖面易失稳。【方法】依托合肥市庐州大道浅埋隧道下穿机场跑道实例工程,利用极限平衡理论、摩尔-库伦强度准则、全覆土重理论进行理论推导,并结合大型三维精细化数值模型,对开挖面极限支护压力进行研究。【结果】结果表明:提出了一种简便的管幕作用下大断面箱涵隧道开挖面极限支护压力计算方法。基于此,通过毕肖普条分法计算值与文章提出的极限支护压力计算值相比较,误差极小,证明了该方法的准确性。通过建立管幕箱涵施工三维数值模型,发现地表沉降量和开挖面纵轴线方向位移量随着支护压力的增大而减小,并趋于稳定状态。当支护压力超过静止土压力时,上部土体受强挤压作用,开挖面状态易呈倒S形。【结论】以上结果可为相类似工程提供参考。

大跨度管桁架屋盖整体提升对下部混凝土结构的影响研究

为研究张家口奥体中心游泳馆大跨度管桁架屋盖在提升过程中对下部混凝土结构的影响,分析了不同数量、不同布置方式的提升架对混凝土楼板和框架梁挠度影响。设计5种不同提升架模型,研究其受力特性。研究结果表明,提升架模型d在风荷载作用下的水平位移为其他模型的2倍,模型e 4个吊点在相同竖向荷载作用下传递至支座的轴力相差较大。提升架吊索失效不利于提升架受力,应予防治。当提升架支座反力作用于梁板时,只对受力点影响较大,对其余部位影响较小,且多受力点共同作用对梁板的影响为多个单受力点对梁板影响的线性叠加。薄弱区框架梁承受提升架支座反力时,可在梁下部加设临时钢柱支撑,加设支撑后梁最大挠度减小约50%。

超浅埋棚盖法暗挖地铁车站管幕支护技术研究与应用——以北京地铁19号线平安里站为例

为解决繁华城市密集建(构)筑物区超浅埋棚盖法暗挖地铁车站管幕超前支护施工技术难题,依托北京地铁19号线平安里站工程,采用理论推导、数值模拟、现场试验及实践总结的方法,建立管幕超前支护力学模型及其计算方法,验证并总结管幕受力及变形机制,优化有限空间作业条件下管幕施工工装及工艺,总结管幕支护施工关键技术。实践表明:1)棚盖管幕支护技术能够满足超浅埋棚盖法暗挖地铁超前支护受力及变形要求,适宜与PBA工法结合实现“盖挖暗作”修建地下车站;2)弹性薄板理论及计算方法能够契合实际工况,为超浅埋棚盖法暗挖地铁车站设计施工提供理论依据;3)管幕支护技术机械化程度高、施工效率高,能够满足繁华城市超浅埋有限空间作业。

新管幕支护结构一体化施工管间切割加固技术

新管幕支护结构一体化施工是在顶管施工技术及新管幕法的基础上进行改进,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。依托太原市迎泽大街下穿火车站通道工程,介绍了新管幕法施工管间三角区高压旋喷桩加固、临时支撑安装、钢管切割及焊接加固等作业内容。理论研究及施工实践表明,成功打通管幕钢管并提升地下结构整体牢固力,为今后新管幕法管间切割加固施工提供一定的指导意义。

工作面过断层区顶板支护技术应用

基于裕兴煤矿15205工作面过断层期间,端面顶板出现严重破碎现象,造成工作面回采难度大、煤壁垮落严重等,威胁着工作面安全高效回采的问题,通过技术研究,对带压擦顶支护、注浆支护、单锚杆支护三种端面破碎顶板支护方案进行对比分析后,决定采用“膨胀注浆锚杆+超前管棚”联合支护技术。通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后控制了端面顶板破碎现象,端面距由原来的1.5 m减小至0.4 m,煤壁片帮深度由原来的1.3 m减小为0.5 m,取得了显著应用成效。

