红庆河副井马头门硐室围岩稳定性分析

针对马头门硐室处于千米埋深、应力集中、设计断面大、结构受力复杂等条件,利用FLAC3D数值模拟软件,以红庆河煤矿副井马头门硐室为研究对象,根据工程地质条件、岩层的物理性质对副井马头门硐室围岩结构进行数值模拟,同时进行副井马头门硐室围岩收敛变形监测工作,基于数值模拟和变形监测结果,对副井马头门硐室初期支护结构进行优化补强设计.研究结果表明:优化后的副井马头门硐室支护结构安全储备较高且设计方案合理,对工程的设计和施工具有一定的指导意义.     

副井筒、马头门破坏段加固技术

松软岩层中的井下巷道支护是目前矿山建设中的一个主要难点。针对李堂矿的具体条件,对副井筒、马头门受地压大影响,造成马头门破坏机理、膨胀导致变形破坏,特别是井壁内净变小,局部出现漏筋,严重影响安装使用及安全;针对副井马头门的修复进行调研、分析、论证,在此基础上,提出了锚杆注浆、锚索、修复加固方案,并阐述了锚杆法及支护参数。实践表明、应用效果显著。     

软弱围岩条件下马头门稳定性及加固范围确定

以国内某大型矿井副井马头门的高埋深、高应力、高破碎、大断面等复杂条件为工程背景,采用理论分析,研究了马头门附近围岩破坏区分布规律及应力场分布规律,并通过建立三维立体数值计算模型予以验证,据此确定了马头门围岩的不稳定区域,提出了支护建议.     

深埋隧洞围岩大变形与支护结构力学特性研究

针对软岩地区深埋隧洞建设过程中发生的围岩与衬砌结构之间变形量大、让压能力差、持续时间长等问题,采用"收敛-约束"法、数值模拟等综合手段,对目前塑性材料充填复合衬砌的实际应用效果、围岩和支护结构的变形情况进行研究,以确定对围岩稳定性有利的支护结构.结果表明,塑性材料充填复合衬砌能够适应更大的围岩变形量,吸收一定的围岩应变能和适应围岩的变形,并起到对二次衬砌结构的保护作用,在一定程度上能提供足够的支护力以保持围岩的稳定.     

大强煤矿深井软岩马头门支护技术

以大强煤矿副立井马头门硐室为工程背景,根据工程地质条件和围岩特点,借助FLAC3D有限差分程序进行传统支护下的数值计算。结果表明,该硐室采用传统的锚网喷＋锚索＋普通混凝土支护形式,出现围岩变形明显、应力集中程度大、硐室围岩整体失稳破坏的情况。为解决这一问题,结合软岩工程力学理论及室内物化实验结果,分析马头门硐室的破坏机理,提出恒阻大变形锚网索＋底角锚杆＋柔层桁架耦合支护的力学控制对策。实践表明,新型支护技术有效地控制了深井软岩马头门硐室围岩的大变形破坏,取得了良好的支护效果,具有推广应用价值。     

深井软岩马头门加固技术方案的研究与实践

基于孔庄矿千米混合深井马头门的破坏情况,分析了大断面软岩硐室的变形破坏及支护加固特点,提出了适用于深部软岩马头门加固技术原则及方案,并在现场进行了为期半年施工实践。通过对马头门变形、支护体受力及混凝土应变监测及分析,3个月后监测数据趋于稳定,并处于安全范围内,表明本加固技术能很好的适应深部软岩的变形特点,取得了良好的技术经济效果,具有在类似巷道条件下的推广应用价值。     

破碎围岩加固后岩石位移特征

通过对马路坪矿740m水泵房断面收敛全过程观测和岩孔多点位移观测结果分析,发现加固后的破碎围岩位移存在着方向变异性、破坏周期性和速度变化的差异性,变形过程可分为急剧变形、调整变形和缓慢变形3个阶段.得出:岩体在调整变形阶段可能改变位移方向,岩石破坏呈现周期性,洞室边墙上部比边墙脚位移大;注浆加固后的岩层比未加固岩层的位移小,破坏周期短;洞室的收敛只是表层一定厚度的围岩位移的外在表现,收敛层外岩体向山体方向移动;加固破碎围岩的关键技术是按照工程所处应力场,充分考虑加固层周围地质构造影响,设计加固层的厚度和加固闭合拱.     

