综合支护形式(精选8篇)
综合支护形式 篇1
随着不可再生资源的大量开采, 人们面临的能源危机问题越来越严峻。浅部的煤炭逐渐开采殆尽, 人们不得不把目光看向深处的煤矿以及采煤工作面回采工程[1]。在深巷开采以及巷道回采过程中必须保持巷道的通风顺畅、运输流畅, 确保巷道处于安全可靠的工作状态。而为了保持巷道的安全可靠性, 适当采取一些支护措施能够增加巷道顶板的稳固性和牢靠性, 提升采煤工作面的安全性能。但是单独采用一种支护措施不能达到理想效果, 而综合支护措施能够有效解决巷道中的各种复杂问题。本文将以宜都市松木坪镇青山坡煤矿工作面为例, 阐述煤矿综合支护形式的实践应用。
1 宜都市松木坪镇青山坡煤矿工作面情况简介
宜都市松木坪镇青山坡煤矿, 位于宜都市松木坪镇双井寺村, 矿区海拔高为+240-+668m, 地形坡度为15-20°, 矿区年平均气温15.5℃, 平均降雨量1 224mm。该矿区在挖掘施工过程中遇到断层带, 断层带属于泥岩、角砾、大块茅口灰岩等物质的混合体。围岩部分状态复杂混乱, 岩石节理有裂隙生成, 埋深为750m, 具体形状为矩形断面, 属于典型的变形膨胀型的软岩巷道。该采煤工作面的每层深度为3m左右, 煤层的倾斜角度大致为6°~10°。
2 煤矿内巷道受力与变形分析
青山坡煤矿穿过的岩石层比较松软、脆弱, 比如泥岩和角砾, 质地细腻、脆软, 同时有节理裂隙生成, 抗压强度低, 属于显著的软岩特征。这种质地的软岩在经过风化、雨水、吸潮后, 其强度下降得更快, 极易出现泥化、碎裂的现象。岩性质地差是造成煤矿内巷道受力后变形的内部原因。从巷道底板的岩层性质来看, 若对巷道进行开挖, 底层板岩上的竖向负荷会卸载, 从而产生弹性恢复, 引起应力偏量的加大, 当应力偏量远远超过围岩的所能承受的抗压强度时, 巷道就会变形[2]。处于750m深度的围岩, 其自重应力可以达到25Mpa以上。由于煤层自身是在长期以来的断裂、褶皱等地质构造运动中形成的, 因此煤层自身存在一定的构造应力, 致使围岩的应力大部分高于自重应力, 在巷道的挖掘过程中围岩经过损伤、滑移、破坏, 最终导致巷道围岩弹性变形。
3 支护形式的选择
以往的巷道支护形式一般采用金属支架、木棚支架、石垛、混凝土砌垛等, 这些支护方式操作简单, 材料易取, 支护成本较低。但是经过多年的实践检验证明, 传统的支护形式支护效果不明显, 属于被动式的支护形式[3]。由于巷道的岩石结构极其复杂多变, 被动式的支护形式往往不能满足支护要求。随着现代科技的发展, 采煤技术越来越先进, 支护形式也由传统的被动式支护形式转为机械化程度较高的主动式支护方式, 比如锚网索支护、碎煤带联合巷旁支护形式以及工字钢密集支柱等, 这些支护方式密封性好、支撑能力强, 能够成功控制巷道围岩的动态变形受损情况。
但是, 由于松木坪镇青山坡煤矿属于软岩巷道变形破坏, 其围岩巷道的变形物理学机制极其复杂多变, 单一的支护措施不能有效解决巷道围岩的动态变形问题, 必须采取分步综合支护形式对变形巷道加以稳固。因此, 针对松木坪镇青山坡煤矿巷道的实际情况, 笔者设计以下综合支护形式方案。
4 综合支护形式方案
笔者根据松木坪镇青山坡煤矿-750m处巷道围岩的变形受损特征, 提出在围岩的整个断层带采用金属网、钢拱支架、喷砼、注浆以及锚网索等综合支护方式[3]。巷旁支护方式采用碎煤带联合巷旁支护形式, 在巷道的踩空地带采取工字钢密集支柱。初次支护使用金属网、U型钢拱支架并喷射砼, 二次支护为喷射砼、注浆、锚索, 三次支护为强化支护即组合锚索。
(1) 初次支护。在对松木坪镇青山坡煤矿巷道开挖后, 及时进行初次喷射砼, 喷射的砼厚度为60mm, 砼强度在C20以上。在巷道的横断切面设置金属网和钢筋连梁, 金属网的钢筋网格为120mm×120mm, 网格之间的连接长度大于100mm, 如图1所示。U型钢支架尽量选用排距为600mm, 对U型钢支架的低端部位进行锁腿操作, 让U型钢支架类似于一个架间的拉杆, 将支架周围的力量成功连接起来, 增强整个支架的整体稳固性和走向稳定性。同时保持支架腿部可以固定扎根在围岩内部, 增强支架的抗侧压能力, 防止巷内围岩变形内移。
(2) 二次支护。二次支护时喷射砼要等围岩变形经过一定的时间, 时间大致在10天至15天, 或者选择在围岩变形速度明显下降时喷射砼。砼厚为120mm, 砼的强度为C25。注浆过程是二次支护的核心环节。注浆孔的长度不宜超过5m, 巷道中的顶拱以及巷帮部位的注浆孔的排距为2 500mm×2 500mm, 巷道底部注浆孔的排距为2 200mm×2 200mm。实施锚网索支护措施时, 巷道两帮以及拱顶部位的锚索适宜采用2×9的钢胶线, 锚索长度为8 500mm, 排距为1 800mm×1 400mm, 巷道底部锚索长度为5 500mm, 排距为2 200mm×1 400mm。在实施具体锚索网支护时, 应该利用一条长为4.8m的槽钢将底板锚索串联起来, 另将2根锚索连接成为一个相通的整体, 使底端锚索与水平方向的锚索形成一个45°角。
(3) 三次支护。根据具体情况, 第三次支护可以采取组合锚索方式。在实施该支护措施时, 巷道拱顶组合注浆喷射砼后, 锚索增加3根12 000mm的主索, 排距为5 000mm×5 000mm, 每排2根;巷道底部锚索增加3根8 000mm的主索, 排距为3 200mm×5 000mm, 每排2根。组合锚索注浆支护方式分为三个步骤, 即锚索固定阶段、锚索自由阶段以及锚索张拉阶段, 锚索一般由钢绞线、支撑架、导向帽、排气管、塑料套管等组成, 用于实际支护过程中必须配合20mm的钢板使用。
(4) 综合支护形式的效果观测。首先, 观察巷道围岩顶部位移变形状况, 使用专业的测枪或者测杆对巷道的拱顶、两帮进行详细的测量。在巷道每隔30m设置一个测量站, 每个测量站设连两个测试点, 并在每个侧面的顶、底板、两帮部位设置一个测试点。测量结果显示巷道顶部、底部以及两帮部位的相对变形量有所减少, 断面部位有显著的缩减, 巷道围岩的稳定性和可靠性得到有效提升。然后, 检测围岩顶板的离层指数。观察顶板、底板上锚索固定区域以及外围岩的稳定性能, 计算锚杆、锚索支护形式参数的科学性, 巷道内每隔60m在顶板中部、外围岩上安装一个离层指示仪, 检测锚索固定区域以及外围岩区域的离层指数。测试仪的显示指数为:顶板最大下沉力量为172mm, 而底部鼓起量为168mm, 两帮下沉量均为165mm。数据结果显示, 该组合支护形式效果良好。
5 结语
在深巷开采以及巷道回采过程中, 保持巷道的通风顺畅、运输流畅是确保巷道处于安全可靠的工作状态的有效途径。而为了保持巷道的安全可靠性, 适当采取一些支护措施增加巷道顶板的稳固性和牢靠性, 提升采煤工作面的安全性能。松木坪镇青山坡煤矿属于软岩巷道变形破坏, 其围岩巷道的变形物理学机制极其复杂多变, 因此单一的支护措施不能有效解决巷道围岩的动态变形问题。根据实际案例检验证明, 采取分步综合支护措施后, 巷道顶部、底部以及两帮部位的相对变形量有所减少, 断面部位有显著的缩减, 巷道围岩的稳定性和可靠性得到有效提升, 顶板下沉量和底板鼓起量都有所提升。因此, 只有采用分步综合支护形式对变形巷道加以稳固, 才能成功控制巷道围岩的动态变形受损情况, 为采煤工作面提供全方位断面支护, 才能有效防止因巷道围岩局部受力积聚和部分岩石受损而造成塌方危险, 确保采煤巷道工作面内部的支护结构的安全、稳定、牢靠。
摘要:煤矿开采面中的巷道安全可靠性关系到煤矿的正常开采和矿工的生命安全。煤矿深部巷道的岩石压力越大, 采煤工作面中巷道受动压的影响就越明显, 巷道周围的岩石损害越严重, 对采煤工作的影响越大。因此, 对于煤矿巷道采取一定的支护措施可以保证巷道的坚固和安全, 确保采煤工作的顺利进行。目前用于煤矿支护的形式有很多种, 比如锚网索支护、碎煤带联合支护、工字钢密集支护等。在一个复杂的采煤工作面中, 单一的支护方式不能很好地确保巷道的安全, 只有将多种支护方式融合应用才能达到完美的效果。本文以宜都市松木坪镇青山坡煤矿工作面为例, 阐述煤矿综合支护形式的实践应用。
关键词:采煤工作面,巷道,综合支护形式
参考文献
[1]高明中.巷道压曲性底鼓的机理与控制[J].安徽理工大学学报 (自然科学版) , 2012, 28 (1) :20-24.
