软弱破碎围岩地铁隧道施工工法数值仿真

针对青岛某软弱破碎围岩地铁隧道工程,根据其地质勘察和相关设计资料,隧道断面拟设计为单洞单线与双线马蹄形两种结构方案。采用Midas-GTS有限元分析软件建立了单洞单线和双线隧道断面的数值模型,并基于Mohr-Coulomb本构模型全过程模拟了上下台阶法和交叉中隔壁法(CRD)的施工流程,验证了该隧道衬砌设计的合理性及开挖方法的适用性。相应数值模拟结果对于类似软弱破碎围岩地铁隧道暗挖施工具有重要的参考价值。

巷道掘进施工遇地质构造对策分析

以山西某矿3603运输巷过断层构造为工程背景,结合现场条件,为实现巷道安全掘进及围岩变形有效控制,提出采用迎头超前注浆+顶板注浆锚索注浆方式进行围岩控制;超前注浆可为巷道掘进及后续围岩控制创造良好条件;顶板注浆锚索可实现直接顶软岩加固,提高顶板强度及顶板岩体与支护体系耦合效果。现场应用后,3603运输巷过断层构造期间围岩始终保持稳定,巷道围岩变形量在允许范围内,现场应用效果较好。

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。

不同饱和度下破碎软岩隧道掌子面破坏范围上限分析

基于构建的隧道掌子面二维多块体滑移破坏模式,将非线性Hoek-Brown准则与软岩强度随饱和度变化关系相结合,借助极限分析原理和数值优化手段,提出一种在不同饱和度下估算隧道掌子面破坏范围的计算方法。以广西瑶寨隧道突水突泥事故作为算例,计算得到不同饱和度下隧道掌子面的破坏范围。研究结果表明:岩体的抗压强度随饱和度的提高逐渐减小,且通过参数转换得到的黏聚力与内摩擦角也随之减小;隧道掌子面破坏范围和支护力随饱和度的增大而增大;当饱和度为0.8时,破坏面已延伸至地表,此时维持掌子面稳定的最小支护压力为651.541 k Pa;在破坏面扩大延伸的过程中,若不采取相应的处理措施,则隧道掌子面将产生突水突泥、塌方等地质灾害。该方法最大的优点是凭借少量的试验参数就能确定隧道掌子面的破坏范围,可作为隧道设计施工中的一种估算方法。

超大断面隧道软弱破碎围岩空间变形机制与荷载释放演化规律

为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程。首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍(0～3倍)洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律。研究结果表明:(1)软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程;(2)软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;(3)台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10%～25%,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期;(4)台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围;(5)隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载释放区,及时施作支护可有效减弱掌子面前方围岩荷载的集聚程度和荷载峰值,使荷载峰值出现的位置滞后,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定。

基于台阶法的极破碎软岩隧道开挖进尺优化研究

为探明极破碎区域软岩隧道在采取不同台阶间距情形下,隧道变形及结构内力的分布及变化规律,寻求其合理开挖进尺,本文结合"5.12"特大地震发震断裂———龙门山断裂带附近杜家山隧道的实际施工过程,根据隧道采取的三台阶+预留核心土方法,以现场试验段采取的3种开挖进尺为依托,对不同工况下隧道变形及结构受力进行对比分析,初步认为:F1及F2工况为极破碎区域软岩隧道的最优进尺。在此基础上对1、1.5、2、2.5、3、3.5m开挖进尺,采用数值模拟手段对现场试验进行补充验证,通过对开挖后隧道变形、支护受力与现场监测值的对比分析,进而对不同工况下隧道施工后结构的稳定进行评价,综合分析表明,对于软岩隧道,循环进尺应在1～2m间合理选择。现场试验段的成功运用也论证了这一方案的合理、有效性,其成果可供类似工程施工参考。

