基于超大超深立井的凿井井架结构选型与设计

立井凿井井架是立井井筒施工期间进行提升和悬吊施工设备而设立的特殊钢结构体。近年来,随着我国矿产资源开发建设的不断发展,矿井的开采深度超过2000 m、井筒直径超过10 m时,现有的凿井井架无法满足施工的需要。研究设计了超深凿井井架,能够满足凿井井筒净直径11 m、凿井深度2500 m的施工要求。为进一步完善超大超深井凿井井架的设计理论,提升深井凿井技术装备水平,利用互联网技术对凿井井架工作状态下杆件的应变进行实测,既可以进一步提升立井井筒施工的信息化水平,也确保了超深立井凿井施工的安全。

厄瓜多尔CCS水电站超深竖井反井钻机法施工关键问题研究

厄瓜多尔CCS水电站为引水式电站,布置有2条深达537.9 m的超深竖井。经过方案比选,选择了新型RHINO 1088DC反井钻机进行竖井施工。反井钻机法施工分为正钻导孔、反扩导井及人工扩挖3个阶段。针对正钻导孔时的埋钻、导孔偏斜问题,反扩导井时的塌井及刀具损坏问题,人工扩挖过程中塌方、涌水及堵井问题,文章在分析其成因的基础上提出了相应的预防及处理措施,取得了良好的施工效果。CCS水电站超深引水竖井反井钻机的成功实施对国内水利水电工程深竖井施工水平的提高具有重要的借鉴意义,相关研究内容可为类似工程的竖井施工提供参考。

特厚表土层钻井井壁底结构分析与设计优化

针对目前特厚表土层深钻井工程井壁底常用设计计算方法不能反映结构的细部应力特征、且支承环应力与实际状态不符的难题,采用有限元法对淮南张集煤矿西区进风井井壁底结构进行了数值分析,计算结果表明,原设计井壁底结构中壳体与支承环相交处内缘径向应力最大,为-34.54 MPa.在井壁底结构设计时,可取支承环高度2.0 m进行计算.通过设计优化,井壁底结构中最大应力得到大大降低,只有-12.68 MPa,满足了设计强度要求.工程实测结果表明,优化后井壁底结构中实际钢筋的最大应力为-67.20 MPa,混凝土最大应变为-351με,且都远小于他们的设计值.优化后的井壁底不但节约了混凝土浇灌量,更为重要的是中间部位没有浇灌实,为后面破锅底爆破工作创造了自由面,加快了施工进度.

特长铁路隧道超深竖井模式下防灾疏散及救援技术研究

特长隧道内列车发生火灾和故障事故对铁路运营安全危害极大,给隧道内人员疏散、外部抢险救援及运营管理带来极大挑战。文章以我国目前最长的大丽至瑞丽铁路高黎贡山隧道(34.538 km)为依托工程,开展特长隧道防灾疏散及救援方案研究,制定了铁路隧道防灾疏散救援的总体原则及不同事故灾害形式下的疏散策略,提出了超深竖井主副井模式下紧急救援站的设置型式,建立了竖井式紧急救援站人员疏散及通风排烟系统,提出了复线隧道及初期单线隧道条件下的半横向通风、排烟方案,并制定了火灾紧急情况下的防灾救援管理模式及消防救援预案。

深冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁试验研究

针对600～800 m特厚表土层中冻结井筒的支护难题,根据约束混凝土原理,提出合理的解决途径是采用内层钢板高强钢筋混凝土复合冻结井壁结构。通过模型试验,对该种井壁结构的应力、变形和强度特性进行深入研究,结果表明:由于内层钢板筒的约束作用,井壁结构中混凝土处于三轴受压应力状态下,其变形能力和抗压强度都得到较大程度的提高,井壁破坏时,内缘混凝土的环向应变可达-4 000με,表现出较好的延性特性,改善了高强混凝土的脆性缺陷。如将目前现场使用的现浇高强钢筋混凝土冻结井壁改为内层钢板高强钢筋混凝土复合结构形式,则井壁承载能力可大大提高,可合理地解决特厚表土层中冻结井筒的支护难题。影响该种井壁极限承载力大小的因素依次为混凝土抗压强度、厚径比、内层钢板厚度和配筋率,其中提高混凝土强度对井壁承载力影响非常显著,如将混凝土强度提高10 MPa,则井壁承载力将提高约13.8%。而增大配筋率对井壁承载力影响甚微,所以,在实际工程应用中,为经济合理设计井壁,只需配置单外排钢筋。最后,根据理论分析和试验结果推导出该种井壁承载力的计算公式,从而为该种井壁结构的工程应用提供设计依据。

