公路隧道下穿双层采空区开挖过程模型试验

发布时间：2018-01-20 15:04

  本文关键词： 隧道工程 公路隧道 双层采空区 模型试验 初期支护 地层移动　出处：《岩石力学与工程学报》2014年11期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：双层煤层由于距离较近,采空后冒落带范围相互叠加,下穿隧道施工引起的围岩松动垮塌范围要大于单层采空区,对隧道结构受力和围岩稳定产生不利影响。开展公路隧道下穿双层煤层采空区的室内开挖模型试验,通过埋设地中位移计、土压力盒和电阻应变片,测量了隧道开挖过程中采空区地层移动和初期支护内力特征。测试结果表明,采空区地层沉降主要产生于上台阶开挖至初支闭合阶段,倾角较小时,地层沉降速率较大,沉降曲线较陡,而后期收敛较慢,沉降较大;隧道支护结构承受一定的偏压荷载,且倾角越大,偏压越明显,围岩与支护的最大接触压力出现在采空区对侧的仰拱处。由于采空区地层的松散性,锚杆的作用没有得到充分发挥。钢拱架最大弯矩主要发生在上台阶靠近采空区侧拱脚处;轴力分布不均匀,靠近采空区侧轴力水平普遍偏低,不利于支护结构稳定。随着采空区倾角的增大,初期支护拱顶正弯矩区域向采空区侧偏移,最大弯矩值和最大偏心距都显著增加,支护结构稳定性降低。试验揭示了隧道下穿双层煤层采空区开挖过程中采空区地层移动规律和初期支护受力特征,可用于指导类似工程设计与施工。
[Abstract]:Because of the close distance of double-layer coal seam, the range of caving zone after mining is superimposed on each other, and the loosening and collapsing range of surrounding rock caused by tunnel construction is larger than that of single-layer goaf. It has adverse effects on tunnel structure and stability of surrounding rock. The indoor excavation model test is carried out under the highway tunnel through the goaf of double-layer coal seam, and the displacement meter, earth pressure box and resistance strain gauge are set up. The characteristics of strata movement in goaf and initial supporting force during tunnel excavation are measured. The test results show that the settlement of goaf strata mainly occurs in the stage of excavation of the upper steps to the closing of initial branches, and the inclination angle is small. The settlement rate is larger, the settlement curve is steeper, and the convergence is slow and the settlement is larger in the later stage. The tunnel support structure bears a certain bias load, and the larger the inclination angle, the more obvious the bias pressure, the maximum contact pressure between surrounding rock and support appears in the opposite side of the goaf invert, because of the looseness of the goaf strata. The maximum bending moment of steel arch frame mainly occurs near the side arch foot of goaf. The axial force distribution is uneven, and the axial force level near goaf is generally low, which is not conducive to the stability of the support structure. With the increase of goaf inclination, the positive bending moment region of the initial supporting arch is shifted to the side of the goaf. The maximum bending moment and the maximum eccentricity increased significantly, and the stability of the support structure decreased. The experiment revealed the movement law of the goaf strata and the initial supporting force characteristics during the excavation process of the goaf in the double-layer coal seam under the tunnel. Can be used to guide the design and construction of similar projects.
【作者单位】： 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51278422) “十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAG05B03) 四川省青年科技基金项目(2012JQ0021)
【分类号】：U455.49
【正文快照】： 1引言采空区是煤矿工作面开采后形成的塌落空间。若煤层之间距离很近,导致采空区间距离较小,进而形成连续采空区,地下连续采空区隐伏性强、空间分布特征规律性差,隧道下穿连续煤层采空区施工对围岩的扰动将打破现有的平衡状态,导致采空区内腔塌陷,甚至互通相邻采空区,使塌落空

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李辉;炊鹏飞;杨小红;朱江伟;杨罗沙;李征;;隧道下穿采空区的监测及结果分析[J];地下空间与工程学报;2011年04期

