管片衬砌配合陶粒可压缩层支护结构型式的模型试验研究

提出一种适用于深部地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术,结合台格庙矿区TBM施工的长距离斜井工程,采用模型试验方法,从管片衬砌弯矩、轴力、变形、破坏特征对比分析陶粒和碎石可压缩层的让压效果,从可压缩层的压缩变形路径和颗粒移动特征角度揭示各自的让压机制。研究结果表明：陶粒内部蜂窝状构造使其具备高压缩性,压缩率是碎石的10倍;陶粒可压缩层的让压效果要优于碎石可压缩层;不等压地应力条件下,碎石可压缩层会在一定程度上减小管片衬砌负弯区的抗力系数,导致负弯矩偏大,负弯区裂纹数量和宽度增加。陶粒和碎石的形状和内部构造差异导致两者让压效果和机制不同,最终导致管片衬砌的内力和变形、破坏特征差异。陶粒可压缩层让压机制由相互嵌挤、错动移位和挤压破碎作用三部分组成;碎石可压缩层的让压机制由前两部分组成;不等压地应力件下,由于陶粒的圆形形状特征,其向地应力较小侧自由移位和挤压作用发挥程度要高于菱角状外形的碎石,这一特征不仅增加了陶粒的让压效果还会在一定程度上增大了地应力较小侧的地层抗力系数,改善了管片衬砌受力特性。研究结果对未来TBM工法修建深部斜井的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

层状围岩管片衬砌配合陶粒与锚杆的联合支护技术研究

深部层状围岩中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。提出一种管片衬砌配合陶粒可压缩层与锚杆的联合支护技术,采用大比例尺相似模型试验针对联合支护技术的支护效果进行研究,进行了可压缩层配合不同长度和间距的锚杆支护效果对比研究,从管片衬砌内力、变形角度分析了联合支护效果,从可压缩层的压缩变形路径和移动特征角度分析了联合支护机理。研究结构表明:联合支护技术一定程度上改变了管片的内力分布形式,降低了围岩偏压作用,削减管片衬砌内力和形变量;锚杆的施作可以有效减小层状围岩变形,陶粒压缩层可以有效吸收围岩变形;联合支护中锚杆的长度和间距存在一个最优值,超过该最优值,锚杆的加固效果不再明显增加;联合支护的作用机理由两部分构成:陶粒压缩层的让压作用与锚杆加固作用。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

层状围岩中管片衬砌受力特征的模型试验研究

深部层状围岩结构强度具有各向异性特点,此类地层中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。开展层状围岩与盾构管片衬砌相互作用关系的相似模型试验研究,研究不同层理倾角下管片衬砌壁后围岩压力、管片衬砌内力和变形分布规律。研究结构表明:管片衬砌受力和变形特征受层理面控制明显,管片衬砌受力极不均匀,弯矩、轴力和变形呈现非对称分布;管片衬砌壁后围岩压力最大值集中在强度最弱的层理面法线方向,该方向上管片衬砌的弯矩最大,轴力最小,变形最大;层理倾角对管片衬砌的受力和变形影响显著,层理倾角不仅影响管片衬砌壁后围岩压力分布形状还影响其量值大小;均质地层中,管片衬砌裂缝主要出在封顶块接头处和其他环向接头处,层状地层中管片衬砌裂缝出现位置受接头位置影响减弱,而受层理倾角影响明显,管片衬砌裂缝出现位置主要集中在层理面法向。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

考虑围压效应的深埋大理岩强度变形特性研究

高地应力是深部岩体的重要特性之一,是岩体强度和变形特性的重要影响因素。针对锦屏Ⅱ级水电站深部大理岩的高地应力特点,利用MTS伺服机开展三轴压缩试验,研究不同围压下深部大理岩强度变形特性,结果表明:深部岩体的强度、弹性模量、变形模量均具有明显的围压效应,随着围压的增加,大理岩模量及各特征点强度增加;岩体赋存的初始地应力影响着岩体的变形规律,围压低于初始地应力时,深部大理岩以弹性变形为主,破坏模式主要为脆性破坏,围压高于初始地应力时,大理岩延性特征明显,扩容点前移,大理岩从脆性破坏向延性转化;基于三轴压缩试验数据求解出的深部大理岩黏聚力为54.53 MPa,内摩擦角为38.06°。这些研究成果揭示了高地应力环境下深部岩体的强度变形特性,可为深埋工程的开挖、支护设计提供理论参考。     

