盾构施工煤矿斜井涌水量预测与衬砌泄水压问题研究

发布时间：2017-08-30 13:02

  本文关键词：盾构施工煤矿斜井涌水量预测与衬砌泄水压问题研究

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【摘要】：随着国民经济的迅速发展,煤炭能源消耗持续增长,许多煤矿已经进入深部开采。在富水高压区域修建煤矿斜井时,如何对斜井涌水量进行预测,以及对高水压荷载进行泄压,成为斜井设计和施工过程中亟需解决的问题。本文以新街台阁庙矿区盾构施工煤矿斜井工程为依托,在分析现有成果的基础上,基于流-固耦合作用机理,通过使用FLAC3D有限差分软件,对斜井采用不同的防排水型式下渗流力学特征和涌水量进行研究,并分析了不同泄水式管片参数对涌水量和衬砌水压的影响。本文的主要研究内容及成果如下：(1)广泛调研国内外盾构施工斜井(隧道)资料,并结合该工程实际情况,总结出适合该工程的涌水量预测方法、衬砌抗水压方法和防排水型式。(2)对斜井浅埋段采用全封堵和堵水限排的防排水型式下盾构掘进施工进行了流-固耦合数值模拟,探明了渗流场、斜井涌水量、衬砌背后水压力、衬砌应力和位移随掘进长度的变化规律,提出了适合浅埋段的防排水型式。(3)对斜井深埋段高水压环境下采用泄水式管片进行了流-固耦合数值模拟,研究了不同泄水孔数量、不同泄水孔位置以及不同注浆圈渗透系数下涌水量、衬砌水压、衬砌应力和位移,探明了涌水量与衬砌水压的具体变化关系,并给出了适合本工程的泄水孔设计参数最优解。
【关键词】：煤矿斜井 盾构法 涌水量 衬砌水压 泄水式管片
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD742
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 隧道(斜井)防排水模式研究12-13
• 1.2.2 涌水量预测方法研究13-14
• 1.2.3 隧道衬砌水压力研究14-15
• 1.3 研究内容与技术路线15-17
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 第2章 盾构施工煤矿斜井涌水量预测与衬砌抗水压方法17-29
• 2.1 盾构(TBM)施工斜井应用现状研究17-20
• 2.1.1 盾构(TBM)工作原理17-18
• 2.1.2 盾构(TBM)施工主要优点18-19
• 2.1.3 双模式盾构施工优点19-20
• 2.2 富水煤矿斜井涌水量预测方法与抗水压方法20-24
• 2.2.1 涌水量预测方法20-22
• 2.2.2 管片抗水压方法22-24
• 2.2.3 综合防排水措施24
• 2.3 依托工程概况24-27
• 2.3.1 工程背景24-25
• 2.3.2 工程地质条件25-26
• 2.3.3 水文地质条件26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 斜井浅埋段盾构施工流-固耦合特征研究29-51
• 3.1 概述29
• 3.2 流-固耦合基本原理与假设29-32
• 3.2.1 基本原理29-31
• 3.2.2 FLAC~(3D)流-固耦合计算原理31-32
• 3.2.3 基本假设32
• 3.3 斜井浅埋段全封堵方案流-固耦合分析32-40
• 3.3.1 数值模型32-34
• 3.3.2 渗流场结果分析34-36
• 3.3.3 渗流量结果分析36-37
• 3.3.4 衬砌背后孔隙水压分析37-38
• 3.3.5 管片应力分析38-39
• 3.3.6 管片位移分析39-40
• 3.4 斜井浅埋段堵水限排方案流-固耦合分析40-48
• 3.4.1 数值模型40-41
• 3.4.2 渗流场结果分析41-42
• 3.4.3 渗流量结果分析42-44
• 3.4.4 衬砌背后孔隙水压分析44-47
• 3.4.5 管片应力分析47-48
• 3.4.6 管片位移分析48
• 3.5 全堵式与堵水限排防排水方案适应性分析48-50
• 3.5.1 对衬砌水压力适应性48-49
• 3.5.2 对斜井涌水量适应性49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 斜井深埋段TBM施工流-固耦合特征研究51-81
• 4.1 概述51
• 4.2 深埋段计算区域选取与数值模型51-54
• 4.2.1 计算代表区域51-52
• 4.2.2 数值模型概况52-54
• 4.2.3 掘进模拟分析54
• 4.3 计算结果分析54-60
• 4.3.1 渗流场与孔隙水压结果分析54-56
• 4.3.2 渗流量结果分析56
• 4.3.3 应力场分析56-59
• 4.3.4 位移场分析59
• 4.3.5 计算结果小结与分析59-60
• 4.4 不同泄水孔数量流-固耦合计算与结果分析60-65
• 4.4.1 管片背后孔隙水压结果分析60-62
• 4.4.2 渗流量结果分析62-63
• 4.4.3 管片应力分析63-64
• 4.4.4 管片位移分析64-65
• 4.5 不同泄水孔开孔角度流-固耦合计算与结果分析65-70
• 4.5.1 管片背后孔隙水压结果分析66-68
• 4.5.2 渗流量结果分析68
• 4.5.3 管片应力分析68-69
• 4.5.4 管片位移分析69-70
• 4.6 不同注浆圈渗透系数流-固耦合计算与结果分析70-75
• 4.6.1 管片背后孔隙水压结果分析70-73
• 4.6.2 渗流量结果分析73
• 4.6.3 管片应力分析73-74
• 4.6.4 管片位移分析74-75
• 4.7 单一变量下泄水式管片设计参数优化分析75-79
• 4.7.1 泄水孔数量最优解76-77
• 4.7.2 泄水孔开孔角度最优解77-78
• 4.7.3 注浆圈渗透系数最优解78-79
• 4.8 本章小结79-81
• 结论与建议81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-87
• 攻读硕士学位期间发表论文、发明专利与参与的科研项目87

【参考文献】

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本文编号：759434