Y型支护体系变形特性及结构稳定性研究

针对既有等截面交叉洞室衬砌老旧且为素混凝土结构等问题,开展交叉口的空间支护结构体系研究.根据交叉口空间特征,提出了一种由30工字钢制成的Y型主拱架支护结构.为研究支护体系中钢拱架的变形特征和力学特性,优化支护参数,保证围岩的稳定性,采用荷载-结构法对支护结构进行数值模拟分析.针对结构的薄弱点及30工字钢弯制带来的问题,通过对异型钢拱架与正常钢拱架进行抗弯承载力试验,验证异型钢拱架的力学性能.综合考虑围岩开挖轮廓及支护结构稳定性要求,通过设计搭接斜截拱架的方法,以增加支护体系的整体稳定性,并形成了一种新型的等截面交叉口支护体系.最后结合现场量测数据验证新型钢拱架结构的稳定性.     

方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用

方钢约束混凝土(SQCC)拱架作为复杂条件地下工程中的一种新型支护方式,具备很高的支护强度和后期承载能力,而拱架留设的灌浆孔因局部削弱和应力集中效应而成为拱架的关键破坏部位,对拱架整体承载能力具有很大的影响,需对灌浆孔进行补强处理以提高拱架开孔后的整体强度.针对SQCC开孔短柱进行室内试验及数值试验,对比分析短柱变形破坏形态、荷载位移曲线及极限承载力等力学性能,研究方钢约束混凝土拱架补强机制;建立约束混凝土强度及经济指标,综合对比短柱补强效果.以SQCC150×8短柱为例,留设灌浆孔后短柱极限承载力相比SQCC短柱降低29.9%;侧弯钢板补强(ASS)后短柱的强度指标达148.7%,经济指标为90.8%,补强效果最好,且补强钢板长度在180~240 mm范围内,厚度为8 mm时,侧弯钢板对灌浆孔补强效果最明显,经济指标增长率最大.侧弯钢板补强试验结果在全比尺拱架室内试验中得到充分验证,在现场巷道支护应用中效果良好,研究成果为约束混凝土支护设计提供了依据.     

公路隧道钢拱架施工技术及质量控制要点

隧道开挖完成后,为了快速控制围岩变形及防止坍塌,应及时进行初期支护.初期支护体系中,钢支撑一般包括钢筋格栅钢架、工字钢钢拱架及H型钢拱架等,其中工字钢钢拱架较格栅钢架的刚度较大、独立承载能力强,加工安装较H型钢相对简单方便,因此应用最为广泛.目前,公路隧道以新奥法为理论支持,最主要的一种初期支护形式为锚杆、钢拱架、钢筋网片及喷射混凝土形成联合支护体系.本论述重点就钢拱架的标准化加工、施工安装及质量控制方法进行分析探讨,为相关施工提供参考.     

泥质页岩偏压隧道支护结构受力特征研究

为了研究中国西南地区泥质页岩地层修建隧道时所存在的围岩大变形、初期支护偏压破坏等现象,依托中老铁路玉溪至磨憨段曼木树隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟相结合的方法对泥质页岩偏压段的围岩变形、围岩压力和钢拱架应力进行研究,探讨支护结构的受力特征.研究结果表明:上台阶开挖后的变形占总变形量的80％,最大变形位置为左侧拱腰处;围岩压力和钢拱架应力呈现明显的"上大下小"和"左大右小"的空间分布特点,围岩压力最大值为386.4 kPa,钢拱架应力最大值为174.2 MPa;模拟结果与实测结果变化趋势接近,具有明显的偏压特征,左侧拱腰位置偏于危险.研究成果可为泥质页岩地层下隧道的设计和施工提供参考.     

