砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

浅埋偏压小净距隧道管棚支护参数优化研究

为研究浅埋偏压小净距隧道管棚+超前小导管联合超前支护参数对隧道支护效果的影响,依托彝良隧道洞口段工程,通过FLAC3D建立不同管棚注浆加固区厚度、长度、直径、环向间距和外插角度等参数下的三维模型工况,分析各管棚参数对围岩位移的控制效果。结果表明:增大管棚注浆加固区厚度、直径和长度可降低围岩位移,注浆加固区厚度为3 m、管棚直径为100 mm和长度为40 m较佳;随管棚外插角度和环向间距的增加,围岩位移逐渐增大,管棚外插角度为2°和环向间距为0.3 m较为合适。在管棚合理支护参数选择的基础上,将模拟值与现场监控量测值对比,验证所选支护参数的合理性和可靠性。

富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

[目的]富水卵漂石地层盾构下穿既有地铁线路施工过程中,易导致既有地铁线路上方土体不规则沉降超出控制范围,进而可能引发地下水喷涌和地面塌陷问题。为此,需要对富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道的施工技术进行研究。[方法]以新建成都地铁17号线凤溪大道站盾构下穿既有地铁4号线为案例,在阐述工程概况的基础上,选取了4个地面沉降测点和4个深层土体沉降测点,分析了盾构掘进过程中地层的沉降变化规律。采用MIDAS GTS软件建立了三维有限元模型,对采用38 m超长管棚与斜向注浆相结合的加固施工进行模拟,对4号线隧道预加固效果进行了分析。基于此,明确了地面跟踪注浆的时机,进一步分析了地面跟踪注浆的效果。[结果及结论]该加固措施有效提高了4号线结构底部土体的整体性,改善了4号线结构的受力状况,有效控制了4号线的结构沉降。

深井钻杆接头耐磨防护技术研究综述与展望

在深井、特深井钻探过程中,井下钻具处于高温、高压、高腐蚀环境,钻杆与外部岩层以及套管发生激烈的碰撞和磨损,钻具耐磨防护是需重点关注的问题。目前在钻杆接头上敷焊耐磨带是深井钻具防护的主要方法,对减少钻具磨损、延长钻具寿命起着重要作用。本文综述了国内外耐磨带技术发展研究现状,阐述了耐磨带失效原因以及关键性能评价测试方法,分析目前耐磨带技术发展的关键为耐磨带防脱落、耐磨带修复技术和套管友好型耐磨带材料研究。最后对耐磨带技术在深井、特深井应用发展趋势进行展望。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

基于断层带监测的自进式超前管棚可行性研究

依托宜遂高速公路严田隧道断层破碎带段,对严田隧道拱顶沉降和水平收敛进行监测,通过分析现场监测数据,验证严田隧道断层破碎带区域施作的自进式超前管棚可行性。研究结果表明:自进式超前管棚支护可显著控制隧道穿越断层破碎带时的围岩变形,减小发生塌方等灾害的可能性;自进式超前管棚充分发挥了稳固掌子面和加固地层的作用,大幅缩短工期,节省成本,结合缩短进尺等措施进一步保证了施工安全。

急倾斜巨厚煤层巷道掘进安全支护技术

乌东煤矿急倾斜巨厚煤层赋存条件复杂,巷道掘进存在夹矸多、顶板易破碎区段,存在较严重的安全隐患,为了解决该隐患,乌东煤矿在巷道常规段采取长、短锚索及锚杆联合支护方式,在易破碎段增加管棚支护。经数值模拟与现场观测表明,常规段联合支护效果显著,相较未支护顶板下沉减小50%,巷道围岩内部没有严重破坏区,巷道表面平整,没有大块片帮及冒落情况;易破碎段管棚支护下巷道顶板平整未出现垮冒。微震监测结果表明,在掘进期间巷道围岩活动平稳,表明该支护技术可以很好地控制巷道变形,对于复杂条件下巷道安全支护提供借鉴及指导,具有重要的应用价值及科学研究意义。

穿越碳质千枚岩破碎带隧道侵限及塌方的处治

基于316国道某穿越碳质千枚岩破碎带隧道侵限及塌方处治施工过程,根据现场侵限及塌方情况,分别对侵限段和塌方段进行处治。工程实践表明,采用“大管棚+小导管超前支护施工+空腔填充”技术进行超前支护对穿越碳质千枚岩破碎带隧道塌方进行处治较合理,施工效果良好,施工处于安全可控范围内。