深部高应力动压巷道支护方法研究

深部高应力巷道的支护方法是目前的工程难点问题。中平能化集团十二矿31010己15煤层皮带巷和回风巷埋深超过1 000m,同时将承受上部保护层开采的动压作用,巷道稳定性不易控制。首先通过地应力测试和围岩松动圈测试,得知巷道为高地应力环境下大松动圈巷道;之后通过三维数值计算分析,获得了上部保护层开采过程中下部巷道的矿压显现规律,得知巷道将受到高应力动压作用。针对此巷道高应力动压特点采用卸压让压以及高强锚索的联合支护方法,即在围岩卸压让压的基础上采用高强锚索进行加强支护,同时采用单体柱进行局部临时加强支护。现场工业试验结果说明卸压让压以及高强锚索组成的联合支护系统可用于深部高应力动压巷道的稳定性控制。     

不同倾角逆断层错动对隧道结构影响理论分析

结合某隧道工程项目,采用FLAC3D有限差分软件,建立相应的数值模型,分析由于地震引发的逆断层错动作用对正交穿越断层隧道的影响,并揭示其影响机理。结果表明断层错动对主动盘内隧道的影响范围远大于被动盘,断层两侧隧道衬砌竖向相对位移随着错距量的增加而发生线性增长,且断层对衬砌影响范围不受错距大小的影响。在断层上盘与下盘之间挤压力的作用下,衬砌边墙处最容易发生拉裂破坏和剪切破坏,为最不利位置,拱顶次之,仰拱所受影响最小。在逆断层倾角一定的情况下,随着错动距离的增大,衬砌不同部位受到的最大主应力、最小主应力、剪应力均整体呈增大趋势。对依托工程隧道的安全性和可靠性进行评价,同时对类似特殊修建条件下隧道的设计和施工具有一定的指导作用。     

基于联合监测的隧道洞口仰坡稳定性分析

运用多技术手段针对某隧道在施工期间初次支护和二次衬砌进行应力监测,同时对隧道上部仰坡展开雨量、地表位移和深部位移监测。位移监测结果表明由于不良地质体受到降雨的影响明显,仰坡地表变形明显,隧道周围的应力监测表明沿着不良地质体错动方向,雨季隧道周围应力沿错动方向明显增加。为了进一步了解仰坡与隧道之间的相互作用,运用数值模拟手段对仰坡在不同降雨条件下的稳定性进行分析,分析结果表明降雨条件下边坡的稳定性有所降低,安全系数降低了15.7%,但由于支护的作用仰坡仍处于稳定状态。     

锚固支护深部巷道爆破开挖模型试验研究EI北大核心CSCD

为研究锚固支护对钻爆法施工深部巷道围岩分区破裂的影响,采用深部巷道围岩破裂机制与支护技术模拟试验装置,开展高轴地应力条件下锚固支护深部巷道爆破开挖三维相似物理模型试验。爆破开挖、轴向超载完毕,模型巷道洞周围岩径向拉应变和径向压应力均呈现出波峰与波谷的波浪变化,与未支护模型巷道洞周径向拉应变变化规律相似,表明锚固支护模型巷道依然存在分区破裂的趋势。与未支护模型试验结果对比,锚杆和锚索联合支护的模型巷道在锚固支护部位未出现分区破裂现象,分析得出锚杆和锚索的联合作用可实现围岩应力的转移和重分布。研究结果表明,锚固支护对抑制深部巷道分区破裂具有重要的作用。     

