隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时,发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题,需提前或及时做好围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象,通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析,确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素,提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题,综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护,并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明,隧洞破碎带处经及时加强支护后,围岩变形得到有效地控制,避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生;现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。     

不同施工工法对断层隧道的力学响应分析

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质构造,在断层破碎带附近施工时常常会引发围岩失稳甚至塌方等问题。因此依托某高速公路隧道,利用FLAC3D建立三维分析模型,研究施工方法对隧道围岩稳定和支护结构的影响,计算结果表明：在3种施工工法下,断层破碎带位置围岩的拱顶沉降值和拱底隆起值显著大于围岩正常段的,同时初期支护结构在断层破碎带和围岩正常段交界处的受力最大。环形开挖预留核心土工法施工引起的拱顶沉降最大值为51.45 mm,拱底隆起最大值为121.25 mm,初期支护结构的主应力最大值为15.27 MPa,各项数据均优于其余两种工法的对应值,表明该工法对保持围岩稳定效果最佳。现场监测结果也表明断层破碎带附近的拱顶沉降值要大于围岩正常段的拱顶沉降值,在现场施工中要加强断层破碎带位置处的监测并做好安全措施。     

程潮铁矿多阶段巷道开挖数值模拟

以程潮铁矿巷道面积坍塌,尤其是由断层破碎带造成的巷道跨冒破坏为工程背景,采用数值模拟计算的研究方法．着重分析断层破碎带对多阶段巷道稳定性的影响程度．采用国际先进计算软件FLAC3．3,对巷道有断层时无支护及锚喷网支护两种工况进行了数值模拟计算,计算结果表明：对关键部位进行喷锚网支护后,有效地抑制了巷道的围岩位移,减小了拉应力和塑性区的大小,提高了巷道的整体稳定性,达到了预期的效果．     

程潮铁矿多阶段巷道开挖数值模拟

文章以程潮铁矿巷道面积坍塌，尤其是由断层破碎带造成的巷道跨冒破坏为工程背景，采用数值模拟计算的研究方法，着重分析断层破碎带对多阶段巷道稳定性的影响程度. 采用国际先进计算软件 FLAC3.3，对巷道有断层时无支护及锚喷网支护两种工况进行了数值模拟计算，计算结果表明：对关键部位进行喷锚网支护后，有效地抑制了巷道的围岩位移，减小了拉应力和塑性区的大小，提高了巷道的整体稳定性，达到了预期的效果.     

穿越断层破碎带浅埋段隧道沉降控制施工技术

洞子崖隧道DK683+938~DK684+076段属杜康沟断层破碎带,其中DK683+938~DK684+004段为浅埋段,隧道埋深浅、围岩较破碎,施工中易出现拱顶下沉、水平收敛、坍塌等现象。在分析三台阶预留核心土法加单层超前小导管预支护施工方法存在着隧道掘进中出现围岩收敛及拱顶沉降较大等问题的基础上,提出该段采用双侧壁导坑法加双层超前小导管预支护,并配合锁脚锚管、扩大拱脚、及时封闭仰拱等措施的施工方法。实践证明:采用该技术能够顺利通过断层破碎带浅埋段,与三台阶预留核心土法加单层超前小导管预支护的施工方法相比,能够有效地控制隧道洞内周边位移,保证了工程质量和施工安全。     

采动诱导下水系发育岩层的变形破坏机制研究

针对水系发育的铝土矿床及岩层在开挖采动后的突水特征及围岩支护失效破坏特点,研究岩体裂隙演化扩张到宏观变形破坏机制,利用FLAC3D的流固耦合模型动态分析地渗流场对地下开挖工程的渗入途径及损坏过程,得到渗流场-应力场耦合下开挖途径。并针对性制定地下水防治控制对策,系统研究开发复杂破碎围岩条件下开挖巷道支护新方案,优化设计超前小导管注浆技术与喷锚网联合支护方案,并对比分析联合支护技术施工后开挖巷道围岩变形收敛量、围岩应力分布、破坏特征及支护效果。通过现场围岩变形和锚固系统受力状态监测工业试验,试验数据表明该联合支护方案在地下水发育的软弱破碎铝土矿床巷道掘进工程效果优良,可以为条件类似巷道支护选择提供参考。     

中国白银山隧道施工技术

白银山隧道全长390m,采用新奥法原理施工。利用光面爆破技术,Ⅲ类围岩全断面一次开挖,Ⅱ类围岩和断层破碎带半断面正台阶开挖。初期支护为锚喷及钢筋混凝土护拱,二次衬砌为模筑混凝土、洞内防排水采用复合式衬砌中间设聚氯乙烯薄膜结合纵向、环向育管及橡胶止水带的综合治理方案。对于特殊地质中的浅理、特浅理进洞的施工,坚持“护拱稳定边仰坡,大管棚注浆加固土体,浅打眼、弱爆破、强支护”的原则,做到安全进洞;对于断层破碎带,则采取了管棚注浆,超前锚杆预先加固围岩并结合钢格栅支撑等有力措施,顺利通过了不良地段。最后分析了浅理段荷载的计算,阐述了新奥法的岩体动态性质的力学概念。     