三软煤层巷道掘进防漏的顶预防性注浆技术研究

某矿3130巷沿着13号煤层底板掘进,13号煤层为典型的三软煤层,顶板冒落及变形量大问题较为明显,特别是3130巷掘进至1 560~1 620 m范围内时,受区域褶曲构造影响顶板破碎、裂隙发育,巷道冒顶风险更为突出。因此,提出采用注浆方式对顶板进行超前加固的预防性措施,提高顶板稳定性及承载能力。依据3130巷围岩特点并结合以往注浆经验,提出使用管棚注浆方式加固顶板岩体,并具体设计超前注浆加固技术方案。现场应用后,巷道掘进期间顶板始终保持稳定,未出现冒顶、片帮等问题,同时巷道围岩变形量整体较小,围岩变形控制效果显著。

浅埋大跨隧道管幕预支护技术试验研究

首都机场T2~T3航站楼联络线大跨隧道下穿不停航飞机跑道,施工风险极大。为了得到合理的管幕预支护参数及开挖方法,本文利用了模型试验,研究了不同管幕布置型式、管径大小及开挖方法对地表、管幕沉降的影响,结果表明:"门"字形管幕比"口"字形管幕形式的地表沉降值大51%左右;直径600mm管幕比直径970mm管幕的地表沉降大24%左右;中间导洞先开挖与最外两侧导洞先开挖所引起的地表沉降值及规律基本一致;飞机动载作用对地表沉降及管幕内力的影响比静载的影响大12%左右。因此,为了安全起见实际工程中采用了直径970mm、"口"字形布置的管幕,开挖方法为先最外两侧导洞、后中间导洞、最后中间两侧导洞。

浅埋暗挖隧道管棚支护参数的研究及应用

文章以某下穿浅埋暗挖隧道管棚超前加固为研究对象,分析了管棚支护参数的应用理论,采用刚度折算模型,将管棚层折算为各向同性的加固体,并对单层及双层管棚的超前加固效果进行了数值模拟计算,并与监测数据进行了对比分析,在此基础上对不同直径管棚的加固效果进行了分析。分析结果表明:对于常用管棚,随着管棚直径的加大,初期支护及临时支撑的内力有明显减小,并能更好地减小地表的沉降。

管棚超前支护在平顶直墙隧道中的优化设计

管棚法作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法在防止隧道塌方、控制地层位移方面发挥着重要作用。管棚设计需要确定两个基本参数——间距、截面尺寸,而管棚的设计理论还不够成熟。文章引入土拱原理可以计算管棚的最大间距;而对于截面尺寸,提出在弹性地基梁法的基础上,考虑隧道开挖影响并结合增量法进行计算较为合理。同时认为,两个基本参数的相互影响必须综合考虑,假定管棚直径进行间距设计,应根据管棚受力分析进行校核,通过多次循环假定、计算、校核以得到较为合理的管棚设计参数。

地下通道浅埋暗挖对城市道路结构的影响

城市地下通道浅埋暗挖法施工会导致地层变形和地表沉降。采用通用有限元软件ABAQUS,对地下通道浅埋暗挖施工过程进行数值模拟,根据围岩开挖引起的位移响应和应力响应计算,结合现场实测数据,评价地下通道浅埋暗挖法施工对城市道路路面结构的影响,并讨论长管棚超前预支护对减小围岩开挖引起的路面结构附加弯拉应力的意义。分析结果表明:浅埋地下通道,围岩软弱,暗挖施工会引起显著的地层损失和路表沉降,这会导致沥青混凝土路面结构内形成较大的附加弯拉应力;采用长管棚超前预支护可控制地层损失和路表沉降,并可减小由此引起的路面结构附加弯拉应力。

复杂条件下超浅埋双层叠合大断面隧道下穿敏感建筑设计

文章结合目前国内世界级工程港珠澳大桥的拱北隧道,从设计的角度介绍了一种饱和富水软土地层超浅埋大断面双层叠合六车道隧道下穿敏感建筑的新方法——管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法。该法将作为超前支护的管幕与作为支护结构的初期支护进行合理组合连接,形成大刚度的环向及纵向整体受力体系,可有效控制隧道开挖过程及运营阶段的地表变形,大幅度降低施工风险。该法通过对管幕间的土体进行冻结的方式形成隔水帷幕,避免了由于地下水流失导致的地面变形及隧道暗挖施工期间产生涌水、突泥现象,隧道能够在水密性的地下空间进行施工。该法运用了顶管、冷冻两种在隧道建设领域运用较少的新工艺,经过与支护结构的合理组合,成功地解决了复杂地质条件及复杂环境条件下的超浅埋大断面隧道下穿敏感建筑遇到的技术难题,拓展了隧道建设新思路,建立了隧道建设新方法。