[2]刘红岗, 贺永年, 徐金海, 等.深井煤巷钻孔卸压技术的数值模拟与工业试验[J].煤炭学报, 2010, 32 (1) :33-37.
[3]孙广义, 陈刚, 兰永伟.东海煤矿深部巷道支护技术[J].黑龙江科技学院学报, 2010, 20 (1) :28-31.
矿井高地压巷道支护形式改革 篇2
【关键词】巷道变形;锚网喷;巷道注浆
1.矿井工程概况
1.1煤层
矿井含煤地层为石炭系下统万寿组,主要开采煤层C5、C3两层,煤种为无烟煤,目前开采C5煤层,倾角10-13,平均厚度约1.7m。
1.2顶底板岩性
万寿山组地层主要由灰黑色、深灰色薄~中厚层状泥质粉砂岩、砂质泥岩、菱铁质粉砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩及煤组成。地层厚度97-148m,平均厚130m。C5煤层直接顶板和底板都为泥岩,底板泥岩之下为一层厚0.5m左右的粉砂岩或菱铁质砂岩,较硬。其余基本为黑色泥岩、含炭质泥岩或菱铁质泥岩,岩性单一。
1.3煤层埋藏深度
现开采C5煤层底板标高+800-+700米,地面标高+1460米,煤层埋藏深度最大760米。地面为洛泽河切割,河谷最低点+860米,两岸皆为陡峭的悬崖。
1.4原巷道掘进与支护工艺
井下巷道采用钻爆法沿煤层底板掘进,部分破顶,梯形断面, 11#矿用工字钢加工的金属梯形支架支护,支架密度3-4架/m,支架间用细圆木料背顶背帮。
1.5原支护形式存在的问题
掘进工作面的工字钢棚支护强度不能满足要求,巷道断面缩小量大,大约半年左右就要返修一次。
2.巷道破坏的主要原因分析
2.1围岩强度低
主要巷道沿C5层煤掘进,顶板为泥页岩,f=3-4,直按顶f<3,自身强度低,胶结性差,容易沿层理风化剥落。
2.2风化膨胀性矿物成分高
经测试化验分析,C5层煤顶板岩石的矿物成份中,伊利石占61.8%,高岭石占16.1%。这些矿物成份极易风化,且有一定的膨胀性,是造成巷道破坏的一个客观原因。
C5层煤的直接底板虽有300-400mm厚硬岩,但老底岩石中高岭石占9.9%,见表2。这些岩石遇水膨胀、泥化,容易引起底臌。
2.3支护结构形式不适应
对于这种软岩应尽量采用拱形断面巷道,强化围岩的自身主动支护作用,以保持巷道围岩的完整性。而该矿巷道原支护形式采用梯形、多边形及木材、强度较低的砼砌块等;即使工字钢棚背板为木材,多为空帮、空顶,支撑力极弱,这是造成巷道破坏,多次返修仍难稳定的重要原因。
3.巷道支护方案与技术参数
3.1方案分析
初步认为:半圆拱形断面受力条件相对梯形断面要好,锚网、锚网索、锚网喷等主动支护强度高,能够抵抗较大地压,且易于留出让压空间,保证巷道变形后仍能满足使用要求。
因此,根据围岩特征和变形破坏的程度,对围岩松动破坏严重的地段可采用“喷射砼+锚网带注”支护结构形式;对围岩较完整,松动变形较小的地段可采用“锚网带”支护,表面风化严重时要先喷射砼。施工时根据现场实际情况从两种方案中选取一种方案实施。
总体工艺为:撤棚-修复岩面—喷砼—钻装锚杆并挂网、带—注浆—加固底板。
3.2主要运输下山支护方案
主要运输下山设计巷道为直墙切圆拱形断面,净宽3.6m,净高3.0m,其中墙高1.8m,拱高1.2m。
3.2.1喷射砼锚网带注方案
(1)锚杆
选用HLX50-27/32L专用中空螺旋注浆锚杆,长1800mm,矩形布置,间排距800mm,见图1。
(2)喷射砼
巷道掘进达到规定断面后先喷射50mm厚C20砼,然后再钻注浆锚杆孔。
(3)钢筋带
选用¢12圆钢制作内波纹式环形钢筋锚带,加工图见图2。
图1 井底车场巷道喷射砼锚网带注支护
注:1-螺旋注浆锚杆;2-锚网;3-锚带;4-喷射砼
图2 钢筋带加工图
注:短筋L=64mm;环形钢筋及波形钢筋由一根钢筋加工
(4)钢筋网
选用¢6mm 钢筋焊接网,网格100×100mm,网片规格900×1800mm,钢筋网压茬大于100mm。
(5)注浆泵
选用QB152型便携式注浆泵及配套设施。
(6)施工工艺顺序
开挖形成巷道荒断面—喷射50mm厚砼—钻锚杆孔—安装锚杆—掛网、压带上托盘—固定螺母—注浆加固—注浆7天后拧紧螺母至20KN预紧力—特殊情况需要时再喷射30-50mm厚砼。
3.2.2树脂锚杆与锚网带方案
(1)锚杆
选用¢18×1800mm全螺纹钢筋树脂锚杆,间排距800mm,见图3。选用150×150×6mm的拱形托盘;每根锚杆用1块Φ25×500mm的树脂锚固剂,单根锚杆预紧力为30KN。
图3 井底车场巷道树脂锚杆与锚带网支护
注:1-螺纹钢树脂锚杆;2-锚网;3-锚带;4-喷射砼
(2)喷射砼
当巷道松碎,难以成孔时,可先喷射50mm厚C20砼,再钻锚杆孔。
(3)钢筋带、锚网
技术参数与上述方案相同。
4.注浆锚杆加固技术
4.1锚注技术
如果围岩条件好,变形量<30mm,则可不一定加注浆锚杆,直接二次支护;若岩层松软破碎,变形量>30mm,即要采用锚注加固。
4.1.1锚注设备及材料
(1)注浆泵:选用QB152型便携式注浆泵。
(2)注浆浆液:采用水泥单浆液,即强度等级为52.5普通硅酸盐水泥,W/C=0.4-0.5,并添加占水泥重量的1%-2%的高效复合早强高效减水剂,以提高浆液的流动性和易性。
(3)注浆锚杆:选用MLX50-27/32Z中空螺旋注浆锚杆,长2m。
4.1.2注浆锚杆布置
所有锚网喷巷道的两墙底角,一定要从设计底板开始下挖100mm,清底后进行补喷混凝土至设计厚度,然后再打注浆锚杆。
注浆锚杆间排距为800mm,先加固两帮底角,在两角底板以上400mm左右开眼,向下方向打锚注孔,将两底角锚注后,再从两帮底排锚杆以上800mm处开始对称布置钻孔及注浆,其他帮、顶的锚注孔垂直于岩面。
4.1.3注浆参数
(1)注浆量
在正常情况下,每孔注入水泥量50~100kg左右;当注入水泥超过300kg,注浆压力仍未达到最大注浆终压时,可暂停注浆;待2小时后再复注。若复注时注入水泥量达500kg左右,注浆压力仍未达到注浆终压时,要检查是否有漏浆现象,暂停或换孔注浆。
(2)注浆压力
初始压力从零开始要缓慢升压,一般控制在0.5MPa左右,正常情况下不超过1MPa,只要进浆不宜升压太快,最大终压力为2MPa,这样可控注浆范围在2~3m左右,有利于保证注浆加固效果。
4.1.4注浆顺序与工艺
(1)断面注浆顺序
先注两帮底角,再注两帮,最后注拱部,从下往上对称依次进行,有条件时可用两台注浆泵同时对称注浆。
(2)纵向注浆顺序
在巷道纵向上采取隔排注浆方式,按先单后双的间隔复注。
(3)单孔注浆顺序
①钻注浆孔→②压风扫孔→③旋装注浆锚杆→④安装球形阀→⑤接通注浆管→⑥开注浆泵注满达到终压时停注→⑦30分钟后卸下球形阀。
4.2对底臌的防治
