欢迎来到读根文库! | 帮助中心 读根网——高品质阅读,高比例分成!
读根文库
全部分类
  • 商业/管理/人力资源 >
    商业计划书 战略管理 宣传企划
    商业/管理/人力资源
    商业计划书 战略管理 宣传企划 市场营销 调研分析 资本运营 招商加盟 合同协议 企业管理 运营策略 财务报表 商务礼仪 人事管理 咨询培训 求职简历 励志创业 其它文档
  • 办公/PPT/报告 >
    文书大全 规章制度 活动策划
    办公/PPT/报告
    文书大全 规章制度 活动策划 模板/表格 心得体会 报告/汇报 书籍图册 PPT模板素材 应用教程 计划/总结 传真信函 会议纪要 指南/手册 通知/申请 演讲致辞 论文研究 经验/事迹 节日/庆典 其它办公资料
  • 行业/专业资料 >
    环境/食品 法制法律 交通运输
    行业/专业资料
    环境/食品 法制法律 交通运输 能源/化工 酒店餐饮 电子/电路 军事/政治 农林牧渔 娱乐旅游 医药卫生 机械/仪表 城乡/规划 快递物流 生活用品 美容美发 IT/计算机 广告/传媒 矿山/地质 冶金钢铁 造纸印刷 服务/保险 电力/水利 纺织/轻工业 航天/船舶 设计/艺术 考古风水 音乐舞蹈 金融/证券 党政机关 文化/宗教 哲学/历史 自然科学 综合/其它
  • 认证/证书/考试 >
    成考自考 教师考试 国家司法
    认证/证书/考试
    成考自考 教师考试 国家司法 工程类考试 公务员 专升本 财会类考试 医药学类考试 律师资格 职业资格 人力资源管理师 MBA/MPA 出国培训 技工类职业技能 金融证券业 计算机考试 建筑师考试 建造师考试 消防工程师 继续教育 其它考试
  • 教育/教学专区 >
    幼儿教育 小学教育 中学教育
    教育/教学专区
    幼儿教育 小学教育 中学教育 高等教育 考试试卷 小升初 职业教育 作文作品 研究生课件 备课教案 中考 高考 教学研究 课程设计 外文翻译 开题报告 毕业设计 辅导培训 实验设计 其它教学资料
  • 换一换
    首页 读根文库 > 资源分类 > PDF文档下载
     

    松散型围岩化学灌浆固结技术在TBM施工中的应用

    • 资源ID:3489       资源大小:275.39KB        全文页数:4页
    • 资源格式: PDF        下载权限:游客/注册会员/VIP会员    下载费用:5读币 【人民币5元】
    快捷注册下载 游客一键下载
    会员登录下载
    三方登录下载: 微信快捷登录 QQ登录   微博登录  
    下载资源需要5读币 【人民币5元】
    邮箱/手机:
    温馨提示:
    支付成功后,系统会自动生成账号(用户名和密码都是您填写的邮箱或者手机号),方便下次登录下载和查询订单;
    支付方式: 微信支付    支付宝   
    验证码:   换一换

    加入VIP,免费下载
     
    友情提示
    2、PDF文件下载后,可能会被浏览器默认打开,此种情况可以点击浏览器菜单,保存网页到桌面,既可以正常下载了。
    3、本站不支持迅雷下载,请使用电脑自带的IE浏览器,或者360浏览器、谷歌浏览器下载即可。
    4、本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   

