超深竖井爆破掘进围岩损伤规律数值模拟研究

为了分析爆破荷载作用下超深竖井围岩损伤演化规律,基于三山岛金矿西岭副井爆破施工实践,采用数值模拟的方法,基于ANSYS/LS-DYNA重启动技术,根据爆破设计方案,利用等效爆炸荷载方法,分别对四种地应力(15 MPa、30 MPa、45 MPa和60 MPa)和四种侧压系数(1.0、1.25、1.5和2.0)条件下超深竖井爆破掘进围岩损伤进行数值计算;分析竖井围岩损伤效应,研究地应力与侧压系数对竖井围岩损伤范围的影响。数值计算结果表明:随着地应力的增大,损伤区域受到明显抑制作用,地应力从15 MPa增加到60 MPa,损伤区域的半径从5.75 m减小到3.4 m;随着侧压系数的增大,爆破损伤区域体现出各向异性,损伤区域向较大地应力方向集中。研究成果为控制竖井围岩爆破损伤提供理论基础。

下沉式竖井掘进工法在软土地区的应用研究

城市地区的深层地下管网建设产生了大量超深竖井建设需要,而传统施工技术难以同时满足超深竖井施工低影响、高效且节约的需求。为此,本文介绍了一种新型施工技术——下沉式竖井掘进工法(VSM),与沉井工法、地下连续墙围护开挖工法等传统施工方法相比,该工法具有施工速度快、环境友好、工程造价低等优点。通过对VSM工法特点的总结,探讨了基于该工法的超深竖井设计要点。该工法应用于软土地区时,应注意需要满足土体抗隆起稳定性及地基承载力要求。最后,介绍了上海软土地区首个采用VSM工法的超深竖井工程。对该竖井施工过程的监测结果表明,VSM工法在上海软土地区有较好的适用性,竖井开挖施工对周边环境的影响可满足上海地区环境保护等级为一级的基坑变形控制要求。

软硬交替地层超深竖井受力特性及合理分层开挖厚度探讨

某检修排水井尺寸规模大,开挖深度深,所处地层条件复杂,具软硬交替特征。为确保竖井深基坑开挖稳定性,提高施工效率,利用三维数值模拟软件FLAC3D对该超深竖井基坑开挖施工全过程进行仿真模拟,分析5种不同分层开挖厚度情况下超深竖井结构受力和变形特性。研究表明:1)地连墙的最大环向应力和最大水平位移均随分层开挖厚度的增加而增加,在软岩地层范围内出现应力和变形突增,在硬岩地层范围内出现应力和变形骤减;2)以无内衬开挖下地连墙最大环向应力和最大水平位移为参考标准,单层开挖厚度范围为3~4 m对地连墙位移具有很好的约束效果,建议实际工程中土层开挖及软岩开挖时采用3 m分层厚度,硬岩部分地层开挖时采用4 m分层厚度。

软硬交替地层超深竖井围护结构受力和变形特性

研究区地层条件以“硬岩”(泥质粉砂岩、岩屑砂岩)与“软岩”(泥岩)互层为特征,形成了明显的软硬交替地层,使竖井的受力与变形尤为复杂。采用Flac3D数值模拟方法对竖井开挖施工全过程进行研究,详细分析了施工过程中圆形地连墙和内衬的受力及变形特性,结果表明:1)在基坑开挖过程中,当开挖深度高于或处于“硬岩”时,地连墙在该软硬分界面位置处产生反弯点,向坑外发生弯曲变形,而当坑内“硬岩”被挖除后,整体向坑内产生水平位移。2)地连墙的环向应力和水平位移变形规律为“E”型,地连墙的最大环向应力和水平位移总是集中在“软岩”深度范围内,而在“硬岩”深度范围内环向应力和水平位移最小;同时,地连墙的最大弯矩总是出现在软岩岩层交界面深度附近。3)内衬的环向应力和水平位移变形规律为“阶梯”型增长,但在“硬岩”深度处出现减小;内衬受坑内岩体隆起影响明显,最大弯矩总是出现在内衬底部,同时向坑外产生位移。