岩溶隧道综合超前地质预报方法与工程应用

基于岩溶隧道施工中易发生突水、突泥(涌砂)和塌方等安全事故,造成人员伤亡、经济损失和隧址区水文地质环境破坏等情况,依据不同超前地质预报方法优缺点和适用范围,提出了针对突水、突泥、断层破碎带、岩溶、围岩类别及稳定性的综合超前地质预报方法,建立了宏观超前地质预报、长期超前地质预报、短期超前地质预报、地质灾害临近预报的多步预警预报体系,预报体系在沪蓉西高速齐岳山隧道等工程中得到了成功应用.     

海底隧道穿越断层破碎带预注浆加固稳定性分析

通过三维有限元方法研究当隧道穿越断层破碎带时,采用不同注浆加固材料、不同注浆加固圈厚度对隧道围岩及初期支护受力和变形影响.得出:围岩未采取注浆加固时,塑性破坏主要集中在正常围岩与断层破碎带的过渡段;采取注浆加固措施后,破坏除发生在正常围岩与断层破碎带过渡段外还发生在各注浆加固段间的衔接处;对围岩进行注浆加固后,隧道拱顶最大沉降减小了一半多.同时,随着注浆加固圈厚度或刚度的增大,隧道拱顶位移、塑性变形的大小和分布区域、初期支护内的最大主应力都会相应的减小;通过改变注浆加固范围和注浆加固参数都可以实现对隧道的变形和受力的有效控制,两者在加固隧道围岩方面具有等效作用.     

地质雷达在米亚罗隧道超前地质预报中的应用

地质雷达是浅层地质勘探的有效方法,应用于预报裂隙带、断层破碎带、富水区围岩、岩溶洞穴等不良地质灾害。本文结合米亚罗隧道施工进行超前地质预报,通过对雷达波穿越该隧道不良地质的反应特征的分析,对不良地质和掌子面前方岩体构造情况做出准确预报,为保障施工安全提供有效指导。     

Support technology for mine roadways in extreme weakly cemented strata and its application简

For the engineering geology conditions of bad mine roadway roof and floor lithology in extremely weak cemented strata, the best section shape of the roadway is determined from the study of tunnel surrounding rock displacement, plastic zone and stress distribution in rectangular, circle arch and arch wall sections, respectively. Based on the mining depth and thickness of the coal seam, roadway support technology solutions with different buried depth and thickness of coal seam are proposed. Support schemes are amended and optimized in time through monitoring data of the deformation of roadway, roof separation, I-beam bracket, bolt and anchor cable force to ensure the long-term stability and security of the roadway surrounding rock and support structure. The monitoring results show that mine roadway support schemes for different buried depth and section can be adapted to the characteristics of ground pressure and deformation of the surrounding rock in different depth well, effectively control the roadway surrounding rock deformation and the floor heave and guarantee the safety of construction and basic stability of surrounding rock and support structure.     

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现，巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的；且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳．因此，要保证深部软岩巷道围岩的稳定性．必须实现支护体与围岩的耦合．数值模拟研究表明，当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时，能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用；当锚网与围岩在强度上实现耦合时，将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化；当锚索与围岩在结构上耦合时，可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护．实践证明，软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题。     

软岩巷道破裂特征与分阶段分区域控制研究

解决软岩巷道维护问题的关键在于准确把握该类巷道围岩内部裂隙发展演化规律和破裂特征.以某矿典型的软岩巷道为研究对象,实验研究了巷道围岩组份及微结构的特征;现场测试了巷道围岩内部破裂发展过程和规律,得到了典型软岩巷道围岩内部裂隙扩展贯通具有阶段性和非均匀性的破裂特征;根据巷道破裂发展的时间效应和区域特征,提出了分阶段、分区域控制的关键技术,包括:分阶段喷射混凝土、锚杆(索)强力支护、围岩注浆加固的过程控制和重点部位的加强支护技术.现场工程实践表明,针对软岩巷道破裂特征的分阶段控制技术可以有效控制软岩巷道的围岩变形破裂的发展,实现该类巷道的围岩稳定.     

三软综放沿空锚网索支护巷道回采期间围岩变形特征

针对三软综放沿空巷道围岩大变形、难支护的特点,提出采用锚网索支护新技术,通过对试验巷道数值模拟以及表面位移、围岩深部位移和围岩应力的现场监测,分析了试验巷道矿压显现活动规律,掌握了试验巷道在锚网索支护下的围岩变形规律,这为锚网索支护在三软煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了科学依据.     

