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全长预应力锚注支护下深部巷道控制效果对比研究

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矿业科学学报 2024年第1期9卷 53-65页

作者：王洪涛高广龙张红军李建建解学磊赵万里山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室山东济南250101 山东省地质科学研究院山东济南250013 山东安科矿山支护技术有限公司山东济南250033

本文基于后注浆的全长预应力锚注支护工艺,并通过对FLAC3D软件中内嵌PILE结构单元修正,提出了全长预应力锚注支护数值模拟方法。在此基础上,开展了地应力、原岩强度等级、支护构件长度、布设间距、注浆强化指数与预应力6种因素下巷道围... 详细信息

本文基于后注浆的全长预应力锚注支护工艺,并通过对FLAC3D软件中内嵌PILE结构单元修正,提出了全长预应力锚注支护数值模拟方法。在此基础上,开展了地应力、原岩强度等级、支护构件长度、布设间距、注浆强化指数与预应力6种因素下巷道围岩控制效果数值模拟对比研究,揭示了各类因素对围岩变形量、塑性区演化的影响规律,构建了全长预应力锚注支护下控制效果敏感性评价指标,将影响因素依次划分为围岩强度、地应力、锚注支护构件设计3个层级,并根据各因素敏感性层级给出了工程措施建议。最后,以现场典型软弱破碎地层巷道为工程依托,研发了具有强度高、可施加预应力等优势的组合式高强注浆锚杆与高强中空注浆锚索。通过现场应用,验证了全长预应力锚注支护可有效增强软弱破碎围岩自承载能力,充分发挥锚固构件的支护潜力,限制巷道围岩变形破坏。

关键词：全长预应力锚注巷道数值模拟敏感性控制效果

深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 52-64页

作者：李伟孙希奎山东能源集团有限公司山东济南250101

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动... 详细信息

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动强度的关键。山东能源集团聚焦千米深井智能化开采围岩控制理论,提出了以强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合为核心的支架-围岩智能耦合关系,并形成与之相适应的智能耦合控制逻辑;为突破超大采高智能综采开采工艺及超高煤壁围岩控制技术瓶颈,提出了超大采高液压支架工作阻力“双因素控制法”,发明了三滚筒采煤机及其配套开采方法,研制了与超大采高智能综采相匹配的液压支架及配套系统;针对超大采高综放开采智能化放煤理论与围岩控制难题,提出超大采高综放支架-围岩耦合协调采放空间控制方法,创新了超大采高综放“马鞍形”开采工艺,研制了7 m超大采高智能综放开采液压支架及配套系统;研发了无反复支撑、快速循环自移的单元式超前支架,解决了回采巷道超前支护距离长、支护技术与装备适应性差的问题;开发了基于惯导和精准地质模型的智能采煤控制系统,解决了深部矿井工作面设备智能控制及困扰连续生产的难题;搭建了千米深井智能化开采综合管控平台,实现了千米深井重大灾害多源异构数据融合与管控。上述核心技术在山东能源集团赵楼煤矿7302工作面、东滩煤矿3308工作面等多个工作面进行了智能化开采示范建设,取得了良好的应用效果,所获成果整体推动了我国深地煤炭资源安全高效智能化开采水平,可以为类似矿井智能化工作面建设提供理论与技术借鉴。

关键词：千米深井智能化开采支架-围岩关系超大采高液压支架智能采煤控制系统多元灾害

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深部煤巷掘锚一体化支护优化及安全保障技术

煤炭技术 2024年第1期43卷 45-50页

作者：潘辉杨永刚杨磊王雷斌淮沪煤电有限公司丁集煤矿安徽淮南232141 安徽省煤炭科学研究院矿山支护技术中心合肥230001

为提高掘锚护一体机组在深部复杂条件的适用性,以丁集矿1242(3)试验巷道为研究背景,提出取消锚杆、锚索组合构件思路以解决钻机对孔困难难题,进一步提升掘支效率,并提出了掘锚机组条件下的巷道围岩“护表刚化-锚固强化-应力优化”一体... 详细信息

为提高掘锚护一体机组在深部复杂条件的适用性,以丁集矿1242(3)试验巷道为研究背景,提出取消锚杆、锚索组合构件思路以解决钻机对孔困难难题,进一步提升掘支效率,并提出了掘锚机组条件下的巷道围岩“护表刚化-锚固强化-应力优化”一体化协同控制技术措施。巷道顶板采用钢筋网护表内衬10#菱形金属网,走向线性锚索束安全保障支护技术,煤柱帮采用关键部位补强、注浆加固等方案,并进行了数值模拟验证。现场应用结果表明,巷道平均圆班进尺由原来的6排增加至8排,显著提升了巷道掘支效率,减人增效效果显著,实现了丁集煤矿掘锚一体机组条件下的深井煤巷掘支优化及安全有效支护。