防治底臌的重点是加固底板或应力转移,其次是卸压,以及综合的方法治理底臌。
为防治底臌,对所有巷道的两帮在底板水平以上向下扎钻装底角锚杆,以转移应力,防止底臌产生。
对已经发生底臌的地段,先进行卧底,在底板铺设100mm厚C20砼作止浆层,然后进行锚注,根据岩层揭露情况;对底臌特别严重的地段,采取专项反底拱技术设计措施。
巷道两帮底角喷射砼一定要超过底板水平以下100mm,要先清出两角底沟,然后在打底角锚杆,再由下而上喷射砼。
5.实施效果分析
5.1效果
对井底车场主要运输下山采取上述方案实施以后,开拓巷道锚网喷后前三天,顶板下沉量达到了180mm,按设计进行巷道壁后注浆后,下沉量明显减少,一个月后基本稳定,重点区域采取的锚网带方案也达到了应有的效果。巷道整体变形量基本达到了预期目标,180天后观测,没有大范围巷道破坏现象。
5.2问题与改进
综合支护形式 篇3
1 工程水文地质条件
根据青海省建筑勘察设计研究院有限公司提供的《西宁市水井巷商务片区一期工程岩土工程详勘报告》, 与基坑支护有关的场地土层相关参数见表1, 典型地质剖面如图2所示。
1.1 地质特征
场地地层主要由第四系全新世松散沉积地层和第三系强风化泥岩组成, 其各地层岩性特征自上而下分述如下:
1) 杂填土 (Q44ml) :杂色, 稍湿, 含大量建筑垃圾和旧基础、地下设施, 土质不均, 结构松散, 厚度为1.20~4.30m, 层底标高为2253.85~2256.93m。其中在西侧分布有天然气管道、地下水给水管, 埋深2.50m以上;
2) 卵石 (Q41al+pl) :黄褐色-杂色, 稍湿, 松散-密实, 成份以变质岩为主, 母岩由变质砂岩、花岗片麻岩、板岩、石英片麻岩组成, 颗粒大于20mm粒径占总质量的50.0%~59.5%, 一般颗粒粒径在2~5cm, 混有少量粒径大于20cm的漂石, 颗粒间空隙由圆砾、粗砂和少量粉土充填, 局部呈泥砂质弱胶结, 大部分接触, 可挖性和可钻性较为困难, 卵石层揭露厚度及累计厚度为18.00~25.20m;
3) 粉土 (Q41al+pl) :黄褐色, 湿, 中密-密实, 成份以粉粒为主, 含粉砂、氧化铁、云母片, 混有砾砂、角砾、细砂, 摇振反应中等, 无光泽, 干强度及韧性差, 厚度为0.20~1.60m, 平均厚度为0.85m, 层底标高为2246.57~2248.23m。被揭露于56#、57#、58#、74#孔中, 绝大部分分布于地面下14.0m以上, 呈夹层和透镜体状分布于卵石层间;
4) 圆砾 (Q41al) :黄褐-杂色, 稍湿-湿, 稍密, 成分以花岗片麻岩、角闪片岩、石英岩为主, 含粉土, 卵石、粗砂大于2mm颗粒超过51.6%, 空隙间由砂、粉土充填, 该层主要分布于58#和71#钻孔中, 厚度为0.20~0.60m, 层底标高为2237.67~2245.73m, 在卵石层间呈透镜状分布;
5) 细砂 (Q41al) :浅黄色-杂色, 稍湿-湿, 稍密, 主要矿物成分为石英、云母、岩屑为主, 粒径大于0.075mm颗粒超过全重的90.1%以上, 小于0.075mm颗粒质量超过总质量的9.9%, 一般颗粒呈棱角状, 砂粒表面不干净, 含少量粉土、砾砂, 该层被揭露于57#、58#钻孔中, 厚度为0.20~0.30m, 平均厚度为0.25m。层底标高为2245.43~2249.37m, 在卵石层中呈透镜体和夹层不连续分布。
1.2 水文地质条件
场地中局部有上层滞水, 含水层为卵石, 主要为局部卵石由粉土充填和泥质弱胶结而形成局部隔水层而含水, 水量较小, 该层水主要被揭露于58#钻孔中, 静止水位埋深于21.5m左右。
2 基坑支护设计方案比选
2.1 本工程的主要特点和设计难点
该基坑工程总占地面积46660.56m2, 属于大型深基坑工程, 地处闹市区, 场地狭窄, 周边环境复杂, 相对位置关系如图1所示, 对围护结构变形要求较高;地下管线复杂, 场地中有一条天然气管道在场地中部通过, 东西和南北向预埋的地下管网和排水设施较多, 给维护设计带来一定难度;经钻探在场地西侧A-H处已钻穿地下人防设施埋深在12.40~14.40m之间, 砖砌拱顶, 需结合当地施工经验和条件确定合理方案;基坑施工期间不能对交通和商铺造成过大影响, 须考虑交通疏散;投资人对经济性要求较高。
2.2 主要设计思路及设计方案
根据场地周边环境条件和地质状况, 考虑现场拆迁进展情况和施工组织要求, 该基坑需分期进行开挖施工。原某设计院基坑支护均采用预应力锚索加排桩, 基坑南北西侧为1号桩, 桩身配筋为20φ28通长主筋, φ16@2000加强筋, φ10@150螺旋箍筋;基坑东侧为2号桩, 桩身配筋为24φ28通长主筋, φ16@2000加强筋, φ10@150螺旋箍筋;从安全稳定及施工方面看, 此方案有一定的优越性, 但从场地条件、经济效益等方面考虑[6,7], 此方案不尽合理, 如图3所示。
因此, 结合多年西北地区设计经验, 根据场地实际条件考虑该基坑较深, 周边场地狭窄, 采用比较经济的纯土钉墙或复合土钉墙支护不够安全[8,9], 全部采用护坡桩支护造价较高, 为了保证基坑开挖安全, 同时尽可能降低造价, 根据基坑深度及建设单位要求, 兼顾安全和经济等要素, 应首先考虑进行基坑周边支护, 支护结构对西侧水井巷改造由于将来还要往西扩改, 属暂时性支护体系, 对于南侧人民街属于永久性支护体系, 对临路及临原有建筑部分, 采用上部放坡土钉墙下部排桩加锚杆支护体系, 对暂时拆迁边线A~D采用四级土钉墙放坡支护体系。
3 基坑支护设计
从开挖深度、周边环境、地质条件等因素来看, 该基坑工程均属于综合条件较复杂的深基坑工程。在保证基坑安全、经济合理和施工工期的原则下, 结合本工程特点, 经过多次方案论证比较, 最终确定本方案[10]。
1) 根据拆迁情况, 基坑四周 (a~o和o~G) 采用上部土钉墙 (卸荷) +下部排桩锚杆联合支护体系 (抗变形能力较强) 。基坑上部土钉墙坡度为1∶0.75, 设置2排4m长土钉, 挂φ6.5@250×250钢筋网, 横纵各1根φ14@1500×1500通长加强筋, 喷射80mm厚混凝土面层, 混凝土强度等级为C20。
基坑下部采用桩锚支护。综合考虑东该基坑支护面临的问题, 确定排桩直径为φ1000mm, 桩间距2000mm, 桩长22.5m, 嵌固段6m, 在桩身最大弯矩处采用局部加密配筋进行优化。预应力锚杆设置2排。桩间土钉墙共设置7排土钉, 挂φ6.5@250×250钢筋网, 喷射80mm厚混凝土面层 (面层外表面与桩外皮平行) , 混凝土强度等级为C20。锚杆、土钉设计参数如图4所示。
