断层破碎带巷道基于钢管混凝土支架的复合支护技术研究及应用

为解决阳城煤矿-650南翼轨道大巷断层破碎带支护中出现的围岩变形大和变形持续时间长等问题,采用室内实验、理论计算和支护实践相结合的方法,对-650南翼轨道大巷围岩地质进行测试研究,揭示巷道原有支护变形破坏机制,提出断层破碎带巷道承压环强化支护设计方法,并由此设计基于钢管混凝土支架的复合支护设计方案。实验及理论分析得出： 钢管混凝土支架支护反力为0.92 MPa,基于钢管混凝土支架的复合支护体总体承载力达到1.37 MPa,超过预估围岩压力。支护实践表明： 基于194 mm×8 mm浅底拱圆形钢管混凝土支架复合支护方案能够有效控制巷道变形,抑制底鼓,保证了-650南翼轨道大巷的长期稳定。     

直墙半圆拱形钢管混凝土支架力学性能实验及应用

为研究直墙半圆拱形断面巷道面临的支护难题,设计了直墙半圆拱形钢管混凝土支架与U型钢支架力学性能对比实验;实验全面测试并分析了钢管混凝土支架的承载力、位移与应变,同时分析了热煨弯曲对钢管原材料抗拉性能的影响及C60混凝土配合比合理性;实验证明钢管混凝土支架具有突出的承载优势。在实验指导下,对华丰矿-1100水平大巷动压巷道和大淑村矿-450水平新东翼皮带巷高应力集中巷道做了直墙半圆拱形钢管混凝土支架支护设计并应用,实践证明钢管混凝土支架支护效果明显,优于同断面U型钢支架,同时也发现直墙半圆拱形封闭支架的底角为薄弱点,并进行了改进与结构强化。     

浩吉铁路黄土隧道初期支护格栅钢架应用研究

为验证重载铁路黄土隧道初期支护推广应用格栅钢架的可靠性,通过全环格栅钢架混凝土1∶1模型试验,现场初期支护变形收敛、围岩压力、格栅钢架和喷射混凝土力学性能测试,以及基于大数据的初期支护变形收敛数据统计分析等方法进行研究。研究结果表明:1)全环格栅钢架混凝土结构表现出较高的承载能力兼顾较大的变形协调能力,H180型格栅钢架混凝土结构在极限状态下可承载相当于32.56 m的黄土自重; 2)格栅钢架可应用于Ⅳ、Ⅴ级围岩大跨度黄土隧道,能保证围岩稳定及初期支护结构的安全; 3)大跨度黄土隧道初期支护采用格栅钢架,初期支护拱顶下沉及水平收敛值控制良好,总体在开挖预留变形量控制值内。     

大断面软岩隧道变形特征及多层初支控制研究

以连城山大断面软岩隧道工程为依托,基于施工监测数据,对比分析了单层I22b钢拱架初期支护、单层H20b型钢拱架初期支护、双层I22b工字钢拱架初期支护和双层H20b型钢拱架初期支护4种支护方案下围岩的变形规律与支护的受力特征。结果表明,单层和双层I22b钢拱架初期支护均不能控制隧道的大变形,而双层H20b型钢拱架初期支护可以控制隧道围岩变形。采用数值软件进一步比较了4种支护措施对于控制围岩变形的有效性,计算结果表明,I22b钢拱架的支护控制围岩变形的效果明显较差,尤其是单层I22b钢拱架的支护方案条件下围岩发生了较大的变形。采用双层初期支护的方案后围岩变形分布更均匀,支护结构与围岩协同变形。研究结果可为类似工程的设计与施工提供一定的参考。     

极高地应力软岩隧道双层支护技术

兰渝铁路两水隧道洞身主要通过炭质千枚岩软岩地层,隧道为极高地应力状态,最大水平主应力值为6.5~11.3 MPa。施工前期,隧道初期支护结构变形较大,部分钢拱架扭曲、断裂,支护结构失稳,初期支护结构侵入衬砌净空,拆换拱情况频繁发生,局部地段二次衬砌开裂。针对前期施工中出现的问题,分别开展双层初期支护和双层衬砌试验,对试验段初期支护变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力、混凝土应力等进行现场试验研究,掌握试验段设计及施工参数条件下,隧道支护和衬砌结构受力和变形规律。主要研究结果如下:1)双层初期支护变形相对较小,喷混凝土应力、钢架应力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌钢筋应力均未超过材料的容许应力,工作状态良好;2)双层初期支护可减少绑扎钢筋的工序,不需要再另增衬砌台车,在工序组织上更加便利,工效性相对较高。     

