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。

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。

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。

基于断层带监测的自进式超前管棚可行性研究

依托宜遂高速公路严田隧道断层破碎带段,对严田隧道拱顶沉降和水平收敛进行监测,通过分析现场监测数据,验证严田隧道断层破碎带区域施作的自进式超前管棚可行性。研究结果表明:自进式超前管棚支护可显著控制隧道穿越断层破碎带时的围岩变形,减小发生塌方等灾害的可能性;自进式超前管棚充分发挥了稳固掌子面和加固地层的作用,大幅缩短工期,节省成本,结合缩短进尺等措施进一步保证了施工安全。

富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

[目的]富水卵漂石地层盾构下穿既有地铁线路施工过程中,易导致既有地铁线路上方土体不规则沉降超出控制范围,进而可能引发地下水喷涌和地面塌陷问题。为此,需要对富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道的施工技术进行研究。[方法]以新建成都地铁17号线凤溪大道站盾构下穿既有地铁4号线为案例,在阐述工程概况的基础上,选取了4个地面沉降测点和4个深层土体沉降测点,分析了盾构掘进过程中地层的沉降变化规律。采用MIDAS GTS软件建立了三维有限元模型,对采用38 m超长管棚与斜向注浆相结合的加固施工进行模拟,对4号线隧道预加固效果进行了分析。基于此,明确了地面跟踪注浆的时机,进一步分析了地面跟踪注浆的效果。[结果及结论]该加固措施有效提高了4号线结构底部土体的整体性,改善了4号线结构的受力状况,有效控制了4号线的结构沉降。

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。

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。

管棚对顶推地道桥路面沉降抑制作用分析研究

为研究地道桥顶推施工全过程中管棚对路面沉降的抑制作用,结合某市政次干道下穿机场高速通道工程实例,建立了无管棚和Φ402管棚的三维有限元数值仿真模型,采用“分层分块开挖方法”和“生死单元方法”来模拟顶推施工过程中既有路面沉降规律,以及管棚自身的应力和变形特征。结果表明:所建立的三维数值仿真模型较好地模拟了管棚超前支护下的路面沉降,计算结果与现场监测较为吻合;在顶推施工过程中,采用Φ402管棚可以有效抑制路面沉降,尤其是进口附近的路面沉降,最大沉降基本满足<20 mm的沉降要求;管棚变形分4个明显的分段特征,地道桥结构左侧刚度小,右侧刚度大,管棚表现为明显的空间扭曲状态。为更好地控制地表位移,左侧管棚间距可适当加密,右侧管棚可适当稀疏,顶进结束后,应及时对地道顶部进行注浆处理,从而减少路面的总沉降量。研究结果可以为管棚超前支护下桥式盾构顶进施工提供参考借鉴。

穿越碳质千枚岩破碎带隧道侵限及塌方的处治

基于316国道某穿越碳质千枚岩破碎带隧道侵限及塌方处治施工过程,根据现场侵限及塌方情况,分别对侵限段和塌方段进行处治。工程实践表明,采用“大管棚+小导管超前支护施工+空腔填充”技术进行超前支护对穿越碳质千枚岩破碎带隧道塌方进行处治较合理,施工效果良好,施工处于安全可控范围内。

无水砂卵石地层隧道内长距离大管棚施工技术

无水砂卵石地层中开挖易引起塌方,可采用大管棚支护。然而该地层中管棚打设困难,长距离打设还存在精度低、地层扰动大、变形大的问题,且缺乏经验。基于此,以北京地铁工人体育场站暗挖工程为背景,通过多组大管棚打设试验,比选得出打设长40.2 m的大管棚时可采用冲击旋转跟管钻进、高压风排渣的方法;据此调整确定了超长92.9 m大管棚打设所需设备和参数,并在现场成功实现了单根长度12.7~92.9 m、总长度58331 m的大管棚的打设,且打设精度高、质量好、地表变形小。最终提出隧道内无水砂卵石地层中超长大管棚打设施工工艺和重点控制措施,研究成果可为类似工程提供指导,弥补大管棚技术在无水砂卵石地层应用中的不足,具有重要工程意义。

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。

超长大管棚在砂卵石地层的施工工艺研究

以北京地铁3号线一期工人体育场站为例,打设直径108 mm、82.3 m超长大管棚在砂卵石地层进行超前支护,砂卵石地层粒径和地层阻力较大,钻进过程中可能出现轨迹偏移、钢管断裂等情况。从钻机、空气压缩机、钻头和钻杆、管靴和108钢管等方面进行试验对比,选择适合超长大管棚在砂卵石地层施工的设备型号、材质类别。测量放线、钻机就位、导向管安装钻机、跟管钻进施工、注浆封口、监测等工序,证明了潜孔冲击器跟管钻进法打设超长大管棚砂卵石地层是可行的。

浅埋黄土隧道管棚加固支护效果数值模拟分析

基于通定高速公路某浅埋黄土隧道工程,采取三维数值模拟和现场监测等手段,对浅埋段渗流黄土隧道的加固支护方案进行研究,分析对黄土隧道浅埋段施行超前管棚加固支护的可行性。针对不同的加固支护措施进行数值模拟分析,结果发现:超前管棚支护下拱顶沉降量减小16.2%,初期支护的轴力最大值减小19.8%。监测结果表明:超前管棚支护与超前管棚+超前小导管支护两种工法并用所能减小的竖向位移的百分比(27.8%、28.1%)非常接近,但超前管棚支护能大大节省额外施作超前小导管的费用和时间,有效地控制了拱顶范围内的围岩变形,验证了超前管棚加固支护工法的经济性和有效性。

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。

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。

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。

浅埋大断面黄土隧道施工对管棚力学行为的影响

考虑黄土隧道初期支护滞后效应、开挖扰动效应和管棚注浆扩散效果,基于Pasternak弹性地基梁理论,建立大断面黄土隧道管棚支护力学模型,推导管棚位移和内力的解析公式。以西延高铁宜君隧道洞口浅埋段为研究对象,研究开挖工法、开挖进尺对管棚超前支护力学的影响机制。研究结果表明:(1)由于黄土地层注浆扩散效果不佳,管棚环向承载拱效应不显著,在纵向呈现梁效应,将开挖产生的松动荷载通过弯曲变形传递至初期支护结构和掌子面后方围岩。(2)管棚内力沿纵向呈现正弦函数波动变化,进入掌子面围岩后一定范围内趋于稳定。弯矩最大值出现在开挖未支护区内,剪力最大值出现在支护区和无支护区交界处,管棚剪力数值大于弯矩,工程中应注意管棚截面的抗剪性能。(3)开挖工法对管棚位移和内力影响大于开挖进尺,台阶法开挖能够显著降低管棚位移和内力,台阶法中预留核心土能够减小管棚位移,但对内力影响不大。研究成果可为黄土隧道管棚超前支护设计提供参考。