2) 拆迁边线A~D段采用四级土钉墙放坡支护体系。每级均设置2排钢管土钉, 挂φ6.5@250×250钢筋网, 横纵各1根φ14@1500×1500通长加强筋, 喷射100mm厚混凝土面层, 混凝土强度等级为C20。钢管土钉设计参数如图5所示。
3) A-H段基坑开挖线距离水井巷仅有5m, 支护结构可用空间狭小, 最初设计方案同基坑四周 (a~o和o~G) 方案, 当基坑完成上部土钉墙施工后, 发现地下人防非常复杂, 支护桩无法施工, 变更为倒挂壁+钢套筒法施工, 经施工单位施工实践, 认为其工序过于复杂, 经论证再次将设计变更为人防高度内用框架格构加预应力锚杆, 人防之下用排桩的方案。目前该基坑已施工完毕, 通过施工监测, 该基坑优化设计方案达到了预期效果。
4 结论
1) 综合考虑该基坑各侧面支护面临的主要问题, 经过多次方案论证变更, 实践表明:本方案安全、经济, 缩短了施工工期, 可供类似工程参考借鉴。进一步加强复合支护结构在深基坑支护应用中的理论研究很有必要;
(1) 将原方案一桩到底优化为上部土钉墙+下部排桩锚杆联合支护体系。上部通过采用坡度尽可能缓的土钉墙, 卸除土体荷载, 有效减小了主动土压力;下部采用在桩身最大弯矩处局部加密配筋优化的桩锚支护结构, 同时将东西侧与北侧锚杆排数进行合理优化, 有效地控制了基坑开挖过程中产生的变形, 降低了工程造价;
(2) 土钉支护结构在该基坑的成功应用再次证明, 放坡开挖+土钉支护技术有待进一步研究, 在青海、甘肃等地应用前景广阔;
2) 基坑开挖过程中基坑南侧和防空洞处出现了变形达到警戒值, 存在较大安全隐患并影响了施工进度。通过排查分析并采取有效措施, 使基坑支护结构的安全得到了及时有效的控制。可以作为基坑工程事故分析与处理的借鉴案例;
3) 当采用较为常规的基坑支护结构进行深基坑支护时, 对基坑监测数据的及时统计、分析与反馈对保证基坑施工安全具有重要作用。
参考文献
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对巷道支护形式的认识 篇4
大雁矿区巷道围岩分类及支护形式的对应关系:
1、岩层类别为Ⅰ类;稳定性为稳定;代表岩石为玄武岩;岩性特征为单轴抗压强度22.06MPa, 遇水不软化;现有的支护形式为喷薄层水泥砂浆封闭围岩。
2、岩层类别为Ⅱ类;稳定性为较稳定;代表岩石为煤;岩性特征为单轴抗压强度10.93~12.75MPa, 遇水不软化、不膨胀;现有的支护形式为在顶板完整的条件下, 支护形式采用锚杆;在顶板破碎的条件下, 支护形式采用锚网;在断面大的条件下, 支护形式采用组合式锚杆;在服务期长的条件下, 支护形式采用锚喷或锚网喷;对顶、底板的处理采用底板为膨胀岩的设置, 底拱或打底锚杆, 其他可不处理。
3、岩层类别为Ⅲ类;稳定性为不稳定;代表岩石为砂岩、泥岩;岩性特征为弱胶结或不胶结、强度低、松散易冒, 疏干后可有一定强度;现有的支护形式为在服务期长的条件下, 支护形式采用料石砌碹;在服务期短的条件下, 支护形式采用梯形工字钢支架或U型钢可缩式支架;对顶、底板的处理采用设置底拱, 背帮背顶采用金属网或尼龙织网, 设底梁, 加大棚腿底面积。
4、岩层类别为Ⅳ类;稳定性为很不稳定;代表岩石为含砾泥岩;岩性特征为单轴抗压强度1.04MPa, 含大量蒙脱石, 遇水崩解、泥化、膨胀, 膨胀率为11.39%, 并具有流变性;现有的支护形式为在埋深小的条件下, 支护形式采用锚网喷或加木砖条带圆碹;在埋深大的条件下, 支护形式采用锚网架、锚网喷砌等形式的联合支护;对顶、底板的处理采用设置底拱全封闭式结构。
一、棚式支护
棚式支护作为一种支护主体形式, 由于该支护形式对巷道围岩的封闭作用差, 围岩风化、潮解、膨胀, 而膨胀挤压力是软岩巷道支护破坏的主要原因, 且围岩膨胀变形产生第一次压力显现时, 其变形和位移量最大, 压力也处于最大值, 经处理后又出现第二、第三次压力显现, 这个问题在浅部地层巷道支护中被高倍的支护强度系数所掩盖, 但随着开采深度的增加而越加严重。现该支护方式多用在联合支护形式中的二次支护, 为彻底控制围岩变形的刚性支护作用。其中木棚支护由于木材的强度低、成本高, 现除在处理冒顶的临时支护和服务时间短的综采拆装支架硐室以外, 已很少采用;槽钢棚和工字钢梯形棚支护以其加工方便、便于回收整形和复用等特点, 曾经大量使用, 现除了在巷道交叉点和回采工作面顺槽揭露岩石部分采用外, 也已很少采用;U型钢棚支护适用于松软岩体、断层破碎带和矿压大等不稳定岩体, 满足了支架的刚性、可缩性的要求, 和锚喷支护一起作为一次支护的基础上, 在保持一定支撑力的情况下沉缩, 又保证了支架不被破坏, 释放了围岩的压力, 柔性较好, 又具有一定的初期支护强度, 一次支护又是二次支护的一部分而不拆除, 相对工艺简单、省时、省料, 而且巷道断面利用系数高、维修方便, 还具有承受顶压能力大的特点, 在同等规格情况下, 是木支架和砼支架受顶压能力的3~6倍, 在围岩压力趋于稳定时, 和二次支护组成刚性支架形式, 在不稳定岩体中使用效果较好。
二、碹体支护
砂浆胶结的石材碹体最常用, 在一般地压下可采用。在松软膨胀性岩层、地压大的巷道中就很难适应, 料石圆碹加木砖的效果也不理想, 因为料石碹体短时间内提供足够的支护力以阻止围岩变形是不可能的, 料石虽然强度很高, 可砂浆强度仅为砌体的1/10, 达到足够的砌体强度需相当长的养护时间, 即砌体尚未达到足够的强度时, 碹体早受压破裂, 即使采用现浇筑砼或钢筋砼也同样破坏, 料石碹接茬多、灰浆不饱满、壁后软充填不严, 更加降低了料石碹体的抗载能力。这种支护形式虽然具有整体性好、受力均匀、封闭作用好的优点, 但初期强度小, 不适应松软膨胀性岩层初期地压大的特点。根据矿区实践情况, 在松软膨胀性岩层中, 不宜采用碹体支护的直墙半圆拱结构作为单一的刚性材料构成支护, 包括圆形料石砌碹也不是理想结构。为了提高碹体支护的适用范围, 多年来积累了大量的改进技术措施, 概括如下:
1、采用增加碹体厚度来提高支护刚度, 如采用一层半、二层以至三层的料石砌碹;
2、提高支护材质, 如将毛料石和条石改为规整的异型料石, 材质由石灰岩改为花岗岩等;
3、灵活采用碹体的形状, 将三心拱改为直墙半圆拱或短墙半圆拱和全圆拱;
4、采用壁后软充填以改进碹体的受力状态, 如用尼龙编织袋装掺了生石灰的电厂灰、河砂、黄泥砖等, 甚至是空帮、空顶的离壁式碹体结构;
5、加大碹体的可缩缝, 如采用在碹体周边沿巷道走向方向均等的夹木砖和干砌木板碹等;
6、灵活选用卸压方法, 如预留卸压孔道。采取上述措施取得了一定的效果, 但对于埋深大、变形大的松软膨胀性岩层巷道, 特别是受采动影响的巷道, 还是不适用。因此, 应该考虑联合支护形式。
三、联合支护