    松散型围岩化学灌浆固结技术在TBM施工中的应用

    2017年第2期 水利规划与设计 设计施工 DOI10.3969/j.issn.16722469.2017.02.044 松散型围岩化学灌浆固结技术在TBM施工中的应用 马俊彬 辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳110015 摘要文章基于大伙房水库输水工程六河标段的工程实例,通过数值模型计算以及实际工程效果,证明聚氨酯化 学灌浆固结技术对提高松散型围岩的力学性能具有显著作用,结论对该技术的推广应用具有重要理论和实际 价值。 关键词TBM施工;松散型围岩;化学灌浆 中图分类号TV543.2 文献标识码B 文章编号1672-2469201702015004 双护盾TBM已经广泛应用于隧工开挖施工, 并取得了良好的施工效果和经济效益。在长大埋深 的隧洞开挖过程中,一旦遇到断层破碎地段,极易 由于施工扰动造成岩石的松动与坍塌。这不仅会给 洞室的稳定性造成极大影响,同时岩石松动与坍塌 产生的松动压力也将直接作用于TBM的刀盘与护 盾,从而影响施工的正常进行。化学灌浆固结处理 可以有效改善松散岩层的力学性能,增强岩体本身 的强度与刚度,提高自身的承载力,以保证TBM 的顺利通过。 1 工程概况 1.1项目简介 大伙房水库输水工程是我国南水北调项目的支 持工程,同时也是辽宁省“十五”和“十一五”规划 的重点供水工程项目。项目的建成可以有效缓解 辽宁省中部工业发达地区核心城市的工业与生活用 水问题。这一超大型跨流域调水工程的起点为辽宁 省凤呜水库,终点为大伙房水库。其中输水隧洞全 长85.3km,项目设计输水流量为70m3/s,年平均 输水量约为17亿m3,工程预算总投资为52.2亿 元。该工程为国内乃至世界第一长输水隧洞,沿线 地质条件复杂多变,施工难度较大‘21。 1.2六河标段的地质环境 大伙房输水工程的六河标段地质构造异常复 杂。该标段具有明显的断裂构造发育,主要表现为 元古代与中生代脆性断层,而绝大多数断裂构造又 历经多次构造运动的改造,而呈现出断承性与复合 1 50 性特征。据工程设计阶段的地质勘查资料,共有 F,,和F。。两条压扭型中型断层穿越主洞线。由于强 烈的构造应力作用,不仅在两条断层间形成与之基 本平行的背斜构造,同时还在其问孕育了数量众 多、规模较小、性质不同的次级构造断层。隧洞沿 线地层的岩性比较古老,主要由远古代砂质板岩、 泥质板岩以及石英砂岩组成。由于隧洞的洞线穿越 六河河谷,该河的年平均径流量大约为1.9亿m3。 受到地质构造的影响,六河标段的水文地质条件也 十分复杂。地下水与地表水相互作用、联系密切, 在施工过程中曾经多次发生涌沙、涌水现象,对洞 体的稳定极为不利。 2松散性围岩化学灌浆固结技术的适用性 2.1松散性软岩对TBM施工的影响 大伙房输水工程的六河标段隧洞区的岩层十 分古老,同时又在各个地质时期受到多次构造运 动的不同作用,产生了数量众多的大小裂隙断层, 因此岩体极为破碎。按照我国相关的工程技术标 准,该标段已经实际开挖部分的围岩属于Ⅲ类的 占6%、属于Ⅳ类的为72%、属于V类的为 22%。在实际开挖过程中共遭遇断层21个,累计 厚度为413m,这一数值几乎是全部已开挖长度 的13%。 该标段的岩层中的泥质板岩和砂质板岩等属于 变质岩,但是存在变质不彻底和变质较轻的情况。 收稿日期20151223 作者简介马俊彬1986年一,男,工程师。 万方数据 设计施工 水利规划与设计 2017年第2期 因此经过岩层裂隙水的长期作用,部分岩层出现了 明显的软化现象。地层中的石英岩由于岩性较脆, 因此在长期构造作用下,产生了十分密集的裂隙。 此外,在该标段的岩层中还经常出现一些糜棱岩, 这些含水量较高的岩体在开挖过程中极易坍塌,造 成大量的岩碴涌入TBM的机头和出碴槽。一旦出 现上述情况,就必须长时间停机进行人工清碴,严 重影响了TBM工作效率的发挥。总之,要保证施 工的顺利、正常进行,必须要采取技术措施对松散 围岩快速加固。 