地下等截面交叉洞室扩建衬砌拆除及支护方法

为确保存在应力集中交叉口区域、衬砌老旧失效且为素砼结构的地下深埋废弃洞室改造扩建数据中心之后继续稳定服役,依托贵阳市地下某等截面交叉洞室改扩建数据中心工程,通过有限元数值模拟、现场监测的方法研究不同衬砌拆除方案、不同支护体系施工的围岩位移、应力以及主钢拱架变形受力特征。结果表明:首先开挖三角交叉区域衬砌,再以三角区为界,左右对称拆除衬砌的素砼衬砌拆除方案对围岩影响最小;Y型主拱架的整体竖向位移以及内力均为最小,但拱架整体有向右侧偏移的趋势;结合上述结论,提出了一种“三角交叉区开挖,Y型主拱架先行,左右对称拆除,随拆随支接搭拱架”的衬砌拆除+支护一体化施工控制方法;数值模拟与现场监测变形趋势一致,斜长拱架拱脚钢拱架应变、围岩压力、混凝土应变最大,但皆满足工程支护要求。可见该方法满足数据中心的服役要求。     

受采动影响前巷道围岩与支护共同作用分析

在煤矿生产过程中,U型钢可缩性金属支架已获得较广泛的应用。U型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性,通过构件间可缩和弹性变形调节围岩应力。在支架变形和收缩过程中,保持对围岩的支护阻力,能促进围岩与支护共同作用。本文阐述了受采动影响前弹塑性状态下巷道围岩与U型钢可缩性金属支架支护相互作用原理、巷道开掘后围岩弹塑性阶段有效地控制巷道围岩以及保持围岩稳定的重要性等技术问题。     

软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征

为解软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征,以宜巴高速公路卧佛山隧道实体工程为依托,选取2个典型断面开展现场测试工作,对初期支护变形与受荷特征进行研究。研究结果表明:围岩非对称大变形隧道围岩前期变形速度快,稳定持续时间长,水平收敛值大;围岩压力前期增加速率快,变化持续时间长,水平围岩压力大、最大值出现在围岩较差一侧拱肩处;钢拱架在围岩较好一侧拱肩处出现压应力集中,在围岩较差一侧拱肩处出现拉应力集中,钢拱架扭曲变形严重;喷射混凝土在围岩较差一侧承受较大的拉应力,且超过混凝土的抗拉强度,大面积开裂剥落,围岩较好一侧压应力较大,但其值未超过C20喷射混凝土抗压强度;围岩非对称大变形隧道设计时应加大围岩较差一侧超前支护强度,加大预留变形量,加强初期支护,施工时宜采用预留核心土的三台阶开挖方法。     

银西高铁黄土塬区古土壤围岩隧道含水率变化特性研究

以银西高铁早胜三号隧道为例,采用现场监测,对黄土塬区古土壤隧道围岩含水率及钢拱架应力变化特征进行研究。结果表明,古土壤隧道围岩含水率具有明显的时空效应,在时间上呈"增大-波动-平稳"的三阶段变化趋势,含水率趋于稳定后仰拱和拱脚部位围岩含水率均大于拱顶和拱脚处,且仰拱处含水率增幅在整个断面呈最大;钢拱架主要承受压应力,拱顶和拱腰处的钢拱架压应力最大,钢拱架在施工期内承受围岩压力、确保大断面古土壤隧道围岩稳定性方面发挥着重要作用;深埋古土壤隧道围岩变形以拱腰和边墙部位的水平收敛和沉降变形为主,拱顶沉降变形较小。     

隧道钢拱架支护的失稳破坏分析与对策

针对隧道支护使用钢拱架存在的靠增加钢拱架数量提高支护系统承载力的做法,结合工程实例分析隧道支护中钢拱架失稳破坏的形式及原因——钢拱架因为侧向刚度低而发生弱轴平面内的扭曲失稳。指出采取增设钢拱架之间的适当连接,增加其相互约束,可提高钢拱架弱轴平面的抗弯刚度。这是隧道支护设计与施工中提高钢拱架支护系统承载能力的简单易行的有效方法。这样做有利于充分发挥钢拱架的承载能力,获得良好的工程经济效益。     

冲击载荷作用下巷道支护围岩体系动力响应

为提高深部巷道支护围岩体系的安全性,应用FLAC3D软件分析了井下巷道在冲击载荷作用下的速度响应和应力、位移演化规律,以及冲击波在支护围岩体系中的传播及衰减规律.结果表明:冲击波作用下,巷道两边帮最大水平速度达1.6m/s,U型钢支护使巷道整体支撑能力增强,同时减小了巷道变形.通过数值计算研究冲击载荷对巷道稳定性的影响,有助于进一步认识冲击载荷对深部巷道支护围岩体系作用机理.     