浅埋暗挖隧道管棚支护机理力学分析

根据土与基础的相互作用理论,建立了基于双参数模型的管棚支护结构与围岩相互作用模型。采用解析法解得管棚结构的扰度方程、转角、弯矩方程及地基反力方程。分析在工况转换过程中,尤其是开挖应力释放阶段,管棚支护体系的受力转换及其工作特征,实现了管棚法的量化计算。将理论应用于实际工程,计算出某隧道在管棚支护下的扰度曲线、地基反力,同时将管棚结构扰度计算结果与实际测试进行比较,验证了计算结果的正确性。

隧道预支护对控制围岩变形的力学效果研究

研究目的:基于三维弹塑性有限元方法对隧道开挖面预支护及顶部预支护进行参数分析,研究隧道开挖过程中有无顶部预支护条件下不同开挖方式、不同核心土长度、不同台阶长度对地层沉降、管棚力学行为及开挖面稳定性的影响,总结一些规律性的认识,为复杂地质条件下隧道开挖方式的选择及顶部预支护设计提供一定参考。研究结论:(1)留设核心土可以显著改善开挖面的稳定性,核心土的最佳长度大约在D/3～2D/3范围内,施工中应尽量使核心土长度与台阶长度相等。(2)核心土抑制围岩水平位移的作用有限,在软弱地层,单纯依靠核心土的作用并不能控制水平位移,应结合管棚预支护等隧道顶部预支护措施。

超前预支护技术在浏阳河隧道施工中的应用

文章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。工程实践证明,此项技术有效地保障了暗挖段的施工质量和安全。

黄土公路隧道浅埋段管棚注浆支护机理及监测分析

为了探讨管棚注浆法在黄土公路隧道浅埋段中的支护机理和实际应用效果,对某黄土公路隧道右线出口段进行了地表沉降、拱顶下沉和水平收敛等的施工监测;在对现场监测数据进行分析的基础上,得出黄土公路隧道洞口浅埋段在管棚支护作用下拱顶下沉、水平收敛、地表沉降等的变化规律。研究结果表明:管棚注浆法能够显著抑制浅埋黄土地层的变形和拱顶下沉,减少隧道初始支护结构的变形和受力,避免浅埋黄土地层开挖中塌方现象的产生,保证了施工安全,为进一步分析黄土地区管棚注浆法的支护机理提供了参考依据,同时也为今后西北地区黄土公路隧道管棚注浆法的设计和施工提供了优化数据。

软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究

保证掌子面的稳定是实现软弱围岩隧道机械化全断面施工的前提,合理的超前支护措施及参数是控制掌子面稳定性的有力手段。针对目前隧道超前支护设计方法不完善且多依赖于工程经验的现状,提出隧道超前支护体系定量化设计方法。基于经典楔形体模型,推导了考虑四种常用超前支护措施(掌子面喷混凝土、超前管棚、掌子面锚杆、掌子面预注浆)时掌子面稳定系数K的计算公式,提出了掌子面喷混凝土支护力P1、掌子面锚杆支护力P2、管棚支护下围岩压力折减系数α1、掌子面预注浆加固后围岩黏聚力增大系数α2的计算方法,制定了隧道超前支护体系设计流程,并以郑万高速铁路荣家湾隧道为背景验证了该计算方法的合理性。研究成果可以为软弱围岩隧道超前支护体系设计、优化提供理论支撑。

隧道洞口浅埋段管棚超前支护开挖进尺优化

山岭隧道矿山法施工循环作业的开挖进尺对该隧道工程局部乃至整体的施工安全性、经济性有着重大影响。针对使用管棚超前支护的隧道洞口浅埋段,采用Winkler弹性地基梁计算模型,以管棚钢管挠度为控制条件进行开挖进尺优化分析。以厦深高速铁路某双线隧道工程为依托,首先进行理论计算,同时考虑工程实际确定最优开挖进尺并指导施工,随后将现场实测数据与理论解析值对比,两者有较好的一致性。结果表明,Winkler弹性地基梁计算模型可以较真实地反映管棚在洞口浅埋段软弱破碎围岩中的力学行为。