深部巷道围岩控制原理与应用研究

采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法，研究深部巷道围岩稳定问题，认为深部巷道围岩控制的基本方法是提高围岩强度、转移围岩高应力以及采用合理的支护技术．提出了深部巷道围岩控制的基本技术和控制过程：1）应力转移降低巷道浅部围岩应力；2）采用高预紧力、大延伸量的高强度锚杆、锚索支护系统，强化锚固区围岩强度，提高巷道围岩自身稳定性；3）加强巷道两帮、底角支护，提高巷道最薄弱部位（两帮、底角）残余强度、提高巷道围岩的整体稳定性；4）应用高水速凝材料注浆加固破碎区，提高破碎围岩的完整性和力学参数．该研究成果已成功应用于工程实践．     

Bolt-grouting combined support technology in deep soft rock roadway

Analyzing the mineral composition, mechanical properties and ground stress testing in surrounding rock,the study investigated the failure mechanism of deep soft rock roadway with high stress. The boltgrouting combined support system was proposed to prevent such failures. By means of FLAC3D numerical simulation and similar material simulation, the feasibility of the support design and the effectiveness of support parameters were discussed. According to the monitoring the surface and deep displacement in surrounding rock as well as bolt axial load, this paper analyzed the deformation of surrounding rock and the stress condition of the support structure. The monitor results were used to optimize the proposed support scheme. The results of field monitors demonstrate that the bolt-grouting combined support technology could improve the surround rock strength and bearing capacity of support structure, which controlled the great deformation failure and rheological property effectively in deep soft rock roadway with high stress. As a result, the long term stability and safety are guaranteed.     

深部沿空切顶成巷围岩稳定性控制对策

基于沿空切顶成巷技术原理,以城郊煤矿深部工作面无煤柱开采为背景,综合运用力学分析﹑模拟计算和现场试验等方法,对深部切顶成巷围岩控制关键对策进行深入研究。结果显示：切顶留巷顶板在侧向形成短臂梁结构,降低了巷旁支护体所受压力,切缝范围内岩层垮落后碎胀充填采空区,使留巷顶板下沉量降低了约50%。采空区侧顶板为切顶巷道围岩变形的关键部位,需进行加强支护;深部切顶巷道实体煤帮塑性区范围大,通过煤帮锚索支护技术可将浅部锚杆承载层锚固在弹性区稳定煤体中;深部切顶成巷来压速度快、强度大,巷内单体支柱易造成冲击破断,采用高阻力液压支架巷内临时支护时可较好地抵抗深部强动压;巷旁刚性挡矸装置因无法适应深部围岩大变形而受压弯曲破坏,深部切顶巷道巷旁挡矸结构需实现一定的竖向让位卸压方可与顶底板协调变形。在研究的基础上提出恒阻锚索关键部位支护+可缩性U型钢柔性让位挡矸+巷内液压支架临时支护+实体煤帮锚索补强的深部切顶成巷联合支护技术,并进行现场工业性试验。现场监测结果表明：留巷围岩在滞后工作面约290 m时基本稳定,且稳定后各项指标满足下一工作面使用要求。     

Non-destructive testing and pre-warning analysis on the quality of bolt support in deep roadways of mining districts

The bolt support quality of coal roadways is one of the important factors for the efficiency and security of coal production. By means of a self-developed technique and equipment of random non-destructive testing, non-destructive detection and pre-warning analysis on the quality of bolt support in deep roadways of mining districts were performed in a number of mining areas. The measured data were obtained in the detection instances of abnormal in-situ stress and support invalidation etc. The corresponding relation between axial bolt load variation and roadway surrounding rock deformation and stability was summarized in different mining service stages. Pre-warning technology of roadway surrounding rock stability is proposed based on the detection of axial bolt load. Meanwhile, pre-warning indicators of axial bolt load in different mining service stages are offered and some successful pre-warning cases are also illustrated.The research results show that the change rules of axial bolt load in different mining service stages are quite similar in different mining areas. The change of axial bolt load is in accord with the adjustment of surrounding rock stress, which can consequently reflect the deformation and stability state of roadway surrounding rock. Through the detection of axial bolt load in different sections of roadways, the status of real-time bolt support quality can be reflected; meanwhile, the rationality of bolt support design can be evaluated which provides reference for bolting parameters optimization.     

支护阻力对不同岩性围岩变形的控制作用

在理论分析和数值计算的基础上,研究了不同岩性条件下支护阻力对围岩变形的作用和机理。阐述了硬岩巷道中支护要是控制塑性区的范围,软岩道中支护阻力提供围压,影响周力岩体的软化笥,遏制围岩破碎区的发展,从而控制围岩的变形。结果表明,岩性质越差,支护阻力控制围岩变形的作用越大,巷道位移量与支护阻力呈负指数函数关系。     

巷道泥石流形成机理的探讨

本文介绍了巷道泥石流这种新的地下工程灾害。通过分析国内发生的多次巷道泥石流事故资料,总结出其发生条件和一般特征。巷道泥石流实质上是大范围的岩体由于断层构造、压力水冲刷岩石自重和不适当的施工处理方法综合作用引起的突发性失稳破坏所产生的结果,并详细分析了其形成过程,据此提出了预防巷道泥石流的具体措施。