煤矿深井马头门施工扰动效应及其控制对策

针对煤矿深井马头门围岩稳定性控制的技术难题,进行了施工扰动效应和控制对策研究。建立了深井马头门施工过程的三维计算模型,通过分5个阶段的开挖和支护全过程模拟,得到了马头门施工过程的围岩应力和变形特性,揭示了马头门施工过程的扰动效应。通过对马头门施工优化方案模拟分析,结果表明与常规施工工艺相比围岩中第一主应力降低了26.3%左右,显著减小了后续施工对第一浇筑段与相连井壁处的扰动影响。并提出在前、后二次施工的关键部位钻一排密集深钻孔,使后续施工的扰动影响通过密集深钻孔而隔离和衰减,减小对已支护马头门和邻近井壁的扰动影响。     

近水平沉积岩层公路隧道围岩变形特征研究

根据广元至巴中高速公路某隧道左线近水平沉积岩层周边收敛和拱顶下沉的观测数据,按照围岩级别和达到收敛位移总变形80%和90%的时间,通过对Ⅳ、Ⅴ级围岩段典型监测断面初期变形数据的数理统计和分析,得出了该隧道近水平沉积岩层围岩的变形特征和回归方程,并据此算出了与现场吻合程度较好的该隧道近水平沉积岩岩层隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩总收敛的均值及满足二次衬砌要求的时间均值.最后介绍了位移加速度判据在评价该类隧道围岩稳定性和确定隧道二次衬砌施工时间的应用.     

特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩变形时空效应

为探明特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩时空效应规律,进而为类似隧道工程提供系统性借鉴,通过现场监控量测及大数据回归分析方法研究特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩变形时空效应。结果表明:隧道开挖,施做初期支护后,拱顶沉降及洞室围岩水平收敛过程分为3个阶段,分别为急剧变形阶段、缓慢变形阶段、稳定阶段;隧道开挖,施做初期支护25 d后,是施做二次衬砌最佳时机;隧道结构体系与掌子面空间距离约3倍洞径时,是施做二次衬砌最佳时机,且Ⅴ级围岩二衬距离掌子面距离不应大于50 m。     

红枫连拱隧道开挖稳定性分析

通过对金丽温高速公路红枫连拱隧道工程地质特征的现场调查和理论分析，系统地研究了该隧道开挖及加固全过程的围岩应力场、变形场和塑性破坏区的状况及变化特征．结果表明：红枫连拱隧道围岩应变率较低，围岩衬砌后位移值变化量很小；按衬砌类型，围岩变形基本满足稳定要求；围岩的拉应力随着隧道开挖面的扩大而逐渐变大，除局部位置外，衬砌基本满足抗拉要求．     

节理化炭质页岩地层隧道围岩大变形及控制技术研究

某高速铁路XHS隧道穿越节理化炭质页岩地层,在施工过程中围岩大变形、失稳坍塌现象显著,现场采用强支护和仰拱加深等措施后围岩变形控制效果不佳。针对XHS隧道节理化炭质页岩地层地质条件,结合现场监测手段、离散-连续耦合数值模拟分析围岩大变形及破坏特征,基于数值模拟提出以采取地层预加固为主的围岩变形控制措施,并通过现场试验探讨该控制措施的应用效果。研究结果表明：隧道开挖后,围岩变形具有变形量大、变形速率快的特点,围岩拱部沉降量大于水平收敛量且变形具有非对称的分布特征;受三台阶法多次开挖扰动影响,围岩卸荷范围动态发育并不断向全环扩展,松动区逐渐由浅部围岩向深部转移,并呈现出非对称的破坏特征,最终引发围岩大变形;采取地层预加固后,模型中围岩变形和松动区范围明显减小,围岩非对称变形破坏也得到了有效控制;在采用地层预加固、管棚超前支护、三台阶临时仰拱法开挖的控制措施后,围岩变形得到控制,施工效果良好,隧道恢复正常施工,保证了隧道的顺利贯通;以地层预加固为主的控制措施是此类节理化炭质页岩地层围岩变形控制的有效手段。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明：适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

