富水弱胶结砂岩破坏特性与优化措施

作     者：李安云 康鑫 李森 谢雄耀 任杨 LI An-yun;KANG Xin;LI Sen;XIE Xiong-yao;REN Yang

作者机构：中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司扬州200070 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2024年第24卷第13期

页      面：5336-5343页

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52038008) 中铁十五局集团有限公司科技研发计划(2021A1,2021C61) 

主　　题：弱胶结砂岩 物理特性 力学特性 数值模拟 敞开式TBM 

摘      要：敞开式隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)以其速度快、强度低、效益好等特点在地下工程施工中得到广泛应用,同时随着中国加大西部地区基础设施和能源的开发力度,施工过程中将面临越来越多弱胶结砂岩地层,在该地层应用敞开式TBM难度极大,施工中经常发生冒顶、片帮、撑靴力不足的情况。为了早日投产,可可盖煤矿将在全世界范围内首次应用敞开式TBM进行斜井掘进,针对施工中穿越洛河组地层围岩强度低、胶结弱、涌水量大的情况,在已有研究基础上,借助现场实测、室内试验等多种研究手段,对洛河组富水弱胶结砂岩矿物成分及含量、孔隙结构等物理特性及微观结构进行了研究。试验结果表明该组岩层孔隙率达到25.6%,透水性强,且含有15%左右的黏土矿物,具有一定膨胀性,建议注浆时采用超强渗透性的纳米级注浆材料,改善注浆效果。在此基础上进行了不同含水率、不同围压下的三轴压缩试验,试验结果表明提高径向应力对控制围岩具有明显效果,创新性地提出了“超前加固+锚网索+纳米级浆液注浆的支护优化措施,数值模拟与现场应用结果表明优化后围岩破碎变形得到显著改善,实际掘进速度从10 m/d提高到17 m/d,极大提升了掘进效率与安全性。