膨胀性软破岩层深竖井施工分级支护研究

境外某铜金矿千米深竖井在通过膨胀性软破岩层(泥灰岩)时,围岩遇水膨胀压力极大,先后出现两次井壁垮塌和开裂的情况,对施工进度及施工人员安全产生极大影响。为解决该问题,查找相关文献资料及国内外类似施工案例,对通过膨胀性软破岩层的井壁破裂机理进行分析,针对性地制定井壁破裂修复方案;在此基础上,进一步调查施工地点的工程地质和水文地质情况,通过分析与总结,提出深竖井不良岩层的施工及分级支护方案,对其所穿过的膨胀性软破岩层的围岩制定分级表,根据不同岩体等级分别提出相应的施工及具体支护方案。通过对两次破裂处井壁的修复,较长时间内未出现裂缝及漏水现象,修复效果良好,达到预期;此外,竖井井筒后续施工中在采用分级支护方案后,井筒顺利通过厚度超过500 m的不良岩层,且在工期、质量、安全三个方面都取得良好效果,保障该深竖井工程的施工质量与施工安全。该工程为膨胀性软破岩层中的深竖井掘进施工积累了宝贵经验,对类似工程具有一定的借鉴意义。

超长大管棚在砂卵石地层的施工工艺研究

以北京地铁3号线一期工人体育场站为例,打设直径108 mm、82.3 m超长大管棚在砂卵石地层进行超前支护,砂卵石地层粒径和地层阻力较大,钻进过程中可能出现轨迹偏移、钢管断裂等情况。从钻机、空气压缩机、钻头和钻杆、管靴和108钢管等方面进行试验对比,选择适合超长大管棚在砂卵石地层施工的设备型号、材质类别。测量放线、钻机就位、导向管安装钻机、跟管钻进施工、注浆封口、监测等工序,证明了潜孔冲击器跟管钻进法打设超长大管棚砂卵石地层是可行的。

无水砂卵石地层隧道内长距离大管棚施工技术

无水砂卵石地层中开挖易引起塌方,可采用大管棚支护。然而该地层中管棚打设困难,长距离打设还存在精度低、地层扰动大、变形大的问题,且缺乏经验。基于此,以北京地铁工人体育场站暗挖工程为背景,通过多组大管棚打设试验,比选得出打设长40.2 m的大管棚时可采用冲击旋转跟管钻进、高压风排渣的方法;据此调整确定了超长92.9 m大管棚打设所需设备和参数,并在现场成功实现了单根长度12.7~92.9 m、总长度58331 m的大管棚的打设,且打设精度高、质量好、地表变形小。最终提出隧道内无水砂卵石地层中超长大管棚打设施工工艺和重点控制措施,研究成果可为类似工程提供指导,弥补大管棚技术在无水砂卵石地层应用中的不足,具有重要工程意义。

硬岩地层微型钢管桩抑尘降噪绿色施工技术研究

硬岩地层微型钢管桩施工过程中,通常采用气动潜孔锤作为成孔设备,易产生较大的噪音及扬尘,尤其对于在闹市区施工的地铁作业,不利于安全文明施工,导致投诉、信访等相关负面影响产生。通过在钻机孔口位置加装大功率吸尘器进行钻渣、岩屑及粉尘收集,能有效降低空气中粉尘浓度,实现扬尘控制;采用声屏障材料制作隔音屏,使用新型带消音装置的空压机,从根源及传播途径上双重控制噪音传播,有效减小噪音对环境的污染。通过现场验证及周边调查走访,扬尘及噪音已不是制约现场钢管桩施工的因素,实现微型钢管桩成孔过程的抑尘降噪绿色施工。

管棚法支护在富水层沙土地质深基坑支护工程中的应用

结合某建筑工程,针对其存在突涌、流沙以及地下构筑物及周边建筑物变形较大的问题,采用管棚法对深基坑进行支护,主要围绕该技术的原理、施工要点、施工质量及安全控制措施进行探讨,并对施工经济效益进行分析,最终得出结论:管棚支护法具有经济、高效的优点,用在深基坑支护中可取得较好的社会效益和经济效益。

浅埋大断面黄土隧道施工对管棚力学行为的影响

考虑黄土隧道初期支护滞后效应、开挖扰动效应和管棚注浆扩散效果,基于Pasternak弹性地基梁理论,建立大断面黄土隧道管棚支护力学模型,推导管棚位移和内力的解析公式。以西延高铁宜君隧道洞口浅埋段为研究对象,研究开挖工法、开挖进尺对管棚超前支护力学的影响机制。研究结果表明:(1)由于黄土地层注浆扩散效果不佳,管棚环向承载拱效应不显著,在纵向呈现梁效应,将开挖产生的松动荷载通过弯曲变形传递至初期支护结构和掌子面后方围岩。(2)管棚内力沿纵向呈现正弦函数波动变化,进入掌子面围岩后一定范围内趋于稳定。弯矩最大值出现在开挖未支护区内,剪力最大值出现在支护区和无支护区交界处,管棚剪力数值大于弯矩,工程中应注意管棚截面的抗剪性能。(3)开挖工法对管棚位移和内力影响大于开挖进尺,台阶法开挖能够显著降低管棚位移和内力,台阶法中预留核心土能够减小管棚位移,但对内力影响不大。研究成果可为黄土隧道管棚超前支护设计提供参考。