考虑震源扰动作用的深埋隧洞开挖失稳研究

随着深部资源开挖难度的逐渐加大,加之震动作用的影响,深埋地下工程开挖安全与稳定控制成为面临的主要问题。采用数值模拟方法,对点震源和震面波扰动作用下深埋隧洞开挖稳定的影响进行数值计算,分析震源波在围岩体中的传播和衰减规律及其对地下工程开挖的稳定影响和冲击作用。研究结果表明:1)震源波主要向巷道方向传播,并不断向巷道围岩四周扩散,波动作用表现为对顶板整体向下、两边帮向内侧、底板向上;2)无支护条件下巷道围岩体受波动影响很大,应加强开挖支护强度或设置柔性吸能层以减小冲击破坏。研究结果可为深埋地下工程开挖安全和稳定控制提供依据。     

深埋软弱破碎围岩初期支护荷载承担比重研究

为了研究软弱破碎围岩隧道联合支护各构件的作用效果,以四川省宝兴水电站引水隧洞工程为背景,采用有限差分数值计算软件对隧道围岩注浆加固圈、喷射混凝土和型钢支撑3种支护措施的围岩荷载承担比重进行了研究。通过采用固定支座等效代替某种支护的方式,设计了3种支护方案,每个方案仅采用2种支护方式,计算至平衡,提取支护反力并转化成应力,从而得到该支护结构的荷载分担比。研究表明:型钢支撑起到及时强支护作用,可有效控制围岩变形;随着时间推移,当喷射混凝土达到一定的强度后,发展为主要承载结构,喷射混凝土面层承担更大比率释放荷载,喷射混凝土承载荷载比重最大,注浆加固圈次之。计算得出宝兴水电站引水隧道型钢支撑、注浆加固圈和喷射混凝土3种支护荷载承担比重为1∶1.25∶1.6。     

缓倾砂岩夹泥岩隧道岩爆段初期支护变形特征及控制技术研究——以蒙华铁路段家坪隧道为例

针对蒙华铁路段家坪隧道岩爆段初期支护在较小变形下发生破坏现象,通过室内试验、超前地质预报、地应力测试等技术手段,分别揭示洞周围岩强度、掌子面前方地质情况和初始地应力状态,同时对初期支护变形破坏特征进行归纳总结并分析成因,得出： 围岩特性、地质构造特征、工法是影响初期支护变形破坏的重要因素,局部水平向高地应力是主因。采取增强支护参数、增设缓冲层、锚杆+加筋底板、加装阻尼器等技术措施控制初期支护变形破坏。研究结果表明： 1）以水平构造应力为主的高初始地应力条件下,若隧道洞身围岩竖向节理发育,开挖宜首选二台阶法。2）拱部及仰拱初期支护混凝土破坏类型为剪压破坏,格栅钢架主筋破坏类型为偏心受压屈曲。3）以水平构造应力为主的高初始地应力状态下,宜根据围岩特性、支护原理及现场实际选择相应的技术措施。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

水平泥岩砂岩互层隧道支护体系力学特性试验研究

公路隧道穿越水平泥岩砂岩互层施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展大梁峁特长公路隧道水平泥岩砂岩互层段支护体系现场试验,研究水平泥砂岩互层段隧道初期支护中的锚杆轴力、围岩压力,钢架应力、混凝土应力及支护变形,二次衬砌中接触压力和混凝土受力特征。分析表明：拱部锚杆作用明显,边墙锚杆受力较小,建议锚杆由拱部160°减少至拱部120°,同时适当增加拱部锚杆;围岩压力在断面开挖后7d时间内已基本达到最大围岩压力的80％左右,说明在该种岩层中隧道开挖后围岩压力释放较快;水平泥岩砂岩互层关键控制点在拱部位置,边墙部位的支护结构无论从受力还是变形来说均较小;研究成果可为水平层状岩层隧道及类似工程的修建提供参考。     

钢管混凝土桥拱的质量控制与检测

本文阐述了如何通过前期的模拟段试验来验证钢管混凝土优化的配合比并获取超声法、敲击法测试结合面质量和混凝土芯样强度的测试参数,以便较有把握地在工程应用段运用以超声法为主、敲击法为辅的方法来测试混凝土与钢管的结合面质量,最后用钻芯法来验证混凝土质量,以达到综合评价钢管混凝土质量和及时发现、修补质量问题的目的。     

深中通道超宽钢壳混凝土沉管管节浇筑变形控制

深中通道沉管隧道是目前世界上单节管节最宽同时也是单个行车道孔最宽的公路沉管隧道,建设标准为双向八车道高速公路,部分超宽段甚至超过双向十车道,标准管节宽度为46 m,最宽管节的最大宽度达55.467 m。管节结构采用了在内外双层钢壳内填充高流动自密实混凝土的“三明治”复合结构形式,为此结构形式在中国的首次大规模应用。其管节预制精度要求高,在混凝土浇筑阶段的变形控制要求达毫米级。在混凝土浇筑过程中,为将管节内净空变形控制在10 mm以内,原设计要求在顶板浇筑过程中在管内行车道孔增设临时支撑杆措施。为此,应用精细三维有限元模拟管节的浇筑过程,考虑其三维力学效应及混凝土逐渐凝固后的承载能力,并结合混凝土浇筑布料设备的特点,寻求出满足变形验收条件和兼顾施工效率的最优浇筑顺序,并以此取消管内临时支撑杆措施的制约。最后,该浇筑顺序在首节管节E32(同时也是最宽管节)的浇筑预制中成功应用,实测结果与计算结果吻合,满足验收要求。该技术精准控制了管节浇筑阶段的变形,优化了管节预制和舾装的施工方案,取消了顶板浇筑过程的管内临时支撑杆措施,使每节管节内的一次舾装作业得以提前约1个月启动,并可与墙体和顶板浇筑作...     

