浅埋软弱围岩巷道支护技术研究

巷道支护对煤矿井下安全生产意义重大,传统的锚杆锚索支护技术对浅埋软岩巷道支护的针对性差,难以满足矿井精细化生产要求。利用注浆加固技术结合钢筋混凝土衬砌结构对浅部软岩巷道进行支护,增强了软弱围岩的强度和自稳性能,提高了巷道围岩的整体性和稳定性,同时由于注浆加固的扩散作用,对巷道掘进前方的煤岩体产生一定的加固作用,提高了巷道掘进的安全性,实践表明,该支护技术对浅部软弱围岩巷道具有很强的针对性。

基于等效周长法研究隧道衬砌水压力荷载及内力

为研究方形隧道断面衬砌水压力及内力,利用等效周长替代法,将方形隧道断面转变成圆形隧道断面,并运用轴对称解析法与有限差分FLAC3D分别计算在不同衬砌渗透系数、不同注浆半径和不同衬砌厚度情况下,隧道衬砌水压力、渗透量、内力、偏心距以及安全系数。结果表明:轴对称解析法的渗透量和水压力与有限差分数值计算法的很接近;在不透水情况下,水压力不进行折减;通过控制排水、减小衬砌渗透系数、适当增大围岩注浆或适当增大衬砌厚度可以调节衬砌水压力、偏心距与安全系数;衬砌厚度对边角处安全系数影响大;以设计水荷载为正算,施工监测水压力为反算,在施工过程中,检验并修正水荷载。

考虑地下水、注浆及衬砌影响的深埋隧洞弹塑性解

对于深埋隧洞,地下水-围岩-注浆圈-衬砌共同形成了一个水压平衡体系,传统的隧洞应力与塑性区计算方法均未同时考虑上述4个因素的共同作用。以深埋隧洞为研究对象,将围岩、注浆圈、衬砌视为均质各向同性连续弹塑性介质,基于地下水动力学、弹塑性力学及摩尔-库仑屈服准则,推导了4个因素共同作用下深埋隧洞轴对称问题的应力弹塑性解与塑性区计算公式;利用Matlab编制程序对某隧洞工程进行了计算,并与传统计算方法进行了对比,验证了公式的正确性,指出了传统计算方法的缺陷;讨论了注浆参数对塑性区的影响规律,提出了最优注浆圈厚度的确定方法。

漫谈矿山法隧道技术第五讲——衬砌(一)

从使用性、应对未来不确定因素和特殊围岩时补充支护的力学功能等方面分析二次衬砌的功能,说明二次衬砌是确保隧道使用性、耐久性、降低不确定因素影响及具有力学功能的不可或缺的构件。分析衬砌的耐久性:目前各国对衬砌的计划使用期限的规定一般是100年;调查显示,混凝土衬砌经过修补或采用"预防维护"体制,可以满足100年的耐久性要求,但运营隧道的衬砌有随时间逐渐劣化的趋势。隧道结构劣化的原因除了施工质量未达到设计要求外,主要是围岩劣化和衬砌本身劣化。结合日本的试验分析认为:在耐久性设计中,可以不考虑围岩劣化的问题。混凝土衬砌的耐久性,多数情况下取决于混凝土的施工工艺。调查发现目前衬砌存在的主要问题有:1)衬砌混凝土不密实;2)衬砌背后留有空洞;3)衬砌厚度不均匀,拱顶厚度偏薄且留有空隙;4)衬砌混凝土存在潜在的裂缝。总结各国在提高隧道二次衬砌耐久性方面的主要措施:1)尽可能不采用钢筋混凝土衬砌;2)采用钢筋混凝土时,保护层厚度应不小于50 mm;3)采用喷混凝土作为二次衬砌时,除计算厚度外,应增加50 mm的保护层厚度;4)二次衬砌应设置仰拱;5)仰拱和拱墙须"闭合成环";6)改善混凝土施工工艺;7)减少混凝土衬砌的初始缺陷。认为在现有技术的基础上做好6)、7)两点,衬砌的耐久性将得到极大的改善。针对6)、7)两点,介绍日本在衬砌施工关键工艺——浇筑、捣固和养生方面的做法:拱顶部水平压入浇筑工法、隧道衬砌拱顶捣固系统、喷雾养生和采用塑料模板,以期为我国同仁提供借鉴。

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.