特厚冲积层冻结井壁受力机理与设计优化

为解决特厚冲积层冻结井筒的支护难题,对井壁受力机理和设计优化方法进行了探讨。井壁实际受力状态分析表明:特厚冲积层冻结井筒,外层井壁的内缘混凝土处于"拉-压"二向应力状态,其中环向处于压应力状态,竖向则处于拉应力状态;而内层井壁的内缘钢筋混凝土处于"压-压"二向应力状态,其中环向压应力是由静水压力或层间压力引起的,竖向压应力则是由自重应力等引起。根据现行混凝土结构设计规范,提出了特厚冲积层冻结井壁设计优化方法。工程实例应用结果表明:采用这一设计优化方法不但可以减薄井壁总厚13%,而且它与现行国家混凝土结构设计规范相衔接,各项参数取值有法可依,优化后的井壁工作状况正常。

乌鞘岭特长隧道芨芨沟深竖井井筒机械化施工配套技术

乌鞘岭特长隧道芨芨沟竖井井筒基岩段采用短段掘砌混合作业方式施工 ,充分利用了机械化配套设施 ,于 2 0 0 3年 6月份创竖井基岩段月成井 134.6m纪录。文章介绍了其施工方案、施工装备、施工方法及辅助生产系统 ,并探讨了竖井基岩段机械化快速施工的有效途径。

考虑脆性围岩张拉破坏的终南山超大直径深竖井稳定性分析

脆性围岩中常常发生张拉破坏,有必要对检验脆性围岩的抗张拉承载能力的判据进行研究。在此基础上对张拉破坏判据如何在工程应用进行了研究。采用数值分析对比分析了常见断面形式的较大张应变区域,为断面的合理选型提供了参考。提出了基于张应变破坏区的锚杆设计方法,认为锚杆的设计长度应略长于最终的张应变破坏区的厚度。最后将张拉破坏判据应用于终南山2号超大直径深竖井工程稳定性分析中。通过三维有限元模拟分析表明:按照张拉破坏判据,秦岭终南山2号竖井I级围岩在开挖后,仅进行喷射混凝土支护,便可保持稳定;Ⅲ级围岩在施加按张应变破坏区设计的锚杆后,围岩也可以保持稳定。

磁西矿超深井筒原岩地应力研究

介绍了磁西超千米井筒设计和地质条件,展示了井壁受力的实测方案以及依据包神解析公式进行地层原岩应力反演计算的原理。实测结果反演得到了井筒1 208 m深处的水平应力平均估值以及不均匀分布情况,水平应力与垂直应力之比符合自重应力场的规律,侧压力系数估值约为0.256~0.278之间。通过有限元数值模拟,图形化展示了井筒地应力分布,验证了实测反演数据的合理性,同时也反映了岩层剪切模量和构造等地质条件对水平应力不均匀分布的影响规律。结合对该矿区宏观地质构造运动演化和地质力学的定性分析原理,综合地分析了实测结果、解析反演和数值计算之间的一致性,对水平原岩应力Hoek＆Brown统计规律的普适性提出了质疑,讨论了现有原岩应力解析计算方法,为采用包神公式进行井壁设计供了参考。

特厚表土层钢板混凝土复合井壁竖向承载力试验研究

通过模型试验和理论分析,对特厚表土层双层钢板高强混凝土复合井壁的竖向受力特性进行了研究。首先,根据相似理论,进行了双层钢板高强混凝土复合井壁结构的模型设计和试件加工;然后,通过加载试验,得到了井壁结构在竖向荷载和侧压共同作用下的竖向应力、变形和强度特性。结果表明:由于内、外钢板筒的约束作用,井壁结构中的混凝土完全处于三向受压应力状态下,其抗压强度提高了1.73～1.92倍,且井壁破坏时混凝土的竖向极限压应变达到-3.9×10-3,表现出较好的延性特性。通过钢板与混凝土的相互约束,改善了各自的力学特性,使井壁竖向承载力显著提高,远比钢板筒和中间混凝土层的竖向极限承载力之和大,并根据理论分析和试验结果推导出了井壁竖向承载力的计算公式,对理论研究和工程应用具有一定的参考价值。

特厚表土层双层钢板高强高性能混凝土钻井井壁试验研究

针对500～700m特厚表土中钻井井筒的支护难题,认为合理的解决途径是采用双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构。首先,给出钻井井壁C60～C75高强高性能混凝土的优化配合比;然后,根据相似理论,进行双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构的模型设计。通过模型试验,对这种井壁结构的应力、变形特性和强度特征进行研究,研究结果表明:由于内、外钢板筒的约束作用,井壁结构中的混凝土完全处于三轴受压应力状态下,其抗压强度得到较大程度的提高,且井壁破坏时混凝土的极限压应变达到-4600με,表现出较好的延性特性,得到了该种井壁结构承载力的试验值,从而为该种高强井壁结构的工程应用提供了设计依据。目前,该研究成果已应用于3个特厚表土层的钻井井筒工程实践中。