圆形超深竖井基坑逆作法施工全过程内外衬协同作用分析

依托上海某超深竖井基坑工程,对超深地下连续墙施工、开挖、内衬逆作等各施工阶段内外衬及地层变形规律进行理论与实测分析,得到主要结论如下:内外衬协同作用显著,随挖深增加,内外衬变形同步增长,而内力呈此消彼长的变化规律;圆形竖井结构的内外衬内力分担比与内外衬墙厚比接近,但与二者的刚度比相差较大,二者弯矩平均分担比趋向40%和60%;内衬对变形的约束作用随开挖深度而增强,其及时施作对超深竖井的变形控制具有关键影响。研究结果可为软土地区圆形超深竖井结构的设计与施工提供参考。

超深竖井整体施工关键技术

竖井施工属于立面作业,施工难度较大,安全风险非常高。水电工程竖井深度大多在200m以内,200~300m施工较为困难,超过300m一般要设支洞分段施工,部份深竖井由于受地形等限制,现场施工很难进行分段实施,只能采取整体施工方案,属于超深竖井施工的范筹。超深竖井需解决的几个关键技术问题:出渣通道,人员、物料运输、混凝土输送以及渗水处理、除雾等。

软土地区超深圆形竖井的坑底隆起特性与机制

依托上海某超深圆形竖井工程,收集了施工期坑底土体隆起的实测数据,总结了坑底土体隆起的竖向分布模式、演变规律和主要影响因素;建立并验证了轴对称数值模型,探讨了开挖卸荷、降水、地下连续墙和土体力学特性对坑底土体隆起的影响规律,探明了坑底土体的隆起机制。土体隆起是开挖卸荷、降水和地下连续墙约束作用下土体力学响应的综合结果,其中开挖卸荷和墙体挤压会引起隆起,降水和墙体的负摩阻力会抑制隆起。开挖卸荷存在主要影响深度,卸荷回弹主导了该深度范围内土体的隆起,而土体剪切变形则控制了该深度范围外的土体隆起。土体流变以及负孔隙水压的消散共同导致了土体隆起的时间依赖性。软土地区小直径超深竖井的坑底隆起沿深度方向减小近似线性,最大值位于开挖面中心处;土体隆起随开挖先缓慢增加后近似线性快速增大,而在非开挖阶段,土体隆起随时间有缓慢增大趋势。

超深竖井衬砌混凝土施工技术与配合比试验研究

巴基斯坦N-J水电站调压竖井衬砌后直径9.5 m,井身总衬砌高度为353 m。衬砌混凝土通过直溜管+缓降器垂直运输方式采用滑模浇筑施工。根据施工技术要求以及工程配合比设计经验,在室内设计不同凝结时间、不同坍落度的初步配合比,再通过现场生产性试验确定满足施工的最终配合比。

考虑地连墙槽段接缝影响的竖井应力和变形规律研究

由地下连续墙(简称“地连墙”)筑成的圆形围护结构径向变形小,在竖井工程中得到广泛应用,但在计算中如何合理考虑其环向效应是亟待解决的科学问题。为揭示地连墙槽段接缝泥皮对圆形超深竖井应力变形的影响,在某输水隧洞超深竖井数值分析中,采用实体单元模拟地连墙Ⅰ、Ⅱ槽段接缝泥皮,并在地连墙-岩土、混凝土衬砌-地连墙、地连墙-缝间填充物之间均设置接触面,对泥皮缝宽、材料特性进行了参数敏感性研究,获得了竖井支护结构的受力特征。结果表明:地连墙受力以竖向应力与竖向弯矩为主,随缝宽的减小或者缝模量的提高,地连墙的径向位移、竖向弯矩与竖向压力均减小,而环向压力增大;在开挖至土岩交界面时地连墙径向位移与竖向弯矩最大,开挖至坑底时环向弯矩最大。圆形衬砌受力以环向为主,其与地连墙受力方向互补,弥补了地连墙槽段接缝泥皮的环向削弱作用。研究成果可为竖井的设计优化与施工提供技术支撑。