溶洞对地铁隧道开挖稳定性影响的数值分析

利用岩土工程有限元软件MIDAS/GTS,对深圳轨道交通3号线区间地铁建设中的围岩稳定性进行三维数值分析,探讨了溶洞的不同分布位置、溶洞的尺寸大小及溶洞与隧道间的不同净距对地铁施工过程中围岩稳定性的影响。分析结果表明:上述各种因素对隧道周边围岩的变形、安全系数、土层塑性区和主应力的分布以及隧道衬砌环的弯矩分布等均有较大影响。当隧道拱腰侧面溶洞较大时,施工中应加强溶洞自身稳定的处理,以保安全。研究结果目前已用于实际工程的建设中,且对其他类似区域的盾构隧道施工有参考价值。

注浆加固对复线隧道滑动面和周边围岩稳定性的影响

采用弹塑性有限元法分析了柴家坡隧道在施工过程中注浆加固对滑动面和围岩稳定性的影响。计算结果显示：围岩注浆加固后，塑性滑移区大大减小，滑动面和围岩明显由不稳定状态向稳定性状态转化，同时隧道局部变形也明显减小。文中滑动面作低强度介质处理，采用普通四节点等参元。

贴壁式直墙环状衬砌的解析解

本文将贴壁式直墙环状衬砌视为由圆环壳、位于内侧及外侧的弹性地基圆筒壳三个子结构构成的组合结构。用复变函数方法,导出了在衬砌自重、竖向及水平围岩压力作用下,圆环壳的复变方程及其解。用柱壳理论,导出了弹性地基圆筒壳的基本方程及其解。然后,根据变形、内力协调,将它们组装成环状衬砌。文中导出了对这种衬砌进行工程计算所需要的全部公式,给出了数值例题,并初步讨论了衬砌几何参数变化对其受力性能的影响。

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。

深部巷道围岩变形破坏影响因素及控制技术研究

深部巷道围岩控制的程度严重制约深部煤炭资源的开采,以大佛寺煤矿扩大区北大巷全断面变形破坏为研究对象,通过现场监测,分析了影响扩大区北大巷稳定的因素及机理,认为高地应力、底板未支护、地下水侵蚀是造成北大巷全断面变形破坏的主要原因。针对性的提出了"长环形支架+锚杆锚索注浆"的联合支护技术,设计了详细的支护参数。通过现场监测北大巷围岩变形量,结果表明该项技术能够有效的保证深部巷道围岩稳定。

深埋隧道全长黏结锚杆加固等效方法研究

为定量描述全长黏结锚杆对深埋隧道围岩的加固作用及其对衬砌支护抗力的影响,结合全长黏结锚杆中性点理论改进了等效计算因子,基于Mohr-Coulomb屈服准则推导出施加锚杆后岩体强度参数的解析表达式;基于新奥法围岩衬砌共同承载理念,建立深埋隧道全长黏结锚杆等效加固的力学模型,推导了围岩施加锚杆后等效复合体临界破坏时衬砌结构所需提供的最小支护抗力的表达式。结合工程实例,利用改进的等效计算因子分别计算了施加锚杆后围岩强度参数和支护抗力。结果表明,该等效方法可以有效量化设计方案的支护效果。

堵排水方式对秦岭隧洞衬砌外水压力的影响研究

为研究隧洞外水压力对衬砌结构的影响,针对引汉济渭秦岭隧洞的高地下水头特点,采用数值计算分别对无灌浆层和有灌浆层两类情况下衬砌完全不透水、渗透性较低、设置排水孔3种工况进行了研究,分析了不同工况下衬砌外水压力的变化,并以典型洞段的堵排水方案为例,验证了排水孔设计的合理性。结果表明:随着衬砌结构透水性的增强,作用于二次衬砌的外水压力逐渐降低;当衬砌具有一定渗透性而未设置排水孔时,灌浆层渗透系数越小,作用于衬砌上的外水压力越小,且随着灌浆层厚度增加,衬砌外水压力不断减小,渗流量不断降低,当灌浆层厚度达到一定程度后,衬砌外水压力值虽继续减小但降幅明显趋缓;采用围岩灌浆并设置排水孔,可使作用于二次衬砌上的外水压力大幅度减小,且有效降低渗流量。综上,采用围岩灌浆的同时设置排水孔可取得良好效果,使作用在二衬结构外表面的地下水压力水头基本接近于零,达到了设计要求。