锦屏一级水电站f5断层置换硐及其交叉硐段稳定性及支护结构设计研究

f5断层为锦屏一级水电站坝区内规模最大的一条断层,为提高坝肩岩体质量,设置f5–1,f5–2平硐及4条斜井对其进行置换。综合诸多研究成果,对设置置换网格的必要性进行论述。采用三维有限元方法模拟天然地形与地质条件,仿真跟踪置换硐群开挖步序,从应力、变形等多角度评价置换硐整体稳定性,并与监测成果进行对比,分析表明：f5–1和f5–2平硐整体上满足施工期稳定性要求,局部硐段受断层影响支护力不足。对f5–2平硐采取预应力锚杆、钢拱架支护及加厚喷层和提前施作二次衬砌2种补强措施进行数值模拟分析,2种补强措施均能使平硐满足稳定要求,在考虑支护效果、施工等因素下,认为提前施作二次衬砌更为合理;对于平硐与斜井交叉部位,建议在平硐施做完成后对交叉部位前后10 m进行衬砌支护,再对斜井进行开挖,此时衬砌最大压应力不超过6.5 MPa,最大拉应力不超过1.7 MPa;f5–1平硐与5#传力硐交叉部位,建议先对5#传力硐施作衬砌支护,再对部分较薄岩柱固结灌浆,然后再进行平硐施工。数值分析成果为置换硐支护措施的设计提供科学依据,对其他类似工程具有较强的借鉴意义。     

梁家山隧道病害成因综合勘察分析与处治措施

针对运营隧道病害现状,采用地质踏勘、裂缝测绘、激光隧道断面仪观测方法对该隧道病害成因进行了系统调查。结果表明:截水沟径流水下渗软化土层,沟内水沿裂缝下渗加重基底土层软化,导致截水沟沉降拉裂破坏;坡积层错动或沉降引起隧道左侧边坡、路面裂缝;明洞回填土含水率急剧增加、强度丧失,导致衬砌向左、门墙向外变形;车辆荷载的作用下,坡积土路基沿土石交界面下错动,导致进口明洞衬砌、路面开裂。依据病害成因,提出采用截水沟改造、路面裂缝嵌补、封闭废弃的截水沟和接长明洞等处治措施。     

管片衬砌承担高内水压力的可行性分析

 双护盾掘进机掘进与管片衬砌几乎同时进行,具有快速施工的特点,但管片衬砌能否承受电站引水隧洞高内水压力作用,是决定引水隧洞能否采用管片衬砌及TBM施工的关键之一。结合青松电站引水隧洞,对管片衬砌在承受高内水压力作用下的应力与变形特性进行三维有限元计算,对影响管片接缝张开的主要因素进行分析,获得在高内水压力作用下的管片应力、变形分布,深化对高内水压力作用下的管片衬砌特性的认识。计算发现在内水压力作用下,管片衬砌具有柔性变形特征,就青松电站而言,在现有的接缝止水技术条件下,管片衬砌可承受高水头内水压力作用,这对推动管片衬砌及TBM在引水隧洞中的应用具有重要意义。     

输气盾构隧道原型管片接缝弯压破坏试验

长距离输气盾构隧道常需穿越复杂地层，接缝作为衬砌结构的薄弱环节，构造复杂，在大弯压荷载下变形易超出设计要求而导致破损。为探明接缝的压弯力学特性和破坏机理，选取原型弧形接缝结构进行加载试验。详述接缝影响范围内管片受力、变形、破坏的全过程，定量分析破坏程度与结构内力、形变的关联。结果表明：偏心距可影响接缝变形的挤压、隆起趋势从而影响结构的弯矩分布。在压弯作用下，接缝经历了螺栓屈服前缓慢变形阶段、屈服时突变阶段和屈服后快速变形破坏阶段。接缝破坏时变形量较小，两侧被压溃的混凝土范围约等于管片厚度。破坏机理可归纳为：螺栓屈服导致接缝张开，致使弹性密封垫下部接触受压区面积减小、压强增大造成混凝土压溃，进而外弧边沿嵌缝槽处混凝土受压接触并最终压溃，导致接缝破坏。     

深厚表土层地区混凝土井壁变形监测及灰色模型预测

基于深厚表土层地区混凝土井壁破裂变形预测及井壁破裂预防性信息化施工的需要,介绍混凝土井壁变形自动监测的原理、方法及监测特点,基于实测监测信息,建立某井壁混凝土变形预测非等间隔灰色预测模型,实测与预测结果表明该模型可用于混凝土井壁变形超前预测.     