地裂缝隧道衬砌结构与围岩相互作用机理

针对台凹型活动地裂缝正交区间隧道,通过有限差分数值方法模拟地裂缝区间隧道的开挖施工、分缝衬砌结构与地裂缝上下盘之间相对错动,从地表和衬砌的沉降位移、围岩位移场、围岩土压力以及衬砌结构内力方面分析了隧道结构与围岩的变化特征.结果表明：台凹型活动地裂缝不均匀变形主要发生在上盘内地裂缝一定范围的地层内;分缝衬砌结构端部的拱顶土压力呈现出集中增大和减小的变化特征,上盘内地裂缝附近仰拱底的土压力出现松弛;变形缝两侧衬砌结构的端部出现轴向应力集中现象.分缝衬砌结构一方面能够适应地裂缝错动位移,避免结构内力过大而引起强度破坏;另一方面,能够抑制地层的不均匀沉降变形,使得地裂缝处变形缝两侧衬砌结构的相对位移减小,并改善地裂缝区间隧道的运行条件.     

充填黏土型岩溶隧道大变形换拱衬砌受力研究

为了研究溶腔充填黏土的岩溶隧道大变形换拱后衬砌的受力特性,根据三江至柳州高速公路大塘隧道施工过程中左线(JK139+489～JK139+555)段围岩大变形换拱处置方案,采用现场测试与数值模拟的研究手段,分析了该类隧道围岩大变形情况下注浆换拱前后隧道初期支护及二衬的受力情况。结果表明：该类隧道发生大变形时拱顶部位变形最大,受力最大,拱脚处次之且局部受拉,拱腰最小,换拱后拱顶部位依然是受力最大点,拱脚受力减小;发生大变形后围岩注浆与支护时机是换拱处置方案有效性的主要影响因素,该类隧道处置应着重考虑提升围岩自身稳定性;注浆换拱后系统锚杆可起到加固围岩作用,同时隧道二衬作为主要受力结构与初期支护共同作用可减少支护结构约66%的变形,是保证隧道长久稳定的主要因素。     

松散破碎硐室锚注修复加固技术应用研究

对尚庄矿-650水平中央变所围岩变形破坏机理进行了研究,认为减少围岩强度损失以及提高围岩自身强度是修复加固此类硐室的关键,提出了锚注喷 锚索挂网支护修复加固方案.用FLAC3D数值软件对支护模型进行变形模拟计算,计算表明,硐室的变形主要是硐室的严重底鼓,通过模拟结果对比分析,确定了合理的修复加固参数,通过监测,加固后顶底板最大位移为175 mm,计算结果与现场数据一致,支护效果良好.图8,参8.     

煤矿井底车场与井筒连接处破坏的原因分析及对策

在煤矿中,有不少井底车场与井筒连接处(马头门)发生了破坏,严重影响了煤矿生产的安全。查阅了20个煤矿马头门破坏实例,从埋藏深度、井筒类别、破坏时间、破坏形态、地质特征等方面对其规律性进行了总结分析,从地质条件、设计和施工三个方面对其破坏原因进行了探讨,对所使用修复加固方法进行了归纳。最后从设计和施工两个方面提出了预防对策。研究认为,马头门的破坏与矿井的埋深关系不大,最主要的还是地质条件问题;水是马头门的大患,必须加强水的综合治理。只要思想上重视,在设计和施工上加强预测、预防,马头门的破坏是可以避免的。     

碳纤维布用于深埋隧道衬砌裂缝的加固效果

为评价公路隧道衬砌裂缝的碳纤维布补强效果,同时为类似隧道工程提供加固措施依据,利用有限元软件对裂缝补强效果进行了详细的计算分析。通过现场检测某深埋长大公路隧道交叉口段二次衬砌的开裂状况,从地质构造学角度分析裂缝成因表明:衬砌开裂是由于围岩地应力侧压力偏大,侧洞开挖后导致衬砌应力重分布而产生向拉应力超过混凝土抗拉极限强度而产生局部开裂。基于有限元理论对隧道开裂段加固前后衬砌结构的应力场及位移场进行了对比分析,同时分析了碳纤维布的变形状况。结果表明,当二次衬砌开裂后将碳纤维布粘贴于衬砌内表面,由于碳纤维布参与承担荷载,对混凝土衬砌受拉变形起约束作用,碳纤维作为抗拉材料能有效控制衬砌裂缝的扩展。