复杂地质条件下超深冻结立井井筒快速施工关键技术研究

针对深大立井井筒断面大、粘土层深厚、地质条件不稳定等问题,以山能集团新巨龙公司东副立井井筒施工为研究对象,采用冻结法施工,通过井筒冻结设计、监测,井筒机械化配置及工艺研究,井筒信息化施工技术,高标号混凝土管控技术等措施,大大加速了冻结表土段掘砌施工。

大直径超深竖井基岩段中深孔爆破参数优化及应用

千米级超深竖井具有地应力大、地层岩温高、穿越地层条件复杂等特点,使得竖井钻爆掘进凿岩成孔难、炮孔利用率低、井壁成形质量差。为了解决高应力坚硬围岩下竖井快速钻爆问题,结合山东某金矿超深竖井基岩段钻爆掘进,通过对起爆方式、雷管类型、炮孔设计等爆破设计参数进行分析和研究,提出了适用于大直径超深竖井基岩段中深孔爆破的参数。现场实践表明,优化爆破设计参数较好地解决了竖井轮廓成形、破碎块度、超欠挖工况等问题,实现了大直径超深竖井的快速掘进。

超深土岩二元工作井支护型式研究

随着市政交通立体化和复杂化程度越来越高,土层、岩层交错地质条件和超深基坑竖井越来越常见,目前传统的基坑支护设计理论已无法完全满足需求,且目前的吊脚桩设计理论不完全适用于进入岩层较深的竖井,仍存在一定的技术和经济的优化空间。文章结合珠海某超深竖井工程,通过对于土层、岩层性质的综合分析,井平面形状的比选分析及超深竖井的需求和特点的论述分析,提出了类似工程的基坑支护的设计思路及设计方法:①综合考虑空间利用率、施工便利性、与隧道衔接等方面,优选采用矩形工作井;②对于上软下硬的超深竖井基坑,采用上部桩撑支护,下部喷锚支护;③对于整体基坑稳定性,采用整体稳定计算模型,并将桩撑段支撑轴力作为边界条件。结果标明:按以上计算思路设计更为合理且更具经济性。

超深风井基坑开挖关键技术与风险应对

依托某40m超深竖井基坑,对基坑开挖存在的地质条件差、土方开挖困难、基坑变形和渗漏水控制要求高、超深超厚地下连续墙施工质量控制难等挑战开展了技术研究,总结和提出了软弱土层受限空间开挖技术、软弱土层开挖变形控制及渗漏水控制技术以及超深超厚地下连续墙施工技术。与类似地区工程案例调研发现,河漫滩地区基坑开挖围护结构最大侧移的平均值在1.3%的基坑挖深,略低于本项目1.4%的变形控制值,因此,强化开挖过程控制和辅以信息化施工是保障项目顺利实施的关键。研究成果可为类似工程提供一定技术支撑。

超深长斜井反井钻机大直径导井一次成型施工技术

浙江缙云抽水蓄能电站超深长斜井具有复杂的地质条件,导孔和导井的施工难度比较大,而且还很容易产生偏斜问题。因此通过分析超深长斜井反井钻机大直径导井一次成型施工技术,解决了超深长斜井导井施工施工中的各种问题,顺利贯通大直径导井,提高整体施工质量和安全性。

大断面超深竖井机械化施工装备配套研究

思山岭铁矿副井工程设计净直径10 m,深度1 503.9 m,属大断面超深竖井。为提升该竖井施工机械化程度与施工效率,使施工装备配套更为合理,通过计算确定了提升系统布置方案,并对其他施工设备进行了合理选型,建立了大断面超深竖井井筒机械化施工装备配套体系,极大地提高了施工机械化程度与施工效率,为今后更深竖井的机械化施工装备配套提供借鉴。

700m级大断面超深竖井正井法施工凿井设备选型及应用

北疆供水二期工程总长540 km,隧洞占总长度的95.6%,均为深埋超特长隧洞,对该输水隧洞工程中大断面超深竖井正井法施工凿井设备选型及应用技术进行总结,通过对竖井提升系统相关设备选型对比分析研究,形成一套水利行业超深竖井施工设备选型的技术理论知识。