青岛海底隧道断层破碎带注浆加固圈的拟定与验证

为解决青岛海底隧道断层破碎带注浆加固圈合理厚度的问题,采用工程类比法、力学分析法、允许渗漏水量法初步判断主洞加固范围应为开挖轮廓线外5 m以上,并以结构变形为依据采用数值模拟对断层破碎带不同厚度注浆加固效果进行了分析,确定了不同注浆加固圈范围,并通过现场注浆试验、松动圈测试和注浆效果检验,得出了在Ⅳ级围岩下的断层破碎带注浆加固圈为开挖轮廓线外5 m、Ⅴ级围岩下为开挖轮廓线外6 m的结论,合理确定了不同围岩下的注浆堵水和加固范围。经过数个断层破碎带的注浆实施,验证了该加固范围,注浆后渗漏水量满足设计要求且开挖后结构变形较小,保证了施工和后期运营安全,取得了良好的注浆效果。

巷道围岩松动圈测定及支护参数优化

为了对巷道进行有效支护,确保巷道的稳定性,基于研究巷道实际工程概况,采用电磁雷达法对巷道围岩松动圈进行测试,根据不同测线的雷达探测曲线,得到了研究巷道围岩松动圈级别;优化了巷道支护参数,主要包括顶板锚索、帮锚索、顶帮锚杆、一次喷浆、二次喷浆、道底板圆弧形卸压槽的开挖及底板注浆锚索加固等,并进行了巷道表面位移观测。研究得出,优化后的巷道支护能够有效控制巷道围岩变形。

双护盾隧道掘进机施工试验段隧道结构力学性能研究

依托深圳地铁6号线梅林关站—翰林站区间隧道工程,通过现场试验,对双护盾隧道掘进机施工段的管片结构的围岩压力、轴力和弯矩进行了研究。研究结果表明:管片围岩压力变化主要分为下部注浆、上部注浆、缓慢变化和趋于稳定4个阶段,整体表现为上下大、左右小的“鸭蛋”形不均匀分布;管片轴力均为负值,即管片处于受压状态,整体表现为左上方大、右下方小的不均匀分布,管片承受偏压荷载,轴力最大值为112.87 kN,位于左拱腰处;衬砌环弯矩均为正值,即管片外侧受拉,衬砌环弯矩呈现上下大、左右小的分布规律,其弯矩最大值为11.68 kNm,位于隧道拱底处。

注浆对大变形隧道围岩及衬砌力学特性影响数值模拟研究

以穿越Ⅳ级破碎围岩的某隧道为背景,采用有限差分软件建立大变形隧道数值计算模型,通过改变围岩粘聚力和摩擦角模拟围岩加固注浆效果,分析了注浆加固强度及注浆加固圈厚度对隧道围岩及衬砌结构的力学特性影响。结果表明,当注浆加固圈厚度大于等于3 m,且注浆加固圈强度大于等于残余强度1.6倍时,隧道围岩及衬砌结构才能保持稳定,注浆加固才能达到控制隧道围岩及衬砌结构稳定的目的。

隧道初衬劣化后承载能力及围岩灌浆加固效果分析

隧道初衬由于长期受到地下水、硫酸盐等各种不利环境的影响,其混凝土力学性质极易发生劣化,导致衬砌的承载能力和抗渗性能不断降低,严重影响隧道的安全使用。通过对不同劣化程度的隧道初衬进行有限元数值分析,发现初衬劣化后,二衬所受最大拉应力和孔隙水压力会不断增大;围岩灌浆后,初衬和二衬所受最大拉应力和孔隙水压力明显减小,围岩灌浆对改善隧道衬砌受力条件具有很好的效果。

灵东水库除险加固工程输水隧洞施工

广西灵山县灵东水库除险加固工程输水隧洞岩性破碎稳定性差,大部分为Ⅳ类围岩,为此,采用一次喷锚支护,二次永久砼衬砌和灌浆处理的施工方法,确保了输水隧洞工程的施工安全和质量。

高应力软岩巷道三环支护与灌浆支护技术初探

为解决高应力软岩巷道围岩变形问题,以某高应力软岩巷道为例,在介绍其围岩变形特征及产生机理的基础上,提出三环支护和灌浆支护技术,以期为相关人员提供参考。

基于冻融条件下隧道工程防水注浆机理与施工技术分析

冻融条件下,隧道工程受冻害等因素影响,围岩、结构缝等部位很容易出现渗水现象,隧道安全无法保证。防水注浆是治理隧道渗漏问题的工程措施之一,利于提高隧道工程质量。以隧道工程为研究对象,结合大量文献资料,分析了冻融条件下的隧道工程防水注浆机理。同时,以结合具体的工程实例,探讨了隧道工程防水注浆施工技术。