与传统的支护形式相比, 锚喷支护具有进度快、效率高、安全可靠、劳动强度低、成本低等优点, 但同样有一定的适应性, 不是万能支护。在稳定的硬岩中, 采用素喷砼支护, 简单易行, 技术经济效果明显;在稳定的中硬岩中, 采用金属倒楔式锚杆或钢丝绳砂浆锚杆加上喷射砼支护, 也收到很好效果;在软岩、断层破碎带或地压大等条件下, 单一的锚喷支护同样不适用, 应用锚喷支护作为一次支护, 为柔性或可缩性的让压措施, 释放了围岩的压力, 然后采用传统的支护形式作为二次支护, 起刚性支护作用, 促使围岩稳定, 避免了人为地二次扰动围岩, 引起更大的不稳定来压, 这就是柔刚结合的联合支护形式, 适用条件和范围更广, 已在软岩矿区大量推广使用。现分类叙述如下:
1、喷-锚-架-喷联合支护。
主要用于稳定较差的松软岩层, 主要指部分砂岩、泥岩, 自稳能力差, 爆破后要及时锚喷。初期变形量很大, 架设U型钢支架、复喷砼形成一个统一结构体, 从而组成联合支护。材质规格为:采用金属倒楔式注浆锚杆、长度1.8~2.5m、菱形布置、行排距离0.6~0.6m, 金属网规格1.1×0.9m、网目10×10cm、冷拔钢丝编成、丝径6mm, 支架采用U型钢支架。这种支护的巷道除有少量底鼓外, 帮顶基本完好。
2、喷-锚-砌联合支护。
主要用于断层破碎带或特别松软的岩层, 主要指含砾泥岩、泥岩或部分砂岩, 爆破后难见大于300mm的岩块, 极易风化、潮解、冒落、片帮, 底鼓严重, 围岩变形量大。巷道掘进后立即初喷砼50mm左右厚, 打上锚杆, 采用金属倒楔式注浆锚杆、长度2.0~2.5m、菱形布置、行排距离0.8~0.8m, 挂金属网, 待压力释放、变形缓慢时, 砌料石碹, 厚350mm, 在拱基线和拱顶处增嵌150mm厚的条形木砖, 具有一定的可缩性, 释放围岩蠕变压力, 减少或防止碹体破坏。通过多年观察, 碹体基本完好。
分析边坡支护结构形式的选择 篇5
基坑边坡支护的主要作用是确保基坑中的工作人员能够安全、正常地作业, 此外, 还要能防止坑外以及基底的土方变动, 确保基坑周围的管线、建筑物以及道路的正常存在。为此, 工作人员需要在尽可能短的时间内, 以较低的费用, 构筑出合格的基坑, 强化对基坑边坡支护技术的研究和开发, 确保地下工程能够安全可靠地进行。
一、深基坑边坡支护工程的特点
1. 深基坑边坡支护难度大
经济社会的不断发展, 对于建筑结构和质量的要求也不断提高。与此同时, 基坑工程也向着大跨度、大深度以及大面积的方向发展, 增加了深基坑边坡支护的难度。
2. 深基坑边坡支护施工周期长
与常规施工项目相比, 深基坑边坡施工的时间较长。从开挖土方起, 一直到所有地下施工项目完工和验收结束往往需要经历几个月。在这段时间内, 基坑周边堆料堆土、降雨以及施工机械振动等因素都会对深基坑支护的稳定性造成一定的影响。
3. 深基坑边坡支护施工对周围环境影响大
由于在地下施工, 深基坑边坡对附近的环境影响非常大。一般来讲, 深基坑工程主要位于市政主要位置。由于施工地点有限, 因此对附件构筑物的距离控制以及边坡本身的稳定性都提出了很高的要求。如果两个深基坑边坡同时施工, 互相之间制约和影响更大, 施工难度会增加。
4. 深基坑边坡支护施工地域性强
各个地方的水文、地质条件存在很大的差异, 即使是在同一座城市, 地质、水文也存在很大的差异。因此在设计和建设深基坑边坡支护的时候, 需要对周围的水文、地质条件以及拟建工程附近的管线和构筑物进行认真、仔细的勘察, 并在此基础上确定支护形式以及施工方案。
5. 与土方开挖关系密切
深基坑工程主要是由土方开挖和深基坑边坡支护系统的设计、施工两个项目工程组成, 土方开挖工程的施工是否合理、科学, 对于支护质量会产生非常重要的影响。许多工程显示, 土方开挖方法、顺序或者速度的不合理会对支护系统以及结构主体产生极大的负面影响, 导致整个支护工程的稳定性遭到严重的破坏。
二、深基坑边坡支护工程施工存在问题
1. 严格按设计图纸施工的问题
根据事先设计的方案和图纸进行深基坑施工是深基坑施工的基本要求, 也是确保深基坑施工整体质量的关键。然而在实际的深基坑施工过程中, 有些施工人员对深基坑施工的方案以及图纸的认识不够深刻, 导致施工比较草率, 从而影响了深基坑施工的安全和质量。
2. 施工顺序问题
由于在施工之前没有对深基坑支护工程的测量放线进行认真细致的检查, 从而在基坑的深度和边界线等还没有明确的情况下就进行深基坑施工, 导致施工过程中出现返工现象。不但没有节省施工时间, 反而延长施工时间, 有时候甚至会延误工期。
3. 深基坑边坡问题
在施工的过程中, 由于挖土机手操作不当、管理人员监管不到位或者是为了减少土方的工程量, 而出现开挖后坡面平整度、垂直度、坡度不达标以及欠挖、超挖现象, 在很大程度上影响了支护工程的安全性和质量。
4. 制订应急预案问题
在深基坑的施工过程中, 经常会出现坑壁局部开裂、土层结构坍塌、沉降等问题。特别是在雨雪环境下, 其受损的可能性会更大。事故发生之前, 如果没有制定事故针对性应急预案, 一旦事故发生, 管理人员就会无所适从, 使得事故的严重度不断变大, 甚至造成人员伤亡。
三、深基坑边坡支护结构的选择
为了能够在规定的时间内, 保质保量而又经济安全地完成深基坑工程的施工, 相关工作人员就需要选择合理、科学的深基坑支护形式, 在此基础上设计一个最佳的工程方案。
1. 重力式支护结构
重力式支护结构主要指的是旋喷桩帷幕墙和深层搅拌水泥土桩挡墙, 深层搅拌水泥土桩挡墙的抗弯能力和刚度较小。但是其挡水性能较好, 常用于深度较小的深基坑边坡支护工程之中。旋喷桩帷幕墙与深层搅拌水泥土墙的作用十分相似, 不过两者的施工工艺存在一定的差异。
2. 非重力式支护结构
钢筋混凝土板桩的缺点是施工的时候噪声大、振动大, 优点是挡水能力较强, 施工相对方便。钻孔灌注桩挡墙的缺点是桩间缝隙不利于挡水, 对以下的工程施工形成阻碍。优点是抗弯能力强、刚度大;钢板桩的缺点是柔性相对较大。施工时对附件土体的影响很大。优点是挡水能力较好, 软土地区打设方便, 打设之后就可以施工, 施工速度快;地下钢筋混凝土连续墙支护结构的缺点是投资比较大, 优点是挡水性能好、刚度大、抗弯能力强。
值得注意的是, 最简单的深基坑支护方式就是使用桩锚支护系统。这种系统主要使用灌注桩作为工程的挡土墙, 而桩间的距离则主要是依据边坡土质以及深基坑的深度等情况进行科学的计算之后得到。灌注桩的水平拉力主要由土层锚杆来提供, 其具体的计算方法就是使用等值梁法对土层锚杆和灌注桩进行合理科学的抗拉计算和抗弯计算。
四、深基坑边坡支护工程的安全管理措施