塔山矿松软煤层中特大硐室掘进与支护技术

为了控制松软破碎煤层中特大硐室围岩变形和提高施工速度,根据变性力学机制分析,采用了高主动性、高强度、高刚度的联合支护技术,掘进采用了导硐掘进技术。施工结果表明:锚杆、锚索、喷浆、格栅混凝土砌碹联合支护方式能够有效地控制特大硐室围岩的变形,保证了支护安全,导硐掘进技术有利于特大断面硐室的施工组织,更有利于施工安全,使硐室施工实现了快速、优质、安全、高效的目的。总结出了一套松软破碎煤层中特大硐室的掘进与支护技术的经验,使大同矿区的软岩巷道支护技术水平上了一个新台阶。

引松供水工程岩溶及软弱破碎地层敞开式TBM施工技术

引松供水工程四标段隧洞TBM法施工长度约17 km,其中7 332 m主要穿越灰岩(岩溶)、炭质板岩、断层等软弱破碎地层。为解决TBM在该类地层中掘进时TBM偏机、栽头、刀盘被糊、被卡、涌泥涌水、收敛变形引起设备被卡等难题,通过资料查阅、调研国内外现有TBM施工案例、专家咨询研讨等,对比研究多种方案;结合工程实践,提出TBM超前地质预报、钢拱架、钢筋排和喷射混凝土联合及时支护等一系列确保TBM连续施工的方案与措施。经工程验证,该方案与措施能够很好地保证TBM在岩溶及软弱破碎地层的连续掘进,为工程的顺利实施奠定了坚实的基础。本文研究得出了一系列理论及参数,可为类似工程提供借鉴和参考。

软弱破碎矿岩巷道支护技术研究

通过对四川泸沽铁矿大顶山矿区软弱破碎地段巷道变形失稳机理的分析 ,对该矿的矿岩进行分类 ,采用分级支护等措施 ,对该矿井巷支护技术进行了优化 ,大大提高了成巷率 ,为矿山生产创造良好条件。

软弱破碎围岩隧道二衬施作的合理时机判别研究

为了合理判别软弱破碎围岩隧道的二衬施作时机,结合工程实践,通过洞室拱顶沉降和边墙变形收敛的现场监控量测,提出了利用围岩-初支系统变形实测数据判别软弱破碎围岩隧道二衬施作合理时机的考虑支护是否保守的五级速率比值法并研发了相应的软件,并通过工程实例进行了成功验证。研究表明:1研制的软件操作具有界面简洁、友好,以及操作简单易用的特点,具有测点围岩-初支系统位移和收敛的现场监测数据的录入、储存、修改和管理等功能,能方便地进行软弱破碎围岩隧道的二衬合理时机判别;2通过工程实例验证分析表明,提出的方法是可行的,与现行的二衬时机选择的方法本质上是相同的,但更加具有可操作性,研究成果可以为同类型隧道的二衬时机选择提供可资借鉴的方法。

正习高速公路老鹰岩隧道偏压破碎断层处理技术

正习高速公路位于黔北山区,正习四标位于桐梓县芭蕉、水坝塘两乡镇内,地形地貌以高山沟谷为主,地质条件比较复杂,地表水异常丰富,本段碳酸盐岩类岩石广泛分布,岩溶强烈发育。选取贵州省德江—习水高速公路正安—习水段老鹰岩隧道偏压破碎断层处理技术经验,本工程极大地提升了浅埋偏压段隧道施工技术的实践水平。

松软破碎煤层巷道掘进与支护技术研究

针对陈四楼煤矿十六采区辅助轨道巷掘进中巷道顶板及煤体松软破碎,常用的掘进工艺与支护方案不能满足正常施工等问题,提出了短掘短支施工技术,借助掘进机超前支护,并优化支护设计,通过矿压监测结果表明,该支护效果显著,可为松软破碎煤层巷道的掘进与支护提供了一种新的思路。

TSP技术在软弱破碎隧道超前预报中的应用研究

在隧道开挖过程中,物探是超前地质预报的重要方法。在各种超前预报物探方法中,最具应用前景的是地质雷达法和TSP法。TSP法具有预报距离长、对施工干扰少、使用范围大、预报结果信息丰富等优点。但是目前TSP法在应用中缺乏系统完善的解译标志,对于数据的解译很大程度上依赖于预报人员的个人经验,导致预报准确性有很大的随机性。文中着重关注了TSP在超前地质预报中的适用性,完善了标准的解译方法,并建立了一套普适的解译标志,可更加迅速地得到预报结果。