隧道钢管钢架与传统格栅钢架受力特性对比试验研究

针对传统格栅钢架和自主设计的4肢钢管钢架支护结构，利用Abaqus通用有限元软件，综合考虑钢管厚度、构件质量、材料成本等因素，系统开展2种隧道支护结构在单独受荷和共同受荷条件下的极限承载力、抗弯刚度、弯曲挠度、破坏形态等力学特性及演化规律的对比试验研究。研究结果表明： 1)钢管钢架和格栅钢架在刚度、承载力、变形破坏形态等方面存在一定差异，在用钢量相同的情况下，钢管钢架具有更高的强度和抗弯刚度，结构变形和受力亦更加合理； 2)钢管钢架自身承载力受钢管壁厚参数影响较为显著，壁厚取值过小会明显降低其承载力，但当壁厚达到一定数值时，继续增加壁厚对提高构件整体强度和抗弯刚度有限，同时会相应增加构件质量和材料成本； 3)在单独受荷条件下，格栅钢架的承载力为445 kN·m，较钢管钢架构件PG-2低393%，此时钢管钢架质量较格栅钢架略低，但每延米单价要高； 4)格栅钢架混凝土构件的极限荷载为174.6 kN·m，较钢管钢架混凝土构件C+PG-2、C+PG-6的极限荷载分别低2.7 %、30.6 %； 5)钢管钢架对于早期变形速度较大的围岩具有较好的适用性。     

基于支撑伺服组合系统超深基坑安全支护技术研究

为研究城市建筑密集区域深大基坑支护体系受力规律与安全支护技术,采用数值模拟手段对昆明轨道交通4 号线火车北站深大基坑开挖过程中支护体系受力变形规律开展研究,并结合现场监测手段对支撑伺服系统布置与应用效果进行论述分析。研究结果表明: 1)受支撑形式与支撑间距影响,内支撑体系中钢筋混凝土支撑轴力水平要大于钢支撑,支撑轴力呈折线分布,在混凝土支撑施作期间围护结构容易发生较大变形; 2)引入支撑轴力伺服系统,依据数值计算与设计要求,设定正确的轴力控制值,能更好地发挥支撑对围护结构的变形控制作用; 3)工程应用实际表明,支撑轴力伺服系统在深大基坑施工应用中效果良好,采用伺服支撑段围护结构累计水平变形要小于无伺服段,支护效果更为优越。     

成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥主桥钢箱系杆拱桥设计

成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥为山区公铁合建桥梁,主桥为(116+120+336+120+116)m双层桥面拱桥.336 m主拱采用拱墩固结、拱梁分离的钢箱系杆拱,拱轴线为抛物线,矢跨比为1/3.36,拱肋采用钢箱结构,2片拱肋中心间距28.5m.上层铁路桥面采用箱形边主梁、纵横梁体系的正交异性整体钢桥面板,主梁边箱内高...     

太平湖大桥初步设计

太平湖大桥是新建铜陵至汤口高速公路中1座重要桥梁,位于黄山区太平湖柳家梁峡谷风景区,跨越太平湖。推荐方案主桥为中承式钢管混凝土提篮拱桥,跨度达300m;主拱肋由4根1000mm钢管混凝土构件和腹杆、横向缀板组成;主拱圈矢跨比为1 4,拱轴系数为1 33。本文着重介绍该桥推荐方案的总体设计思路,包括自然条件、桥型选择、桥梁总体布置、结构设计、结构计算、施工方法和方案比较等。     

斜拉桥粉沙软土地基现浇箱梁支架基础施工技术

神舟友谊大桥主跨为现浇混凝土箱梁,采用落地现浇支架施工,由于支架基础存在4~6 m的粉沙地基,地基承载能力低,变形大。采用钢管混凝土扩大基础施工工艺,提高地基承载力。支架上部承重按等跨连续钢梁布置。钢管桩顶横向设双拼I40b工字钢横梁,横梁与桩顶钢板焊接,横梁上布设纵梁,横梁与纵梁在接触点采用焊接,纵梁上承碗口式满堂支架,支架上托横线安装方木横梁,上铺大钢模板,作为箱梁底模。以确保箱梁施工的质量和支架结构的安全,可为类似软土地基上现浇箱梁的支架施工提供参考。