深基坑边坡支护工程的安全是非常重要的。在施工中, 需要在深基坑的一侧开挖一条斜坡状便道, 或者是先挖好留给操作工人上下的阶梯, 做好防滑措施, 并将防护栏杆设置在基坑周围。在多台机器同时开工的时候, 两台机器之间的距离要超过10 m, 不能够允许两台机器进行近距离施工。挖土的顺序应该是从上到下层层进行, 禁止逆坡挖土或者是先挖坡脚的泥土。在吊运土方的时候, 需要对绳索、起吊工具、吊斗等的可靠性、牢固度进行科学的检查和分析。吊斗的下方是不允许站人的, 为了避免坑壁坍塌的情况出现, 边坡与重物之间的距离应该进行适当的控制。土方堆放必须要在1 m之外的地方, 并且堆土的高度必须要小于1.5 m, 自卸汽车必须要在3 m之外的地方。
五、结语
边坡支护结构在很多工程中都发挥了重要的作用, 其对工程的顺利施工具有非常重要的影响。但是由于没有对施工场所进行细致的考察, 不注重边坡支护结构的选择, 也会对工程施工造成负面影响。因此, 为了确保边坡支护结构的性能, 施工人员应该在熟悉工程总体构架的基础上选择合适的边坡支护结构。只有这样, 才能够真正发挥边坡支护结构的强大功效, 才能对工程的顺利施工产生积极的影响。
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综合支护形式 篇6
骆驼场隧道进口里程为DK3+064, 出口里程为DK4+618, 全长1554 m, 为单线铁路隧道, 最大埋深约75 m。隧道位于陕北黄土高原梁峁区与毛乌素沙漠的接触地带, 地表植被不发育, 第四系黄土及沙覆盖层较薄, 厚度5~20 m。隧道出口端大约有160m位于风积沙中, 风积沙段开挖高度为9.86m, 最大开挖宽度为7.26m。骆驼场隧道风积沙段, 其风积沙不均匀系数很小, 表明级配差, 粒径介于0.5~0.25mm之间颗粒含量占94.5%, 沙中小于0.074mm的颗粒含量仅为1.5%以下, 粘聚力低、自稳能力差, 属Ⅵ级围岩。
支护参数: (1) 拱部157°范围内设Ф42双层超前导管:L=4m, 外插角45°的导管环向间距40cm, 外插角10°的导管环向间距40cm。墙部环向间距30cm, 外插角为10°。超前导管搭接长度不小于1m。纵向间距1环/1m。 (2) R25中空径向锚杆:L=3.5m, 间距0.8m×0.8m梅花形布置。 (3) I16钢架:间距0.5m/榀。 (4) Ф22锁脚锚杆:每榀钢架设置4根L=4m锚杆。
2 型钢与格栅的适应性分析
喷锚支护是当前隧道建设中采用最为广泛的形式之一。当隧道的围岩条件较差时, 初期支护内一般增设钢拱架或钢格栅以加强支护强度。《铁路隧道设计规范》中并未对二者进行区分, 并统称为钢架。但二者有着显著的差别。困此, 二者对风积沙隧道的适应性研究具有一定的实用价值和参考意义。
由于初始释放荷载 (20h内) 对二者的选取具有重要影响。为此, 本课题结合骆驼场隧道施工过程中的实测数据进行了分析;并以此结果对二者的选择依据进行了对比和验证。以便选择风积沙隧道合理的支护形式。
本论述以骆驼场隧道风积沙段DK4+560断面的监测数据为基础进行分析;分析内容包括钢拱架内力、初衬与围岩压力、初衬收敛及拱顶下沉量测。量测数据开始于2007年1月20日 (拱腰) , 6月8日 (拱脚) ;截止到2007年10月16日。
2.1 初始释放荷载分析
2.1.1 钢拱架内力实测数据
(1) 初期支护承受相当部分的压力荷载, 上导洞开挖后下导洞开挖前, 最大内力值约为6.38KN;其中拱腰处承受的荷载比拱脚处大。
(2) 作用在初期支护上的初始荷载不容忽视;拱腰处分担比例较大, 占总量22.41%;拱脚相对较小, 约占总量11.23%。见表1所示;
2.1.2 初衬与围岩间压力实测值
(1) 拱腰附近的初始荷载较大, 而且荷载释放较快占总压力的17.62% (见表2) ;
(2) 拱脚荷载释放比较缓慢, 其初始荷载仅占总量的9.44%。
2.1.3 拱顶下沉和收敛数据分析 (见表3)
(1) 收敛测值比拱顶下沉测值对初期变形更加敏感, 前者是后者的两倍;
(2) 初始荷载作用在初期支护而产生的初始收敛变形占累计变形的15.3%;
(3) 初始拱顶下沉占累计变形的7.8%;
(4) 隧道总拱顶下沉及收敛值偏大, 说明设计采用的I16型钢架刚度不足。
2.2 初始释放荷载规律
综合以上两组数据分析结果, 得到以下规律:
(1) 初期支护承担较大的初始释放荷载, 它能够有效约束围岩早期的快速变形;
(2) 两组数据反映出类似的规律;即不同的元件测出的初始荷载分担比例基本相同, 拱腰处为20%左右, 拱脚处10%;
(3) 拱腰的初始荷载分担比例大于拱脚;
(4) 拱腰处围岩压力初值略小, 但拱脚处正常;这是由点到面拱腰处不易施工和元件埋设, 介质相对松散, 发生较大的变形后才有明显测值;监测中这种现象较为普遍。
2.3 钢拱架和钢格栅支护分析
2.3.1 钢拱架与钢格栅作用
钢拱架支撑的截面大、刚度大、承受隧道开挖后的初期受力的能力强, 即能有效控制隧道开挖后的初期变形。但是, 由点到面其与混凝土的热膨胀系数不同, 温度变化时, 经常沿着钢拱架产生环向收缩裂缝。而且, 钢拱架背后的喷射混凝土很难充填密实, 这将影响支护效果。
钢格栅与混凝土接触面积大, 粘结效果好, 能够共同变形, 共同受力, 不会出现收缩裂缝。由于其拱架空隙大, 其后面不容易出现较大的空洞现象。而且其工程造价低, 经济性好。制作简单运输方便。但是, 抵抗初始变形能力弱, 整体刚度低。
2.3.2 两种支护形式承载力分析
采用等效作用模拟两种支护形式的承载力并对衬砌结构做如下简化:
(1) 不考虑锚杆作用;
(2) 计算模型为半衬砌结构;
(3) 荷载全部作用在简化结构上;
(4) 应力计算不考虑弯矩, 只考虑轴力;
考虑到围岩条件较差以及计算方便, 假设图中侧压力均布且为0.5q.隧道计算基本结构见图所示。
根据《结构设计原理》平面假设、弹性体假设、换算截面原理, 计算两种钢架和喷射混凝土组合结构有极限轴力Nmax。计算公式如下:
式中:δi为喷射砼在不同时间的极限应力;Ah为喷射混凝土结构的截面积;Ag为钢拱架或钢格栅的截面积;Eg为钢的弹性模量;Eh为喷射混凝土弹性模量。找到衬砌内最危险截面 (轴力最大) , 结合公式 (1) 计算相应的极限承载力。简化图形中的拱形为半圆形、半径等于导坑上台阶拱架半径。纵向长度1m。
通过计算并考虑到n=2的安全系数后, 两种支护情况下的上覆容许荷载, 在20h后钢拱架的极限荷载为0.115Mpa, 钢格栅为0.100Mpa而对骆驼场隧道拱架的实测值为0.08~0.12Mpa。
结论:
结合以上分析和骆驼场隧道拱顶下沉、收敛较大的情况, 并考虑一定的安全系数, 得出如下结论:
(1) 钢拱架支撑的截面大、刚度大、承受隧道开挖后的初期受力的能力强, 即能有效控制隧道开挖后的初期变形。因此, 钢拱架比钢格栅较为适应对风积沙隧道的支护。
