基于收敛-约束法的岩溶隧道支护时机研究

溶洞对于隧道的稳定性有较大的影响,而进行及时的支护施做能够保障岩溶隧道的施工安全。文章以笔花山隧道为例,采用数值模拟方法建立岩溶隧道分析模型,将溶洞的相对位置和大小作为主要影响因素,包括溶洞与隧道之间的净距和环向位置、溶洞直径,并分析其对硐室围岩位移的影响。通过硐室位移和单元状态指标Z SI,结合收敛-约束方法,综合判断岩溶隧道支护的施做时机。结果表明,相较于净距和溶洞直径,溶洞环向位置对隧道稳定性影响更大。由于溶洞的影响,硐室不同位置处的位移发展规律并不相同,因此较难以某一种位移特征来判断隧道是否进入弹塑性状态。而Z SI可以更直观地展现出岩溶隧道的状态,从而为合理地确定岩溶隧道支护施做时机提供帮助。

时变多辐射源跟踪任务的时频扫描方案评估方法

多辐射源跟踪任务受辐射源天线扫描方式、工作参数变化等因素影响,在目标种类、数量等方面存在一定的时变特征。对该特征的适应能力是评估电子支援措施(electronic support measures,ESM)辐射源跟踪能力的一项重要指标。据此,首先建立了一种迭代式时频扫描方案优化模型。然后,以评估ESM对多辐射源跟踪任务时变特性的适应能力为目标,提出了一种基于可行域的性能评估方法。仿真实验结果表明,在不同类型目标数量动态变化过程中,所提方法给出的评估结果都能与扫描方案实际性能保持一致,具备准确的动态评估能力。

深埋高地应力隧道不同支护时机求解方法对比研究

为确定深埋高地应力隧道的合理支护时机,提高支护结构质量,降低支护成本,依托某高原深埋高地应力隧道,采用安全系数法、位移增量法和塑性区法分别求解支护结构的合理支护时机,并对比分析不同支护时机求解方法的适用性。结果表明:1)3种求解方法计算得到的洞壁屈服分布规律是一致的,均呈现出拱顶和仰拱比拱腰和拱脚更容易发生屈服的规律;2)不同支护时机求解方法的求解结果不同,在同等埋深下,采用安全系数法计算得到的安全距离大于采用塑性区法和位移增量法计算得到的安全距离;3)通过工程类比法发现,采用安全系数法求解支护时机更为合理,而塑性区法和位移增量法相对于安全系数法过于保守。

矿用TBM高效支护技术及安全防护装置设计与应用

应用TBM技术进行煤矿巷道施工,在安全、质量、进度等方面有诸多优势。国内煤矿针对TBM施工进行了大量的应用研究工作,近年来,岩巷快速掘进问题,一直是制约煤矿高效生产的关键因素,传统的巷道支护施工,用人多,进尺效率低,安全风险大。分析了TBM工法围岩支护技术研究现状,以国内某工程为例,介绍了不同支护方案特点,并提出多台钻机分区分时支护方案,研发的全断面硬岩掘进机(TBM)配套的高效支护装置及对应的人员安全防护装置,达到了掘、支同步作业,智能、安全、少人支护的预期效果。

深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。

基于收敛-约束法和ZSI的隧道初期支护时机研究

为了解决隧道开挖后初期支护的时机问题,提出了基于收敛约束原理和围岩局部安全评价方法单元状态指标(Zone State Index,ZSI)的初期支护时机确定方法。该方法首先计算得到隧道的围岩特征曲线,结合围岩位移速率先对最佳支护时机对应的围岩应力释放率进行初步判定;然后再利用单元状态指标ZSI对围岩局部稳定性进行确认评价,增加了支护时机选择的正确性。最后以相同变量围岩位移为基础将围岩特征曲线和纵向变形曲线进行耦合分析,建立起应力释放率和掌子面与监测断面间距之间的对应关系,得出以支护与掌子面控制间距为依据的最佳支护时机选择。以甄峰岭2号隧道为例,建立FLAC^3D有限差分数值模型,采用该方法确定了多种工况下隧道合理的支护时机。研究结果表明,围岩特征曲线的形状和斜率受围岩级别和隧道埋深的影响较大;以单元状态指标ZSI与围岩位移速率相印证,可以增加支护时机选择的准确性,为隧道支护时机的选择方法提供了一种新思路;计算所得的支护与掌子面的控制间距对实际工程起到很好的指导作用。

九顶山隧道破碎带开挖与支护数值模拟研究

为研究围岩变形、支护结构受力情况及不同支护时机对隧道穿越破碎带的影响,采用FLAC3D对九顶山隧道左幅穿越断层破碎带段开挖及支护全过程进行模拟。计算结果表明,穿越断层破碎带段时,围岩变形较大,拱顶沉降18~21.5cm,洞内最大收敛约5cm;支护结构最大压应力约18.8MPa、拉应力约2.2MPa,均出现在断层破碎带段隧道拱腰及拱顶部位;随着支护时机的滞后,围岩变形增大,支护内力减小,支护滞后掌子面0.5~1m为较合理的支护时机。

泥质软岩巷道破坏机理分析与控制技术

新疆拜什塔木铜矿岩体松软,遇水泥化,巷道易发生片帮、底鼓等破坏,返修率高达70%以上.为实现软岩巷道安全高效支护,通过调研并分析了巷道破坏形式,开展了巷道岩体力学参数与水理性质测试,揭示了泥质软岩巷道破坏机理,提出以树脂锚杆+钢筋网+喷射混凝土为核心的主动定向支护新方法,并在考虑围岩质量、巷道断面、应力环境、服务年限的基础上,形成了破碎软岩巷道分区、分级、分时支护方案.新支护方案应用后,巷道平均变形量降低20%,变形速率由原来的3.3 mm/d降低至0.6 mm/d,大大降低返修项成本,巷道掘进成本降低14%,经济效益显著.拜什塔木铜矿软岩巷道采用分区、分级、分时支护方案,巷道稳定性显著提高,大大降低巷道维护成本,确保了矿山安全生产.

基于支护干涉的巷道围岩蝶形塑性区控制方法研究

为控制巷道围岩塑性区的蝶形扩展,通过理论分析、数值模拟,对巷道埋深及围岩强度对塑性区形态和范围的影响进行分析,并研究巷道支护方式和支护时机对巷道围岩蝶形塑性区的影响。研究表明,巷道埋深及围岩本身的强度对塑性区的形态和范围有显著的影响。随着巷道埋深的增加和围岩强度的减小,巷道围岩塑性区半径相应增大,蝶形塑性区蝶叶扩展越加明显。巷道围岩蝶形塑性区是可以通过现有支护手段进行控制的,巷道开掘后,选择合适的支护时机,通过支护、注浆等方式提高巷道浅层围岩强度,对巷道施加较大支护阻力,并对可能出现蝶叶扩展的巷道部位进行加强支护,可有效抑制塑性区蝶形扩展。研究为深部巷道围岩大变形和重大动力灾害防治提供了新的思路。