超大直径深立井施工工艺和装备配套问题及对策

回顾了我国立井井筒直径及深度及其相应的施工技术装备发展历程;并从井筒直径和深度需求的角度,分析了其发展趋势,阐述了与井筒大小及深度相适应的技术装备匹配关系。指出了净直径超过10m、深度超过1 200m的超大直径深立井施工技术难题,即提升及悬吊安全恶化、提升能力骤降制约建井速度、井壁厚度及安全制约施工、井筒施工环境恶化等;提出了解决超大直径深立井施工技术难题的思路是:井架受力合理化,提升钢丝绳高强化,提升机性能高强及稳控智能化,悬吊稳控智能化,吊盘及模板迈步轻质化,抓岩清底少人化,砌壁浇注自动化,井壁安全信息化,降温通风智能化。

秦岭终南山特长公路隧道洞口气象观测与分析

针对秦岭终南山特长公路隧道通风计算中缺乏必要的洞口气象基础参数,建立气象站对其洞口气象参数进行周期1年的连续现场观测,分析隧道洞口端各气象参数变化规律,为多竖井深埋隧道通风防灾设计提供可靠依据。

拉力传感器在超深竖井正井法施工中的应用

以中东某抽水蓄能电站500 m级高压竖井采用正井法施工为例,阐述了拉力传感器在超深竖井正井法施工中的应用情况。在正井系统中,施工吊盘为井下施工人员提供了施工空间以及安全保障,同时也为吊盘底部的中心回转抓岩机提供悬吊点,成为整个正井系统最重要的一部分。介绍了所研究设计的拉力传感器配合无线摄像头将井下吊盘状态实时发送到井口控制室的过程,解决了吊盘倾斜后难以调平的技术难题并已经过实际应用,有效保证了竖井开挖支护的顺利实施;最重要的是保证了井下施工人员的安全。实际应用结果表明:该设备应用简单、操作方便、安全可靠。

中深孔爆破技术在小断面超深竖井中的应用

中深孔爆破施工方法是竖井快速施工的有效途径,结合大红山铁矿1279 m小断面箕斗竖井中深孔爆破技术的应用情况,对钻装机具、掏槽形式、爆破参数、起爆方式等关键技术措施进行分析。SJZ-5.6型伞钻对于井筒净直径5~6 m的情况是适宜的;二阶直斜眼掏槽方式能提高爆破效率;导爆管雷管及电磁雷管爆破网路可提高准爆率。中深孔爆破技术有力保障了该超深竖井的优质快速施工,连续六个月进尺均超过100 m,该箕斗竖井的爆破经验可为同等围岩条件下的小断面超深井筒掘进爆破施工提供理论与技术支持。

地下厂房设置单级竖井解决超深电缆出线的研究

针对目前地下厂房超深电缆出线竖井,通常采用两级竖井所存在的不足现状,超深竖井设置成单级竖井加耳洞的型式,取消分级竖井的中平洞及施工支洞,可以有效地节省工程投资,符合"安全可靠、节能环保、经济适用"的设计原则和设计理念。

复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术综述

穿黄隧洞是南水北调中线穿越黄河的关键工程,工程规模大,地质条件复杂,还需面对河床游动、深度冲淤、砂土地震液化、软土震陷、隧洞渗漏、围土稳定、压力输水安全与长期运用等一系列问题,技术难度高。为此国务院南水北调工程建设委员会办公室将《复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术》列为"十一五"国家科技支撑计划重大项目中的一个课题。通过对工程总体布置优化和多项专题研究,包括按1:1比尺建立洞顶埋深30余米的隧洞仿真试验模型,较真实地模拟外部水土环境和内水压力等工况条件,经过试验研究,解决了一系列技术难题,确保工程顺利实施,推动了有关工程技术的创新与发展。

大型超深竖井滑模结构设计优化及安装施工——以巴基斯坦N-J水电工程为例

巴基斯坦N-J水电工程调压竖井井壁衬砌采用滑模施工。为进一步提高滑模施工的安全性、可靠性及混凝土衬砌质量,降低劳动强度,对滑模的下料系统、模板系统进行了优化改造,并从多角度比较分析了不同施工方案的优劣。滑模生产实际及受力有限元分析结果表明,其结构强度满足施工要求。此外,通过方案对比分析,介绍了该工程采用的竖井底部安装技术,可为相关工程提供参考。

我国超深立井凿井提升面临的问题及建议

论述了我国国内超深立井提升装备和项目现状,并与国外超深立井提升系统参数配置情况进行了对比。在现有国产装备及安全规程条件下,分析了超深立井凿井在提升高度、提升效率、提升机滚筒宽度等方面面临的困境,并探讨在提升钢丝绳安全系数、最大提升速度和缠绕层数方面存在的问题。进一步提出了超深立井凿井提升发展及研究方向的建议。

基于数值模拟的超深大直径竖井基坑支护方案比选研究

以实际深层输水隧洞工程的超深大直径竖井为研究背景,采用数值模拟的方法,对地连墙和灌注桩两种竖井基坑支护结构进行比选研究。通过模拟竖井基坑不同支护结构在关键工序施工和正常运行条件下的应力应变特性,对比分析其可靠度和安全性,为竖井基坑的支护设计提供科学依据。数值模拟试验结果表明,地连墙支护结构具备更好的变形和受力特性,拟作为推荐方案。