(2) 原设计采用的I16型钢钢架刚度不足, 施工中将钢架变更为I20型钢。
3 超前锚杆支护效果分析及对策
3.1 原设计超前支护参数:
拱部157°范围内设Ф42双层超前导管:L=4m, 外插角45°的导管环向间距40cm, 外插角10°的导管环向间距40cm。墙部环向间距30cm, 外插角为10°。超前导管搭接长度不小于1m。纵向间距1环/1m。注单液浆。
3.2 超前锚杆支护效果分析
当上导坑掌子面越过大管棚支护范围 (DK4+611-DK4+581) 进入一般断面不足2m时 (DK4+579.5) 拱部左侧突然涌沙, 整个过程持续2min, 同里程地表塌陷形成了一个深1.5m, 横向5m, 纵向4m的一个坑。对掌子面进行封闭注浆加固后按原设计的超前支护参数继续进行开挖后, 在DK4+575和DK4+573处又连续发生两次较大的涌沙, 地面陷坑也随之加深并扩大。同时在进行中导坑施工时也出现拱背流沙现象。
3.3 原因分析
(1) 超前导管注单液浆对土体固结的效果不明显, 达不到在拱顶形成一个承载圈的目的。
(2) 由于注浆效果不明显, 拱部157°范围内外插角45°的Ф42超前导管在施做时反而对沙层起到了切割和扰动的作用。有时甚至直接导致流沙的发生。
(3) 拱部外插角10°的导管环向间距过大, 是造成少量流沙的主要原因。当有少量流沙产生时如不及时封堵易诱发大量涌沙产生。
(4) 边墙部位超前导管施作时对沙层的扰动和切割作用不会引起流沙的产生反而对提高注浆效果很有利。对防止拱背流沙可以起到很好的作用。
3.4 支护参数变更
通过对流沙产生的原因进行分析, 可以看出, 对于风积沙隧道施工来说, 超前导管很难通过注浆而在拱部形成一个环状体从而使导管和土体共同发挥作用以承受围岩压力。因此, 在对超前导管支护参数进行调整时应加强超前导管的棚架作用, 改变导管与土体共同作用的设计理念为突出导管主动防预的棚架作用, 即拱部双层超前导管改为密排单层小导管, 边墙单层超前导管改为双层小导管。变更后的具体参数为:
变更后超前支护参数:超前导管住单液水泥浆改注水泥-水玻璃双液浆, 以此来提高浆液固结强度及缩短固结时间, 从而来抑制流沙现象的发生;拱部超前支护全部采用外插角为5~10°、φ42 mm小导管, 长度为3.5 m, 环向间距中到中20 cm, 纵向间距1环/0.5m, 搭接长度不小于2 m, 边墙超前支护采用φ42 mm双层小导管 (45°、5~10°) 1环/1m, 环向间距不变。
在随后的上导坑开挖实践证明, 从DK4+573处开始采用变更后超前支护参数进行上导坑开挖时再没有发生拱顶流沙、涌沙现象, 拱背流沙的现象也明显减少。确保了风积段隧道施工安全。为隧道施工的顺利进行发挥了很好的作用。
4 风积沙地层的锚杆作用效果分析
20世纪初, 美国创造了矿山巷道的错杆支护方法。到1940年前后, 在世界各地的隧道施工开始流行。并在实践中不断发展, 像锚网、锚网喷、锚带网、锚注等, 较为先进的支护技术已被广泛采用。
4.1 锚杆支护作用原理
4.1.1 挤压加固作用
如将锚杆沿隧道拱部周边按一定间距径向排列, 在预应力作用下, 每根锚杆都形成以锚头和紧固部分为顶点的锥形体压缩区, 每根锚杆周围形成的锥形体压缩区, 彼此重叠联接, 便在围岩中形成一个均匀连续压缩带, 这就是挤压加固拱或称为次承载区, 压缩带厚度随着锚杆长度、环向间距缩小、锚杆端部约束加强以及岩体强度的提高而变厚, 同时承载力提高。它不仅能保持自身的稳定, 而且能够承受地压, 防止上部围岩的松动和变形。为了在围岩中形成一定厚度的挤压加固拱, 一般情况下, 锚杆长度应大于两倍锚杆间距, 预应力作用在于, 一方面增大了岩体的粘结力, 提高了岩体强度。另一方面, 通过锚头和垫板对围岩产生的压应力, 改善了围岩的应力状态, 从而使岩体强度提高。
4.1.2 组合作用
隧道拱部以上围岩的层状顶板在荷载的作用下, 将发生较大的弯曲变形和层间错动, 若用锚杆穿过并把它们紧固, 各层之间便相互挤压, 层间摩擦阻力增加, 在外荷载作用下, 层间不再发生离层错动, 抗弯抗剪强度增强, 这样大大提高了围岩的承载能力, 锚杆本身还起到抗剪销钉的作用, 能更加有效地阻止岩层的层间错动。
4.1.3 悬吊作用
锚杆支护的悬作用表现在用锚杆将软弱岩层或危岩悬吊于完整坚固的岩体上, 由锚杆承担软岩或危岩的重量, 以达到稳定拱部的作用。
锚杆支护作用并非各个独立, 一般是同时并存综合作用, 只是在不同地质条件下某种作用占主导地位。
4.2 锚杆在风积沙隧道中的作用与支护效果分析
锚杆支护和以锚杆支护为主的组合或联合支护, 设计理论尚不成熟, 由于风积沙颗粒不均匀系数小、粘力小、自稳能力差, 在进行锚杆参数确定时通常采用的钢筋抗拉能力与水泥浆粘结力相等的等强原则对于风积地层并不适用。锚杆的紧固力很小无法形成以锚头和紧固部分为顶点的锥形体压缩区或者作用非常有限。这样在拱部120度范围内将无法形成次承载区。
由于风积沙结构松散、自稳能力差锚杆的组合作用及悬吊作用也将无法发挥。
实际在进行风积沙径向锚杆施工时, 由于钻孔作业对拱部沙层的扰动, 还经常诱发拱部出现流沙或漏沙, 严重时甚至造成拱部出现大量涌沙, 造成隧道拱部以上出现部分空洞, 在随后的施工中不得不进行注浆处理。
综合以上分析表明:
(1) 锚杆在风积沙地层中对围岩的挤压加固作用有限, 不能在围岩中行成次承载区;
(2) 锚杆在风积沙层中无法发挥其组合及悬吊作用;
(3) 锚杆施工还是在拱部120度范围内引起流沙的诱因。
5 结束语
(1) 通过对型钢钢架与格栅钢架的比较分析, 得出钢拱架支撑的截面大、刚度大、承受隧道开挖后的初期受力的能力强, 即能有效控制隧道开挖后的初期变形。并有利于隧道围岩稳定, 因此在骆驼场隧道风积沙地层 (IV级) 围岩施工是适用的。
(2) 对于风积沙隧道施工来说, 超前导管很难通过注浆而在拱部形成一个环状体从而使导管和土体共同发挥作用以承受围岩压力。因此, 在对超前导管支护参数进行设计时应突出超前导管的棚架作用。
(3) 通过对锚杆在风积沙地层中的作用效果分析, 得出锚杆在风积沙地层中对围岩的挤压加固作用有限, 不能在围岩中行成次承载区;锚杆在风积沙层中无法发挥其组合及悬吊作用。
摘要:通过对骆驼场隧道风积段隧道合理支护形式及参数的研究, 及时有效地指导隧道施工, 确保了隧道施工安全顺利地进行, 也为风积沙地质条件下的隧道施工提供了可借鉴的宝贵经验。
关键词:风积沙,支护参数,隧道
参考文献
[1]TB10204-2002[S].铁路隧道施工规范.
[2]赵国堂.任天贵锚喷网支护参数的合理确定[J].北京科技大学学报, 1994.05.