盾构隧道衬砌的设计方法分析

针对盾构隧道衬砌管片的内力及变形受多种因素影响的情况,结合工程实例,从衬砌管片方面分析了衬砌的内力及变形,得出衬砌管片的内力及变形随其自身因素变化的一些规律,以供设计人员参考。     

基于塑性损伤的盾构隧道双层衬砌三维实体非连续接触模型研究

 在分析基于梁-弹在分析基于梁–弹簧模式和壳–弹簧模式盾构隧道双层衬砌数值模型的基础上,分别建立依据接合面接触状态不同划分的盾构隧道双层衬砌三维实体复合结构和叠合结构计算模型。该模型通过混凝土塑性损伤模型表征混凝土的非线性特性,考虑管片内置钢筋对结构力学性能的影响,采用已有模型模拟钢筋屈服、硬化和软化现象,建立三维螺栓实体代替弹簧单元模拟管片接头,真实反映盾构管片之间、管片与连接螺栓及管片与二次衬砌接合面的接触情况。以广深港狮子洋隧道双层衬砌为工程实例,建立2种计算模型进行研究,通过与依托同样工程背景下的相似模型试验管片和二次衬砌内力和位移结果进行对比分析,两者具有较好的一致性,验证了该模型模拟盾构隧道双层衬砌结构力学行为的准确性和适用性。研究结果表明：(1) 双层衬砌在受力过程中管片与二次衬砌在局部存在非协调变形,接合面发生分离现象,出现零压区。(2) 由于封顶块构造的原因,封顶块对应位置二次衬砌易出现应力集中现象,该位置轴力和弯矩变化不均匀,管片与二次衬砌接合面接触压应力较其他位置偏大。研究成果对盾构隧道双层衬砌的设计分析具有一定的参考价值。     

施工期钻井井壁钢筋应力实测研究

介绍了温家庄铁矿副井钻井井壁施工期间钢筋应力的实测方案,分析了钻井井壁钢筋应力的变化规律,结果表明：施工期钻井井壁钢筋以受压为主,环向钢筋压应力大于竖向钢筋,钢筋应力变化阶段与施工工序相对应。漂浮下沉阶段钢筋应力呈现“双线性”特点,实测与理论计算应力相吻合;增加配重水阶段环向钢筋压应力减小而竖向钢筋压应力增加;首次注浆阶段钢筋压应力显著减小,个别钢筋出现拉应力;后 3 次注浆阶段钢筋压应力先增加后部分恢复,环向钢筋应力变化大于竖向钢筋;抽排配重水阶段环向钢筋压应力显著增加,竖向钢筋应力变化不大;二次补注浆阶段钢筋压应力先增加后恢复,但恢复幅度较前述注浆有所减小。施工完成后钢筋最大应力达到屈服应力的 41% 。     

煤层顶板破碎岩石压实特征的试验研究

 为研究煤层顶板破碎岩石压实特征,对义马新安煤层顶板砂岩、砂质泥岩和泥岩,利用自制装置在RMT–150B电液伺服岩石力学试验系统上进行压实试验,得到3种碎石压实试验的应力–应变关系,分析岩石强度、块径、压实应力对碎石压实特性的影响。结果表明：碎石压实变形过程可分为快速压实、缓慢压实和稳定压固3个阶段;碎胀系数随块径增大而增加,可以采用对数关系描述;碎石经历压实后残余碎胀系数与岩石强度、块径的关系不大,差异性有所减小,碎胀系数减幅与块径相关,块径越大减幅越大;压实度为压实应力的函数,块径越大压实度变化越明显;压实能耗随岩石强度增高而増大,砂岩、砂质泥岩与泥岩平均能耗比约为3.5∶2.2∶1.0,同种岩石块径大于5 mm后压实能耗与块径关系不大。