预留光爆层修边爆破法在破碎软岩中的应用

为了实现在破碎软岩巷道掘进中的光面爆破,鹤煤五矿工程技术人员进行不懈努力,通过精确控制炮眼参数,并根据预留光爆层的岩性和实际厚度适当调整周边眼的装药量,最终达到光爆效果。经总结整理,形成针对破碎软岩的预留光爆层修边爆破法。该工艺具有安全、质量和经济三重效益。

松软破碎围岩地层掘进支护方式

对于许多矿井的松软破碎围岩地层、巷道容易产生破碎、巷道的支护比较繁琐等特点,通过分析巷道围岩的破坏机理,总结了松软破碎围岩变形的各项规律和因素,提出了巷道的掘进和支护方法,分析了山西辛置煤矿矿井一些松软破碎围岩条件下的巷道布置与支护情况。

软弱破碎围岩隧洞初期支护侵限处理措施

大伙房输水一期D&B4标段9号洞在初期支护施做完毕2月以后,发现局部洞段有大范围的侵限现象。文章针对具体情况,提出采用径向注浆加固、逐榀拆除钢架、钢架增加支撑、锚喷支护、监控量测等一系列措施,成功地完成了侵限处理工作,对类似工程具有借鉴意义。

双层周边孔护壁爆破在软弱破碎围岩的应用研究

软弱破碎围岩在传统光面爆破施工中,容易出现超欠挖量难以控制、围岩损伤程度严重、半孔保存率低等一系列问题。以贵州小白岩隧道爆破施工为工程背景,研究了双层周边孔护壁爆破设计在软弱破碎围岩爆破工程中的应用。研究从分析超欠挖现象的形成原因出发,在周边孔炮孔布置、装药结构以及爆破顺序等方面进行了优化,将最外层的辅助孔装药结构调整为与周边孔相同的不耦合装药,并在外层周边孔保留岩体的一侧添加护壁,爆破时先起爆外层周边孔再起爆内层周边孔。通过数值模拟及现场试验,确定了双层周边孔环向间距为500 mm,径向间距为650 mm,内外层起爆间隔为50 ms。在应用双层周边眼护壁爆破设计后,现场试验段的超挖量与常规光面爆破相比减少了40%~60%,半孔保存率提升至89%,每循环进尺炸药使用量节约了22 kg,经济效益显著提升,具有一定的推广应用价值。

浅埋顺层偏压软弱围岩隧道施工变形控制技术

浅埋破碎软弱围岩隧道施工难度大,要求施工技术高。针对新建铁路云桂线(广西段)达陇隧道进口洞口段工程,通过施工信息化的方法,采用了大拱脚台阶法、小导管超前注浆预支护、开挖洞室径向注浆加固、短开挖、弱爆破、强支护、二次衬砌紧跟、混凝土挡墙等综合施工技术,确保了施工安全,并解决了施工过程中因浅埋破碎及顺层偏压问题造成初支下沉侵限和隧道顶部及地表开裂的问题。实践证明,所用施工方法及辅助施工措施切实可行,可实现洞内施工安全和洞室结构稳定,其施工经验可为今后类似工程提供一定的参考。

从弹塑性力学的角度谈软岩巷道支护理论

对国内外软岩巷道支护理论发展进行了总结,阐述了影响较大的新奥法、轴变论和松动圈支护理论的机理、适用条件、优缺点。用弹塑性力学来解决当前新型的软岩支护结构形式高强混凝土弧板支架的问题。

高强度高预应力锚杆支护技术在苏海图煤矿的应用

本文分析了高强度高预应力锚杆支护技术在苏海图煤矿三下山155盘区15#煤层松软破碎围岩掘进支护中的适应性,提出了松软破碎围岩巷道掘进时的控制技术,提高了掘进效率和巷道支护效果,对提升回采推进速度有重要作用。