黄土隧道不同施工方法的数值模拟对比分析

以可乐湾隧道为背景建立黄土隧道施工过程的三维数值模型来研究CD法、三台阶七步法和二台阶五步法3种工法对支护结构受力特性和控制黄土隧道围岩变形的影响。以钢拱架的轴向应力为指标分别分析了3种工法下钢拱架的轴向应力分布特征，选取开挖断面关键点位的收敛变形为指标，对比分析了3种工法在围岩变形控制方面的效果。研究表明，CD法在控制围岩收敛变形方面的效果最好，并且钢拱架在全环范围上的轴向应力分布均匀，承载能力得到充分发挥。研究可为黄土隧道的设计施工提供一定的参考借鉴。     

深井松散煤巷超高强预应力组合锚杆支护技术

深井松散煤巷支护一直是制约矿井安全生产的难题,常规的锚杆支护方式及支护强度已很难适应其变形特征。文中以丁集煤矿1262(1)巷道为例,在新型锚杆强化支护体系的应用研究中,采用了超高强预应力组合锚杆支护技术,通过加大支护强度及采取各种补强措施,进一步优化围岩应力场,充分调动围岩自身承载能力,有效控制了巷道围岩变形,实现了巷道长期稳定,满足了矿井的安全高效生产,并为该类煤层巷道推行锚杆支护技术提供了参考和借鉴。     

软岩开挖卸荷变形及支护效果的数值模拟

金川Ⅱ矿区岩体属于高应力软岩,文章研究了深部软岩巷道开挖卸载过程中围岩变形及支护效果等问题,通过建立3D有限元模型对巷道开挖进行动态模拟,并对巷道不同支护情形下的围岩变形进行对比分析。结果表明:巷道开挖卸载引起周围岩体应力释放,致使围岩向巷道径向挤压,产生的最大位移达到13.1cm,影响巷道的安全使用;采用U型钢+底部反拱共同支护后,对巷道两帮及顶板的支护效果比较明显,巷道两帮围岩的水平位移减少6.1cm,顶板围岩的沉降范围减少,且围岩应力释放速度减缓,但对巷道底板围岩的支护未达到要求,底板隆起值增加1.5cm;采用全断面喷锚支护后,巷道顶、底板处围岩的竖向位移显著减小,同时巷道两帮围岩水平位移也相应减小,但围岩应力释放的速度加快。     

软弱破碎围岩运输巷道变形机理及修复支护

为解决井下软弱破碎围岩巷道的支护问题,以巴鲁巴铜矿580 m水平运输巷道为研究对象,对巷道稳定性进行监测,分析巷道的变形特征及其影响因素,认为应力集中、围岩软弱破碎、支护强度低以及水的影响是巷道变形的主要影响因素。对巷道变形机理进行研究,建立巷道力学模型,在此基础上结合现场实际提出"钢拱架+长锚索"联合支护方案。使用FLAC3D对修复前后巷道稳定性进行模拟分析。研究结果表明:修复后巷道应力集中区域远离巷道表面,巷道围岩塑性区域面积下降40%。对巷道进行修复并对其稳定性进行监测,60 d内巷道两帮最大收敛变形量为39 mm、顶板最大下沉量为50 mm,没有明显的底鼓发生,巷道变形得到有效控制。     

meiIV级围岩软弱段隧道施工支护技术探索

结合IV围岩隧道工程实例，采取强支护施工原则，本文将针对软弱围岩的特点，由钢拱架（或格栅拱架）、系统锚杆、钢筋网和喷射砼组成联合支护体系，提出支护施工所采取的控制技术措施，为同类工程提供参考。     