关键词：复合顶板双层网掘锚一体化注浆分步支护

基于海底隧道衬砌孔隙水压力的涌水量预测方法及工程应用

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 288-300页

作者：陈云娟王乐宁周宗青贾润枝杨卓罗平利刘梦悦山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室山东济南250101 山东大学齐鲁交通学院山东济南250101 中化学交通建设集团有限公司山东济南250102 山东省公路工程技术研究中心有限公司山东济南250102

为获取海底隧道的环向涌水量,以海底隧道衬砌背后孔隙水压力分布为主线,在达西定律的基础上推导了与孔隙水压力相关的涌水量预测公式,公式与隧道尺寸、隧道初衬渗透系数相关,充分考虑了支护结构外缘水压力的影响,进而得到隧道洞内各处... 详细信息

为获取海底隧道的环向涌水量,以海底隧道衬砌背后孔隙水压力分布为主线,在达西定律的基础上推导了与孔隙水压力相关的涌水量预测公式,公式与隧道尺寸、隧道初衬渗透系数相关,充分考虑了支护结构外缘水压力的影响,进而得到隧道洞内各处涌水量值,将涌水量计算值与现场测量值进行对比,进一步验证了公式的准确性.研究结果表明,隧道开挖时渗流场影响范围集中在隧道主洞左右各3倍洞径内,主要影响范围集中在洞周2倍洞径内.隧道开挖瞬间,洞周渗流场呈漏斗状分布,直至隧道开挖贯通.围岩性质越差,其隧道衬砌背后孔隙水压力越大,仰拱处孔隙水压力普遍大于拱顶,最大孔隙水压力一般出现在边墙与仰拱交界处.通过编译涌水量预测公式,得到隧道的涌水量,并将其与隧道现场实际情况对比,证实了公式的准确性.该涌水量预测方法为海底隧道现场施工提供了理论支撑.

关键词：海底隧道孔隙水压力达西定律涌水量预测渗流场

考虑基坑开挖卸荷与动态承压水耦合作用的基坑突涌判别方法

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济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王久旭刘燕周祥刘俊岩济南大学土木建筑学院苏交科集团股份有限公司济南大学山东省城市地下工程支护及风险监控工程技术研究中心中铁十四局集团大盾构工程有限公司

为了解决临海、临江地区涉及承压水的基坑突涌破坏问题，利用室内试验研究基坑开挖卸荷对坑底土体抗剪强度的影响程度、范围，基于越流理论分析确定动态承压水作用下基坑坑底弱透水层水力梯度的计算方法，对基坑突涌渗透破坏理论进行修... 详细信息

为了解决临海、临江地区涉及承压水的基坑突涌破坏问题，利用室内试验研究基坑开挖卸荷对坑底土体抗剪强度的影响程度、范围，基于越流理论分析确定动态承压水作用下基坑坑底弱透水层水力梯度的计算方法，对基坑突涌渗透破坏理论进行修正，提出考虑基坑开挖卸荷与动态承压水耦合作用的基坑突涌判别方法，并结合工程实例对比所提出的方法与渗透破坏理论、压力平衡法的计算结果。结果表明：基坑开挖卸荷对坑底土体的抗剪强度有弱化作用，与加荷时相比，土体的黏聚力减小16.3%，土体的内摩擦角减小34.4%；动态承压水作用下弱透水层的水力梯度呈现明显的动态变化趋势，采用平均水位验算基坑突涌破坏的方法不合理；结合工程实例得到所提出的方法、渗透破坏理论、压力平衡法的突涌安全系数分别为3.03、3.18、0.79，压力平衡法因未考虑土体自身抗剪强度的影响而过于保守，相对于渗透破坏理论，所提出方法得出的临界水力梯度减小约15%，因此基坑开挖卸荷对基坑抗突涌稳定性的影响不能忽略。

关键词：突涌机制基坑突涌判别室内试验越流理论弱透水层动态承压水

折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

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济南大学学报（自然科学版） 2024年第1期38卷 23-28页

作者：刘连栋刘燕李春林张亮亮济南大学土木建筑学院山东济南250022 济南大学山东省城市地下工程支护及风险监控工程技术研究中心山东济南250022 济南城市建设集团有限公司山东济南250131 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标,以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象,采用K0固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验,并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷... 详细信息

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标,以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象,采用K0固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验,并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比,模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径,然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K0固结侧向卸荷不排水剪切试验,并对比3种试验结果。结果表明:先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线,粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关,卸荷量越大,则破坏强度越小;减围压阶段产生负孔压,轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势,在同一初始固结围压下,粉质黏土的卸荷比越小,则剪切时产生的最大孔压越大;先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大,则有效黏聚力越大,有效内摩擦角越小,与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比,有效内摩擦角偏小,有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。