浅埋黄土隧道管棚加固支护效果数值模拟分析

基于通定高速公路某浅埋黄土隧道工程,采取三维数值模拟和现场监测等手段,对浅埋段渗流黄土隧道的加固支护方案进行研究,分析对黄土隧道浅埋段施行超前管棚加固支护的可行性。针对不同的加固支护措施进行数值模拟分析,结果发现:超前管棚支护下拱顶沉降量减小16.2%,初期支护的轴力最大值减小19.8%。监测结果表明:超前管棚支护与超前管棚+超前小导管支护两种工法并用所能减小的竖向位移的百分比(27.8%、28.1%)非常接近,但超前管棚支护能大大节省额外施作超前小导管的费用和时间,有效地控制了拱顶范围内的围岩变形,验证了超前管棚加固支护工法的经济性和有效性。

泥化软岩巷道的支护优化设计

为解决采用传统U型钢支架对软岩巷道进行支护所面临的冒顶和两帮移近量增加的问题,对1201工作面基本地质条件分析的基础上,分析了传统U型钢支架支护不到位的原因,并提出了采用管棚进行超前支护和注浆加固进行强化支护的理念,并对优化后的效果进行综合评估,得到理想优化效果。

某矿巷道穿越高压富水断层破碎带综合防治水技术研究

随着浅部矿产资源的日益减少,深部开采已成为必然趋势,水文地质条件日益复杂,防治水害日益严重,水害威胁制约着矿山整体开发进度,尤其是深部井巷穿越地质条件复杂的含水层和断层裂隙水时治理难度更大。本文介绍某矿山通过采取物探、工作面注浆堵水和超前管棚支护综合治理手段穿越复杂断层破碎带的成功经验,为其他类似矿山井巷水害治理断层破碎带提供借鉴。

大型水电站高边坡塌方治理施工技术

2020年5月12日,某水电站泄洪放空洞出口F46/F21断层引发了边坡坍塌现象,坍塌高度约40 m,坍塌方量约1.1万m^(3),严重制约泄洪放空洞出口2020年12月底导流目标实现。参建各方制订了坍塌边坡治理方案,采用了反压石渣、喷射钢纤维混凝土、“工字钢棚架+牛腿柱”复合支撑结构、钢锚墩临时支护、管棚等联合处理措施,在极其艰难的条件下快速、安全完成边坡治理,实现了某水电站2020年12月底按期导流目标。

管棚法在复杂环境下顶管进出洞洞口加固失效时的应用研究

随着我国城市建设的快速发展,顶管技术在地面交通繁忙、市政管线复杂的地下空间开发中应用愈加广泛,并逐渐成为研究热点。其中进出洞是顶管施工的重要环节,若进出洞失败将造成洞口上方地面沉降或塌方,危及周边建(构)筑物和市政管线安全。通常会对进出洞洞口采取高压旋喷桩、水泥搅拌桩、素混凝土墙、冷冻法等措施进行加固,然而由于各种原因,洞口加固失效的事件仍屡见不鲜。因此,结合工程实例,针对洞口加固失效后采用管棚支护技术接收顶管机的工艺进行论述,通过数值模拟分析和现场实测数据验证其可行性。结果表明,管棚法在示例工程中的运用取得了较好的效果,为类似项目提供了一种新思路。

浅埋隧道施工过程中的围岩变形及控制研究

为了探究弹性模量、内摩擦力及粘聚力等围岩参数对隧道围岩施工变形的影响,同时分析管棚布设对围岩变形的控制效果,文章以某公路隧道工程为依托,通过Midas有限元软件建立模型,通过模拟计算得出以下结论:(1)竖向位移发生在围岩各部位,拱顶、拱肩、拱腰处为沉降,拱脚及隧底为隆起;(2)水平位移发生在拱肩和拱腰处,水平位移量及变动幅度小于竖向位移;(3)随着弹性模量增大,各部位的竖向位移减小;拱肩、拱腰处水平位移减小,拱脚处水平位移无变化;(4)随着内摩擦角增大,拱顶、拱肩、拱腰处竖向位移减小,拱脚、隧底竖向位移增大;水平位移均减小,拱肩受影响最为显著;(5)随着粘聚力增大,竖向位移及水平位移均减小,拱腰受影响较为显著;(6)管棚注浆法对围岩变形有限制作用,增大管棚布设范围对拱顶竖向位移的控制效果更明显。