2.2 聚氨酯化学灌浆固结技术的优势 为了消除六河标段松散围岩对施工造成的不 利影响,在施工中拟利用聚氨酯化学灌浆加固 技术。 聚氨酯是近年来用于围岩加固的一种新型化学 材料“。。这种材料水溶性良好,在水溶之后可以形 成一种弹性固体,其伸长率可达120%至150%。 聚氨酯的混合溶剂在遇水之后可以迅速分散、乳化 并凝固,其凝固时间与施工环境的多种因素以及具 体配方有关。在六河标段对隧洞的松散岩层进行的 试验显示,其凝固时间为50s左右。 聚氨酯混合溶剂可以将周围比较松散岩体予以 有效包裹,并随着其快速凝固而形成具有一定强度 和厚度的固结岩层H1。灌浆施工开始前,工程技术 人员在施工现场的松散岩层中进行了一次简易试 验。待岩层固化完毕后,取下了一块直径约25cm 的固结岩块,不借助其他工具,一个成年人并不能 将其掰裂。试验显示,原来粒径在15mm以下的松 散岩粒,经过聚氨酯化学灌浆固结之后,可以形成 最小粒径在12cm以上的较大岩体。因此这种化学 灌浆加固技术能够明显提升松散岩层的强度,有效 防止围岩的坍塌。 聚氨酯化学灌浆技术不仅可以迅速固结松散围 岩,同时还有优良的遇水膨胀特性。通过聚氨酯化 学灌浆技术处理,能够迅速形成厚达几米的固结岩 体防水墙,有效减小TBM机头的涌水。因此,该 技术具有加固与止水的双重功能,将其用于大伙房 输水工程的六河标段松散围岩加固无疑是适合的。 3 聚氨酯化学灌浆固结技术的数值模拟计算 3.1 数值计算模型的建立与参数设计 3.1.1 计算模型 根据工程实际,数值模型的尺寸设计为40m 40m1m,隧洞埋深为150m,直径为3.65m,几 何模型的简图如图1所示。 1. 璺Q些 .1 图1数值计算模型简图 3.1.2 屈服准则与边界条件 在模拟计算过程中采用DruckerPrager弹塑 性材料模拟经过聚氨酯化学灌浆处理后的围岩,利 用ANSYS线弹性材料模拟TBM护盾的力学特 性“1。根据具体施工过程中的隧洞情况,假定计算 模型上部仅考虑由于岩层重力作用而产生的初应力 效应,因此设计为岩层自重产生的均布荷载,计算 模型的两侧均为限制水平移动的可滑动支承,而底 部则为固定支座。 3.1.3 加固后的围岩力学参数 根据工程实际,在模拟计算中采用如表1所示 的力学参数。 表1隧洞围岩加固力学参数 重度 弹性模量 泊松比 粘聚力 内摩擦角 单轴抗压 项目 强度 KN/m3 GPa 仙 MPa o MPa 围岩 24.5 3.O 0.3 0.65 28 4.1 护盾 77.5 205 0.24 3.1.4 网格剖分 利用ANSYSl0.0软件进行网格自动剖分,基 于编好的数据文件,加入模型参数和边界条件可 以自动生成数值模型。数值模型均选择平面应变 特性,共剖分为5421个单元,18535个网格 节点。 3.2计算结果及分析 按照上述数值模型进行计算,其结果显示经过 聚氨酯化学灌浆处理后的围岩应力明显改善。隧洞 两侧的局部区域第一主应力较大,其最大值为 2.33MPa,其他区域均在2.00MPa以内。拉应力出 现在洞壁表面,其最大值为一0.012MPa。 151 rIIIIl酬割]IIL 万方数据 2017年第2期 水利规划与设计 设计施工 从计算结果来看,护盾两侧区域所受的压应力 较大,最大压力为0.003MPa。拉应力出现在护盾 的顶底内表面,其最大值为一0.002MPa,上述数 值对厚度达50mm的护盾来说,应该是微不足道, 对护盾本身不会产生任何危害。 对计算结果的分析可以看出,经过聚氨酯化学 灌浆加固之后,隧洞周围的松散围岩稳定性可以得 到显著提高,在短期内可以承担全部的围岩压力, 几乎可以完全消除松散围岩对TBM护盾的压力。 所以,在不考虑其它因素的前提下,聚氨酯化学灌 浆固化松散围岩技术,对该工段的断层破碎带具有 明显效果,可以极大改善TBM施工环境和施工 条件。 3.3化学灌浆固结层厚度的确定 当施工面前方的断层破碎带具有较大范围时, 显然并不能也不需要将全部破碎带进行灌浆加固。 如果加固的厚度过大,不仅不利于施工成本控制, 同时也不利于提高施工效率。