辽宁丹东3000 m科学深钻施工技术

辽宁丹东3000 m科学深钻项目是国家重点研发计划“辽东/胶东矿集区深部矿产勘查与增储示范”项目下设子课题的核心任务工程。本文介绍了辽宁丹东3000 m科学深钻的施工概况及其应用的多项关键技术。通过采用HXY-8VB改进型变频立轴钻机、加长钻具配套防堵内管及快速打捞矛等新机具,开展高效金刚石取心钻头研究及应用,进行深部地质钻探钻进过程流式大数据分析与动态预处理系统的应用,优质高效的完成了全部钻探施工任务,创造了辽东地区非煤固体矿产勘查第一深孔纪录。为验证该地区成矿条件,评价区域3000 m以浅金资源潜力提供了有力支撑,同时,也为特深孔钻探施工提供了技术借鉴。

超深竖井掘进岩爆特征及防治措施

由于会泽矿3#超深竖井(施工深度达1 526 m)的工程地质条件,在竖井开挖到一定深度后有不同程度的岩爆现象显现,其中两次比较严重的岩爆发生的位置埋深较深,井筒深度达到1 400 m以上。为此建立了井壁地应力监测系统,对岩爆的发生进行预测。根据井壁周边不同深度布置的4个点处的应力变化曲线分析,总结了地应力分布规律,4#位置(东偏南70°)井壁受测压力最大,最大水平主应力可以达到120 MPa以上,其方位与最大主应力方向相符。结合3#竖井工程岩爆现象的分析,以及岩爆发生的特征,给出了预防岩爆所采取的工程措施,为此类工程施工制定岩爆防治措施提供了科学依据。

京沈客专望京隧道超深竖井施工技术革新

针对京沈客专望京隧道2号竖井施工中68 m深的地下连续墙在富含承压水且以粉细砂层为主的软弱地层中成槽难、垂直度控制难、42 m深的基坑安全与主体结构质量控制难等问题,提出对超深地下连续墙创新采用双拼工字钢接头柱、基坑上半部采用钢支撑替代混凝土支撑、基坑下半部环框梁与混凝土内支撑逆作、环框梁和腰梁合二为一、改进接头防水方式、改变竖井主体结构施工工艺等多项技术革新。得出主要结论如下:1)在地下水丰富的软弱地层中,采用双拼工字钢接头柱可以显著提高超深地下连续墙的垂直度,减少接缝渗漏水现象;2)通过优化超深竖井内部支撑体系和主体结构的施工顺序,并且将临时支撑结构和永久结构合二为一,可以显著加快施工进度、提高施工安全、节省施工成本。

超深竖井建设基础理论与发展趋势

简述深井开采定义及其需要考虑的因素,借以区分"深井开采"与"深竖井"定义,包括不同国家对超深井开采界定深度,提出深井开采应注意的关键问题:采动地压与调控、降温技术;总结国外不同国家深井开采生产基本情况与深竖井建设情况,分析不同国家深井开采存在的区别;对当前我国在(拟)建深井矿山进行统计、总结,当前我国超深竖井建设主要在黄金、有色与铁矿行业,建设深度主要集中在1 500 m;与国外相比,我国深井开采矿山矿石种类单一、矿石品位较低。在超深竖井理论分析方面,分别从超深竖井井筒围岩应力解析、井筒断面结构设计、井壁支护结构等方面,详细介绍当前理论与设计存在的问题,提出目前我国超深竖井建设需要解决的核心理论与关键技术。在超深竖井建设技术方面,分别从凿岩爆破、综合化机械施工、吊盘以及钢丝绳提升等方面,详细叙述我国超深竖井建设存在的问题。针对复杂应力环境下超深竖井井筒围岩稳定性控制,提出(类)椭圆形井筒结构及释能井壁支护形式;系统介绍了凿井设备、吊盘以及钢丝绳等研究进展,为我国超深竖井建设提供借鉴。