围岩-支护不同接触状态对隧道结构安全性影响分析

围岩与支护作用关系是隧道工程的核心内容,两者接触状态影响着隧道结构力学状态及服役性能。基于理论分析及数值计算方法,对围岩-支护切向作用关系、衬砌背后空洞等接触状态下隧道结构安全性进行了分析,并得出以下结论:围岩-支护间切向作用关系对衬砌内力分布规律及安全性影响显著,围岩-支护间摩擦系数越小,衬砌安全系数分布均匀性越好;衬砌背后空洞作为支护与围岩接触关系的一种极限状况,显著恶化了衬砌结构受力性能,在拱顶“外凸”效应和拱部应力集中作用下,衬砌在拱顶外侧及空洞左右边界内侧开裂;拱部背后空洞条件下衬砌结构最终沿拱顶内侧裂缝扩展至贯穿,裂缝扩展模式也由贯穿之前的张开型裂缝转变为复合型裂缝。研究结论可为隧道结构设计及衬砌病害治理提供参考。

U型钢支架支护状态下巷道围岩变形特性

为了解U型钢支架支护时巷道围岩的变形特性,基于非接触式近景摄影测量系统,从宏观和微观两方面研究了不同竖向荷载作用下巷道围岩模型的裂纹产生过程,并对U型钢支架支护作用下巷道围岩的荷载应变关系进行深入分析。结果表明:竖向荷载作用下应力集中区主要分布在围岩模型的顶部和左右两侧的上部;巷道顶板受拉应力作用,随着竖向荷载的不断增加,围岩模型顶板拉应变不断增大;巷道两侧受压应力作用,随着竖向荷载的增加,巷道两侧上部的压应变值也不断增大,但增长速度较缓慢。可见,实际工程中U型钢支架支护状态下巷道围岩应加强顶板和左右两侧上部的变形监测,保证采煤通道的安全使用。

基于掘进参数的煤矿巷道围岩特征识别方法研究

在煤矿巷道TBM掘进中,为及时识别出掘进过程中的破碎围岩状态,提出了1种基于掘进参数的煤矿巷道围岩特征识别方法。首先根据掘进中撑靴油缸行程参数的异常变化,判断TBM掘进由稳定围岩段进入破碎围岩段,由此得到围岩稳定段和转变段数据集,然后基于数据集分析掘进参数的相关性和识别能力,选取识别围岩破碎特征的掘进参数,最后使用长短期记忆(LSTM)模型进行预测,根据掘进参数预测结果分析得到识别指标,完成后续区段围岩破碎状态的识别。将该方法应用在某煤矿瓦斯治理巷道上,LSTM模型对掘进参数预测的精确度高于98%,根据预测结果计算掘进参数的相对误差百分比作为识别指标,以5%的相对误差百分比为阈值识别围岩的破碎状态,识别出在3个数据段存在破碎围岩状态,与撑靴油缸行程的判断一致,表明该方法能够有效识别围岩的破碎特征,具有智能化程度高、对施工干扰少的优点。

TBM隧道撑靴侧壁围岩承载分析与不良地质处理

为提高TBM在撑靴侧壁围岩破碎、软弱等不良地质的支撑可靠性,确定可量化的判识依据,制定出相应的处理措施并规范化,以保障掘进效率。结合依托工程的TBM结构设计和掘进参数,分析了TBM推进和支撑系统作用力,建立了撑靴侧壁围岩承载力学模型,对各级围岩直接支撑和方木垫支处理的承载有效性进行了测算表明:1)撑靴与岩体的有效接触面积可作为通过性判定的主要特征量;2)强度准则下的撑靴与岩体许用接触面积应优先保障;3)方木垫支处理时Ⅰ、Ⅱ级围岩岩体相对撑靴的剥落面积不是导致打滑的主要因素。最后接合工程实践制定了4类处理措施及施作要点,为提升不良地质撑靴支撑判识能力,匹配处理措施,减少模筑具有良好的应用效果。

高铁隧道穿越不同岩性接触带施工方法研究

随着我国高速铁路在西部地区的大力发展,铁路隧道经常需要穿越不同岩性接触带地层。隧道在穿越不同岩性接触带的施工过程中,易出现围岩塌方、变形过大、支护开裂等问题。以银西高铁贾塬隧道穿越不同岩性接触带为研究背景,采用FLAC3D软件模拟隧道分别采用三台阶法,三台阶七步法,三台阶核心土法,三台阶临时仰拱法穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带,分析4种工况下围岩位移、围岩应力和支护应力的变化规律,并结合现场监测数据验证,比选出最优工法。研究结果表明:隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带时,上下两种地层围岩位移相差较大;采用不同工法施工时,围岩应力和支护应力分布规律不同;采用三台阶临时仰拱法和三台阶七步法能够有效控制围岩位移;采用三台阶预留核心土法和三台阶七步法施工时支护受力更加均匀。

双支撑工作模式下TBM撑靴与围岩接触仿真

撑靴为TBM的前进及稳定性提供保障,与围岩的接触是否均匀直接影响工作的稳定性,针对撑靴与围岩接触会因为应力分布不均匀而导致支撑不稳或围岩坍塌等问题,以新型TBM的撑靴为研究对象,根据试验台的三维模型创建撑靴和其他机构之间的力传递特性,建立双支撑工作模式下撑靴与围岩的接触模型,采用有限元方法研究撑靴与围岩接触面应力、位移分布。结果表明:撑靴与围岩的综合应力分布较为均匀,在周向尺寸上分布在-18°~18°范围内,撑靴接触表面最大应力为13.3 MPa,围岩接触表面最大应力为4.03 MPa。撑靴接触表面综合位移中间小、两端大,而在围岩接触表面综合位移中间大,向四周位移逐渐减小。并且运用赫兹公式对有限元分析的结果进行验证,误差为0.5 MPa,表明分析结果可靠,为提高整机稳定性提供了参考。

TBM撑靴两端先接触围岩仿真分析

TBM撑靴表面接触压力分布不均,不能提供更大的支撑力,采用有限元方法研究撑靴和围岩接触表面的法向应力的分布规律,以及法向应力与施加载荷的关系。结果表明:在撑靴两端先接触围岩的模型中,撑靴和围岩接触区域两端的法向应力较大,中间区域的法向应力较小;接触表面的法向应力随施加在撑靴上的法向载荷的增加而非线性增加。这为后续优化撑靴结构、提高法向应力的分布均匀性提供了参考。

浅埋复合地层地铁区间隧道施工力学特性分析

以贵阳地铁某区间土岩复合地层隧道为例,采用数值模拟软件FLAC3D分析红黏土与中风化白云岩接触带倾角对隧道围岩位移、结构变形和支护应力的影响。结果表明:不同土岩接触带倾角地质情况下,监测断面内拱肩、拱腰、拱脚竖向位移相对较小,拱顶及拱底竖向位移明显较大,且拱底竖向位移约为拱顶的2倍;监测断面内最大水平收敛值出现在拱腰处,当土岩接触带倾角α由30°依次增加至75°时,竖向位移值以及水平收敛值出现先减小后增大的趋势,说明土岩接触带倾角过大或过小时,将引起土岩接触带处隧道拱底产生较大竖向位移,隧道拱腰产生较大水平收敛;土岩接触带处隧道支护结构拱顶及拱底出现主拉应力集中区域,且拱底主拉应力大于拱顶主拉应力,当α=60°时拱底主拉应力最大。