如果加固厚度过小, 又难以起到应有的作用。合理确定灌浆固结厚度是 聚氨酯化学灌浆施工中的重要问题。 由于经过化学灌浆处理的围岩可以形成比较 稳定的结构,其内聚力、内摩擦角以及抗压强度 均有明显提高,因此可以将固结后的围岩视为满 足HoekBrown强度准则的岩体。所以,可以根据 公式1计算灌浆处理之后的最大塑性半径,再 减去TBM开挖半径,即可得到固化层的合理 厚度。 R。。。。oexp {一fPoN监105了i l Po州荨J 志等05石元【荨J 1 其中r0为隧洞的开挖半径,取1.83m;m。、S, 为固结围岩的材料常数,取m。为1.230,s。为 0.00291;叮。,为单轴抗压强度,取4.0MPa;P。为 固结前的原岩应力值N为支护压力折减系数。 在计算过程中可以依据数值模型试验与地质调 查结果,将灌浆前后的最大主应力差作为Po-N的 值,将上述与围岩相关的参数代人公式计算得出 R。。,的值为6.34m。因此,化学灌浆固结层的合理 厚度B6.341.834.51in。但是考虑到工程地 质环境比较复杂,在施工过程中可能会遇到某些不 可预知的因素,因此将实际施工中的围岩合理厚度 152 值确定为5.0m。 4 围岩化学灌浆的施工与效果分析 4.1化学灌浆的施工工艺 在化学灌浆开始之前,应先将直径12ram,长 2.5m带有小侧孔的钢管插入岩体之中。在距TBM 开挖掌子面515m的位置,利用化学灌浆的专用 灌浆机将黑、白两种聚氨酯水溶剂利用两条不同的 管路进行输送,并在两个管路的出口分别安装压力 表,以实时显示输出压力。每一个输送管路均与口 径为14mm的灌浆专用软管相连,并将聚氨酯溶剂 输送人灌浆孔口的混合装置。而后经由预先插入围 岩的钢管进行灌浆作业。具体的施工参数如表2所 示,灌浆施工示意图如图3所示。 表2化学灌浆施工参数 项目 输送距离 灌浆压力 灌浆速率 固结时间 固结率 指标 15~25m 0.5~1.4MPa 15kg/min 50s 100% 图2灌浆施工示意图 4.2工程效果 首先,在施工掌子面进行化学灌浆处理之后, 地下水的涌出量减少了60%左右,地下水对TBM 设备的影响得到了有效控制。其次,隧洞围岩经过 化学灌浆处理之后,使原本松散的岩石层变为体积 较大的固结岩石,掌子面的坍塌问题得到了根本遏 制,人工清渣的强度与工作量也大为减少。最后, 在经过化学灌浆处理后,原本松散的岩体可以为 TBM的支撑靴提供足够的支撑力,因此在后续施 工中TBM设备可以顺利通过所有地质不良地段。 总之,聚氨酯化学灌浆技术的使用,有效改善了 TBM施工环境,达到了模拟设想要求。 5 结语 通过数值模型计算与实际工程验证,聚氨酯 化学灌浆技术的应用可以极大改善松散围岩的力 学特征。灌浆固结后,地下水涌出量明显减少, 万方数据 设计施工 水利规划与设计 2017年第2期 施工掌子面坍塌问题得到了有效遏制,为TBM施 工提供了良好的工作环境。但是聚氨酯属于易燃 材料,同时燃烧过程中还会释放有毒有害气体, 因此施工过程中必须要注意施工区域的防火和通 风工作。此外,在施工过程中,会有部分聚氨酯 随水流进入自然环境,从而造成一定的环境污染, 今后还有必要在这方面进行深入的理论和实践 研究。 参考文献 [1]李瑞,姜政同,丁子栋.大伙房水库输水应急人连工程建设综 述[J].水利建设与管理,2012S112. [2]毛文莉.TBM在大伙房水库输水工程隧洞施工中的应用[J]. 水利建设与管理,2010094512. [3]马哲,庞浩,杨元龙,徐宇亮.化学灌浆材料的研究进展综述 j],广州化学,201401913. [4]刘广建,陈冲冲,陈国富.新型聚氨酯灌浆材料的研制[J].塑 料,2012043839105. [5]高勤生,赵鹏涛,崔团峰.新型化学灌浆技术在TBM围岩加固 中的应用[J].人民黄河,201006137-138141. [6]杨建明.新疆达坂隧洞不良地质洞段TBM施工新型化学灌浆技 术应用[J].