综合支护形式 篇7
近年来,随着高层建筑的不断增加,基坑深度也随着增加,但是开挖深度较大的深基坑采用土钉支护时造价大,其基坑稳定性也不好,因此对于较大深度的深基坑应采用复合土钉支护形式可以达到安全经济合理的要求。笔者结合工程实际经验,提出在黄土地区中常用的复合土钉支护形式(钉-锚复合形式),该支护体系具有安全可靠、造价低、工期短的特点,很有研究价值。
1 黄土地区复合土钉支护形式的选取
常用复合土钉支护的形式有3种基本形式:土钉+预应力锚杆、土钉+微型钢管桩、土钉+搅拌桩(止水帷幕)。土钉+微型钢管桩适用于土质松散、自立性较差的地层情况,土钉+搅拌桩适用于软土及地下水位较浅的地层情况,搅拌桩能起到很好的止水隔水作用。对于黄土地区,地下水位较深,黄土直立性较好,不适宜采用土钉+微型钢管桩和土钉+搅拌桩(止水帷幕)的支护形式,因为黄土具有大孔隙、垂直节理发育等性质,在注浆时,土钉和锚杆的浆液会沿着孔隙和节理扩散,能很好增强锚固体与土体之间的黏结力[3],所以钉锚复合支护形式在黄土地区是非常适用的。
2 土钉支护的作用机理
土体的抗剪强度较低,抗拉强度几乎可以忽略,但土体具有一定的结构整体性,当开挖基坑时,土体存在使边坡保持直立的临界高度,当超过这一深度或者地面超载及其他因素作用下,将发生突发性的整体破坏,土钉支护则是在土钉内放置一定长度和密度的土钉,使土钉与土共同工作,能大大提高原状土的强度和刚度,改变土坡的变形与破坏形态,显著提高土坡的整体稳定性。
1)土钉置入现场土体后,如果土体不变形,土钉就不会受力。土钉强度的发挥是以土体变形为代价的,而变形的积累发展过程实质上就是强度削弱和破坏发生的过程。
2)土钉内的拉力分布是不均匀的,一般呈枣核形,即两头小,中间大的形状,最大拉力部位一般发生在最可能的失稳破坏面上,土体产生微小变形才能使土钉受力,在面板附近土钉受力不大,这表明土钉已将其所受的大部分力传递到土体中了,土钉位置越往下土钉最大受力点越往面板处移。
3)不同深度位置上的土钉,其受到的最大拉力也有差别,在基坑的中部土钉所受拉力的最大,上、下部的所受拉力较小。
4)土钉支护的水平位移在支护顶面处最大,随开挖深度的增加而逐渐减小。
3 钉-锚复合支护形式的分析计算
钉-锚复合支护形式仍为土钉支护的一种,它是在土钉支护的基础上,更换或增加一定数量的预应力锚杆以减少基坑位移量,增加基坑的稳定性。在分析计算时,对于土层锚杆的预加轴力对基坑整体稳定性作用问题,笔者采用极限平衡法,将土层的锚杆的预加轴力作为抗滑力作用于滑动体上,使之发挥增大抗滑力矩的作用,见图1。
稳定性安全系数:
式中,Wi,Qi为作用于土条i的自重和地面荷载;ai为土条i圆弧破坏面切线与水平面的夹角;TRK为破坏面上第k排土钉的最大抗力;Sh为土钉的水平间距;βk为破坏面上第k排土钉轴线与该处破坏面边线之间额夹角,所处的地层为第j层;φj,cj为土条i圆弧破坏面所处第j层土的内摩擦角和粘聚力;Δi为土条i的宽度;Tmi为第i排土层锚杆的预拉轴力;bi第i排土层锚杆的轴线到转动圆心O的垂直距离。
4 钉-锚复合支护形式在深基坑中的应用
西安某工程基坑开挖面积约2万m2,基坑开挖深度10.95~11.73 m,基坑支护设计参数见表1。
本基坑支护主要采用土钉与预应力锚杆相结合的方案,根据开挖深度共设7排支护,其中第三排为锚杆支护,其余为土钉支护。土钉竖向和水平间距均为1.5 m,倾角为15°,土钉的钻孔直径为120 mm,采用Φ18 mm的钢筋。锚杆总长12 m,锚固段长为9 m,采用Φ25 mm的钢筋,预拉轴力35 k N,该支护的计算结果见表2。
该工程若采用全土钉支护(12 m锚杆换成9 m土钉),计算的内部整体稳定性安全系数为1.141,不能满足稳定性要求,而继续增加土钉的长度和密度对基坑的整体稳定性系数影响不大,若采用护坡桩支护,工程造价太大,不经济。所以采用钉—锚复合土钉支护不仅达到了安全可靠的要求,而且还符合经济合理的要求。
5 结束语
1)钉-锚复合土钉支护施工工艺简单,具有安全可靠、造价低、工期短的特点,在深基坑支护中得到广泛地应用,特别是在黄土地区能取得很好的支护效果。
2)在基坑整体稳定性分析时,把锚杆的预加轴力作为抗滑力作用于滑动体上,使之发挥增大抗滑力矩的作用,由此来考虑锚杆的作用。
3)对于钉-锚复合土钉支护形式,由于理论研究还落后于工程实践,在实际工程中应加强基坑变形监测,实时关注基坑变形态,确保基坑安全。
摘要:对钉-锚复合土钉支护形式在黄土地区的应用作分析,研究锚杆对基坑整体稳定性的影响,并结合工程实际,得出了钉-锚复合土钉支护形式在黄土地区深基坑支护工程中可以取得良好的效果的结论。
关键词:黄土,土钉,预应力锚杆
参考文献
[1]闫莫明.岩土锚固技术[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2]程良奎.岩土锚固.土钉.喷射混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,2008
综合支护形式 篇8
关键词:边坡,方案选择,支护形式,加固设计
1 工程概况
长沙市某安置小区边坡为开挖原始平缓山坡而形成的人工高陡边坡,边坡高度为12.0 m~13.0 m,边坡东西向长约130 m,南北向长约290 m。开挖后形成的边坡坡度约为80°。边坡形成后出现了局部垮塌等不安全迹象,故决定对该边坡进行永久性加固治理。
2 工程地质条件
据钻探揭露,边坡需加固场地主要地层为素填土、粉质黏土、黏土、强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩等。区域范围内所分布的土层及其力学性质如表1所示。
3 边坡加固方案选择与设计
边坡加固支护的方案较多,如放坡、护壁桩、锚杆、喷锚等。各种方案都有其优点和局限性,因此,选择合理的方案是保证边坡支护工程质量的关键。本次边坡加固设计在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上,参照过去已成功的设计及施工经验[1,2,3,5,6],在综合考虑多方面因素后,采用边坡支护设计软件对多种方案进行了计算分析、论证与优化,最后确定采用以下设计方案。
1)边坡的北侧及西南侧的北段,由于边坡顶标高距开挖底面标高10m多,考虑到边坡的土质情况,为确保该处边坡稳定,设计采用土钉+土层锚杆间隔设置的支护形式。其具体设计参数如图1和表2,表3所示。
2)边坡的南段由于边坡顶标高距开挖底面标高6m,设计采用土钉支护。其具体设计参数如图2,表4所示。
4 边坡加固注意事项
1)土钉、锚杆的成孔深度、孔径、倾角要求按施工参数表,施工允许偏差应在规范的允许范围内。
2)采用普硅R32.5水泥,水泥砂浆标号为M20,砂浆配合比按室内配合比试验结果确定,注浆应饱满。锚杆内注浆前应清孔干净,不得留有残渣。
3)当土钉、锚杆施工完毕后,锚固体强度达到设计强度等级的75%时,应进行验收试验,试验数量按规范要求。
4)喷射混凝土喷射厚度为100 mm,混凝土标号为C20细石混凝土,混凝土配合比按室内试验结果确定。网筋为Υ6@250×250,交点绑扎,骨架筋Υ16@1 600×1 600,拉杆弯头与骨架焊接,拉杆弯头长L≥200 mm。
5)锚杆施加预加力均为锚杆设计承载力的40%,分两次张拉,第一次张拉总预加力的60%,第二次张拉总预加力的40%,锚固体强度须达到设计强度的70%后方可进行张拉。
6)在边坡顶、底修筑排水沟,尺寸300×300,排水沟用M10水泥砂浆抹面,厚度不小于10 mm。坡面设置一定数量的泄水孔,纵向孔距和横向孔距都为3.00 m,采用50 PVC管,长度不小于400 mm,呈梅花形布置。
5结语
在对某安置小区边坡现场实际情况进行调查分析的基础上,综合考虑多方面因素对该边坡采用了分段多种加固支护形式施工,加固施工期间的监测资料和后续监测资料结果表明边坡变形在规范允许范围内。因此,该方案的选择是合理的。该边坡的成功施工,对长沙地区类似边坡的加固支护设计具有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]程良奎.喷射混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,1990.
[2]王焕义.锚喷支护[M].北京:煤炭工业出版社,1989.
[3]曾宪明,黄久松.土钉支护设计与施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[4]钱小强,邓军.边坡加固的优化设计研究[J].山西建筑,2007,33(35):133-135.
[5]莫赐国.土钉与挡土墙复合技术在公路边坡加固中的应用[J].探矿工程,2003(2):18-19.