关键词：土工试验应力路径三轴试验粉质黏土吊装荷载

浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制研究与应用

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 131-141页

作者：王守慧梅玉春刘泉维李为腾殷险峰王刚李文蓄王绪勇秦哲杨旭旭冯强张朔青岛地铁集团有限公司总工办山东青岛266033 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 青岛地矿岩土工程有限公司地质经营一处山东青岛2660003

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围... 详细信息

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围岩应力补偿、块体围岩挤压成拱和危险块体控制3个方面研究浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制及理论模型,并进一步开展现场应用。结果表明:原支护方案主要沿用了土质隧道支护理念,对岩质围岩自承能力的认识和利用不充分;锚杆预应力(100 kN)使围岩拉应力区消失、塑性区大幅度减小,并使围岩结构面的法向挤压接触应力提高约0.2~0.3 MPa,有效控制结构面两侧岩体的滑移错动,提升了隧道围岩整体稳定性;建立的主动支护理论模型将传统主动支护应力补偿对象由开挖面聚焦至岩体结构面;主动支护新方案较原支护方案的支护材料减量约30%,工期缩短约17%,隧道沉降量减小约50%。

关键词：预应力锚杆主动支护地铁暗挖车站硬岩大跨隧道

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黄河邻岸异形超深基坑支护结构变形研究

建筑技术 2024年第10期55卷 1185-1189页

作者：唐迪李因旭泰山科技学院山东泰安271038 力博工业技术研究院(山东)有限公司山东泰安271021

根据济南穿黄济洛路隧道合建段深基坑项目,针对黄河邻岸异形深基坑施工支护结构变形开展了研究工作,主要研究成果为:(1)基坑开挖地下连续墙整体变形呈现“中间大、两端小”的形态,变形趋势呈现出先缓后快再趋于平稳的过程;阳角部位变形... 详细信息

根据济南穿黄济洛路隧道合建段深基坑项目,针对黄河邻岸异形深基坑施工支护结构变形开展了研究工作,主要研究成果为:(1)基坑开挖地下连续墙整体变形呈现“中间大、两端小”的形态,变形趋势呈现出先缓后快再趋于平稳的过程;阳角部位变形较大,深度为22 m时的偏移量有增大趋势,ZQL 24偏移值最大为33.1 mm;(2)基坑开挖地下连续墙顶竖向位移在深度为16~22 m时,沉降速度较大,整体为下降的趋势;地下连续墙顶水平位移偏移方向偏向远离基坑一侧,偏移量呈增大趋势,阳角部位的偏移量相对较大;(3)首道支撑处于逐渐受拉状态,其他支撑轴力值基本呈增加趋势,与深层水平位移监测数据吻合,同时混凝土支撑承受荷载远大于钢支撑。

关键词：黄河邻岸异形超深基坑支护结构变形监测

基坑空间效应下盾构工作井环框梁架设对基坑围护结构变形的影响

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济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陈方岩刘勇刘燕刘峻廷朱士齐李海波济南大学土木建筑学院山东尚邦建设集团有限公司济南大学山东省城市地下工程支护及风险监控工程技术研究中心中建八局第一建设有限公司中铁十四局集团有限公司昌邑市工人文化宫

为了更好地控制盾构工作井在施工的基坑开挖期和主体施工期基坑围护结构变形，最大程度地减小基坑空间效应的影响，基于济南某盾构工作井施工全过程的工程实例，通过数值模拟与现场监测相结合，设计3种盾构工作井环框梁架设方案，探讨... 详细信息

为了更好地控制盾构工作井在施工的基坑开挖期和主体施工期基坑围护结构变形，最大程度地减小基坑空间效应的影响，基于济南某盾构工作井施工全过程的工程实例，通过数值模拟与现场监测相结合，设计3种盾构工作井环框梁架设方案，探讨盾构工作井环框梁的竖向架设位置对盾构工作井施工全过程中基坑围护结构变形的影响，并确定最优方案。结果表明：相对于基坑开挖期，主体施工期盾构工作井环框梁的竖向架设位置对基坑围护结构变形的影响更明显；当3道环框梁竖向架设深度比例为1∶5∶7时，盾构工作井下部环框梁间距减小，对基坑围护结构最大变形的控制最优，基坑开挖期最大水平位移由25.8 mm减至25.5 mm，主体施工期最大水平位移由27.8 mm减至26.5 mm，均有利于控制盾构工作井基坑开挖期与主体施工期的最大变形。

关键词：岩土工程基坑空间效应数值模拟围护结构结构变形盾构工作井环框梁