水利规划与设计,200901575860. [7]秦菡.TBM超前化学固结灌浆在引红济石工程中的应用[J]. 陕西水利,2012068384. [8]刘建春.引红济石调水工程TBM脱困超前固结化学灌浆施工技 术初探[J].陕西水利,2013018182. 零祭零零秘零祭秘秘秘琴秘撰零秘撰祭零零祭撰零零零琴秘祭零祭零撰鹕零零祭廖秘零a孓零零秘祭秘秘祭零零荟鱼 上接第129页达90d;2015年7月中旬,库水位 达到582.10m,接近50年一遇设计洪水位 582.23m,坝体、坝肩等均未出现渗漏问题,渗漏 水量也为零,表明坝体渗漏问题得到有效处理,坝 体涂赛柏斯防水层防渗效果良好。 5 结论 小竿岭水库大坝由于地形地质条件较复杂、间 断施工、施工质量监控不到位、资金和技术力量限 制等原因,加上20余年的运行,存在防渗层未封 闭、坝体渗漏、坝顶贯穿性裂缝、上下游坝面拉应 力超标等问题,大坝坝体稳定性、结构强度和砌石 中充填材料胶结性能等,均受到不断增强渗水压力 的破坏。为了确保水库渗水处理方案具有较高的科 学性、匹配性和可实施性,有效提高大坝运行的安 全可靠性,在除险加固设计阶段对水库大坝的坝顶 高程、坝体防渗方案、加固后坝体结构应力及抗滑 稳定性等进行了安全复核。 1现状坝顶高程583.50m,满足500年一遇 校核洪水标准。大坝背水面有较多游离钙析出, 554.Om高程以下坝面潮湿,有一定程度的渗漏。 右坝肩混凝土与基岩结合部位透水率较大,坝上游 568.0m高程上下层防渗面板未封闭,存在渗漏 通道。 2坝体加固后,在4种荷载组合工况下,主 压应力均未超过规范要求的6.38MPa基本工况和 7.45MPa特殊工况的允许值;最大拉应力 1.58MPa,虽超过坝体材料容许拉应力1.2MPa, 但由于超标不算大,分析认为大坝应力状态基本正 常,整体结构稳定性较好。 3左、右岸拱座抗滑稳定,其基本组合和特 殊组合的安全系数复核指标,均大于规范规定的 [3.0]和[2.5]允许值,满足规范要求 4优选防渗效果较好,施工简单,对大坝 不会产生新破坏的“上游坝面涂赛柏斯防水层” 为主的补强防渗方案。通过赛柏斯结晶防水材 料沿渗透水向内层反应发展,以堵塞细小的渗 漏通道,有效增强坝体密实度和砌筑石材间的 胶结强度。检测结果表明3个试验段,补强灌 浆防渗合格率100%,并历经多次高水位蓄水运 行考验,渗漏水量为零,坝体渗漏问题得到有 效处理。 参考文献 [1]陈正茂,卓淳.白云江拱坝加固方案结构稳定分析[J].水利规 划与设计,20110231-33. [2]张季平.双曲砌石拱坝坝体密实性不足的补强灌浆处理[J].中 国水能及电气化,2013091619. [3]王贵明.平桥砌石拱坝防渗加固设计研究[J].水利技术监督, 2015,230271-73. [4]代彬,陈章淼,鱼洞坝水利工程坝体应力及坝肩稳定分析[J]. 2013125051,60. [5]燕荷叶.混凝土拱坝应力分析的有限元方法探讨[J].水电能源 科学,2012,30077679. [6]郑绍敦,卓淳.源口水库拱坝加固设计抗滑稳定分析[J].水利 规划与设计,20080138-40. 153万方数据

    注意事项

    本文(松散型围岩化学灌浆固结技术在TBM施工中的应用)为本站会员(張先生)主动上传,读根文库仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知读根文库(发送邮件至31839300@qq.com或直接QQ联系客服),我们立即给予删除!

    温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。




    关于我们 - 网站申明 - 版权申明 - 加入我们 - 联系我们 - 网站地图
    手机版 | 渝ICP备18015788号-2 | 读根文库QQ群:16361004
    ©2018-2019 by Neipa Studio. All Rights Reserved.

     


    收起
    展开