深部软岩大变形巷道锚注一体化支护技术及应用

为了研究深部软岩巷道变形机制及相应的控制对策,以金川煤矿8202工作面回风顺槽为研究对象,针对深部软弱破碎岩层条件下的巷道围岩控制问题,采用室内试验和现场实测与理论研究相结合的方法,揭示了裂隙发育岩体巷道及典型支护结构体的变形破坏机制,分析了巷道围岩裂隙发育,易吸水膨胀,锚杆支护潜力未有效发挥等造成巷道围岩变形破坏的因素。基于现场围岩支护体系受力与变形数据分析,并通过FLAC~(3D)数值模拟软件,对比分析不同支护方式下围岩变形破坏特征。提出了浅部注浆支护封堵围岩裂隙、锚杆锚索支护配合锚索梁形成多层组合拱的联合支护方式。确定了对巷道围岩破碎严重区段进行注浆,锚杆长度3 m,锚索长度9 m,挂梁锚索长度6 m,锚索梁长度3.8 m,采用11#工字钢,全断面采用W钢带及金属网护表的主要支护参数。结果表明:新方案实施后,巷道表面位移较原方案平均降低72.8%,顶板下沉量大幅度减小,该技术能够有效控制围岩大变形,维护巷道长期稳定。     

考虑支护作用影响的煤岩巷道变形非线性分析

根据非线性动力学理论,利用FLAC3D数值软件,建立三维计算模型,对锚网锚杆、U型钢支护和吸能支护条件下的煤岩巷道冲击变形规律进行数值模拟,再现深埋巷道变形破坏过程,研究不同支护作用对巷道变形动力响应的影响。数值计算结果说明,锚网锚杆(主动支护)对提高围岩体强度作用明显,但在冲击载荷作用下巷道围岩应力大,变形量也大,破坏程度严重;U型钢支护(被动支护)可有效提高巷道支护强度,冲击作用后同样表现出抵抗能力较差,巷道整体变形较大;吸能支护对于抗缓冲和吸收冲击能作用明显,表现为冲击应力大幅度降低,巷道变形量减小,整体稳定性显著提高。     

对深井工作面厚层顶板两巷支护技术的研究

本文以新建矿1311（1）两巷为例,开展新型锚杆强化支护体系的应用研究,采用超高强预应力组合锚杆及11号工字钢对棚支护技术,通过加强支护强度及各种补强措施,充分调动围岩自身承载能力,有效的控制了巷道围岩变形,实现了巷道的稳定,为工作面正常安全回采创造了条件,并为综采工作面两巷顶板支护积累了经验。     

深井穿断层回采巷道围岩变形机理与 稳定控制对策

以海石湾矿穿断层的回采巷道围岩控制为工程背景,综合运用理论计算、数值计算和现场监测的方法研究深井穿断层回采巷道围岩控制技术与对策.不同埋深条件下数值计算结果表明:深井穿断层回采巷道顶板下沉量明显大于底鼓量,近断层巷帮变形量明显大于远断层巷帮变形,巷道变形呈现明显的非对称性特点;巷道埋深增加,浅部围岩承载能力迅速减小,尤其是近断层侧;无论掘进时期还是回采时期,深井巷道围岩破碎区和塑性区范围较浅埋深巷道增大.针对性地提出了围岩稳定控制技术方案,即"工字钢架棚支护+围岩滞后注浆加固技术+锚杆二次支护"分步联合支护的围岩稳定控制技术.巷道支护效果分析表明:围岩整体稳定已基本得到控制.     

平煤十矿曲面D型钢管混凝土支架支护技术

U型钢支架作为一种传统的巷道支护方式,在围岩破碎和复杂地应力条件下并不能起到很好的支护作用。以平煤十矿-320开采水平专用回风下山支护为工程背景,研发了曲面D型钢管混凝土支架,通过设置与U型钢支架支护的对比试验巷道,观测巷道围岩动态及矿压显现规律,对曲面D型钢管混凝土支架支护技术进行观测研究。现场观测表明:曲面D型钢管混凝土支架支护的巷道顶板在初期经一段时间较明显下沉后,支架的支护作用逐渐显现,巷道表面位移速率明显降低,最终巷道相对位移量趋于稳定,能够有效控制围岩变形,取得了显著的支护效果。