2 朱宜生,刘松玉,童立元,方磊;高速公路下伏富水多层采空区注浆处理技术研究[J];防灾减灾工程学报;2003年04期

3 张志沛,覃羡安,刘旭;隧道在煤层采空区的治理方法[J];公路;2005年08期

4 童立元,邱钰,杜广印,黄卫,刘松玉;高速公路下伏多层采空区注浆充填法治理试验研究[J];公路交通科技;2002年05期

5 黄磊;卢义玉;粟登峰;张达;;公路隧道穿越急倾斜采空区的治理技术[J];公路交通科技;2012年11期

6 李治国,曹桢楹;铁山隧道病害治理技术[J];铁道工程学报;2000年01期

7 张志祥;张永波;赵志怀;陈龙;;交通荷载作用下隧道下伏采空区稳定性分析的实验研究[J];太原理工大学学报;2011年05期

8 王联;;西山坪隧道隧底煤层采空区的整治[J];现代隧道技术;2007年06期

9 朱勇;;小煤窑采空区隧道的勘察设计[J];现代隧道技术;2008年03期

10 李治国;铁山隧道采空区稳定性分析及治理技术研究[J];岩石力学与工程学报;2002年08期

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 罗周全;张旭芳;刘晓明;王国焘;;基于模糊模式识别的金属矿采空区危险性综合评价[J];安全与环境学报;2010年03期

2 郑颖人;肖强;辛建平;冯夏庭;;黄土无衬砌隧道破坏机制振动台试验研究——隧道稳定性分析讲座之二[J];地下空间与工程学报;2012年01期

3 卢珂;朱金才;杨进超;;某坑道破坏特征的地质力学模型实验研究[J];地下空间与工程学报;2012年03期

4 张玮;汪玉;杜俭业;;瞬态载荷作用下船体板架结构单参数畸变响应模型研究[J];兵工学报;2010年S1期

5 张举兵;牟在根;孙杰;邓新穗;赵鹏飞;;不规则体型高层钢结构模拟地震振动台试验研究[J];北京科技大学学报;2008年11期

6 刘伟宏;郑明新;王虹;孔祥营;;单个围桩-土耦合抗滑结构的土压力试验分析[J];河北农业大学学报;2012年01期

7 焦光伟;侯建红;;覆土油罐护体振动台模型试验相似比的设计研究[J];中国储运;2012年03期

8 邹威;许强;刘汉香;陈龙;王龙;;强震作用下层状岩质斜坡破坏的大型振动台试验研究[J];地震工程与工程振动;2011年04期

9 刘涛;孙忠弟;赵金刚;李开超;;某高速公路下伏采空区注浆压力的确定方法[J];地下水;2009年05期

10 蒋敏敏;洪宝宁;胡昕;范晓秋;;地基土层与含水率变化对湿喷桩成桩质量的影响[J];防灾减灾工程学报;2007年01期

相关会议论文 前10条

1 王文军;张学龙;朱红发;徐培民;;带钢抖动试验装置设计与分析[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年

2 张玉杰;李斌;;阻尼不相似动响应模型的修正方法研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集（2011）下册[C];2011年

3 张玮;汪玉;杜俭业;;瞬态载荷作用下船体板架结构单参数畸变相似模型研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（下册）[C];2009年

4 李宏男;田利;张鹏;;高压输电塔-线体系多维多点振动台试验模型研究[A];第八届全国地震工程学术会议论文集（Ⅱ）[C];2010年

5 姚勇;古巍;;反力墙预应力筋张拉顺序的模型试验研究[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2009年

6 丁陈建;汪吉林;马金荣;吴圣林;;煤矿采空区稳定性评价指标研究[A];中国煤炭学会矿井地质专业委员会2008年学术论坛文集[C];2008年

7 肖锋;漆泰岳;杨雄;张伟;;U型钢可缩性支架联合支护的相似模型试验研究[A];中国交通土建工程学术论文集（2006）[C];2006年

8 颜荣贵;曹阳;;论我国的矿业破坏国土建设再利用[A];第四届全国矿山采选技术进展报告会论文集[C];2001年

9 王瑾;李晓文;周铁钢;龚安礼;;新疆村镇适宜性房屋试验研究与经济选择[A];砌体结构理论与新型墙材应用[C];2007年

10 杨伟忠;曹阳;颜荣贵;;金属矿山地压灾变的研究方向[A];新世纪岩石力学与工程的开拓和发展——中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集[C];2000年

相关博士学位论文 前10条

1 柏松平;云南复杂地质环境公路地质病害诱发机理及其对策研究[D];昆明理工大学;2008年

2 孙克国;注浆控制岩溶隧道突水地质灾害的机理和模拟方法研究[D];山东大学;2010年

3 赵忠明;小浪底库区采空区稳定性研究[D];河南理工大学;2011年

4 王晓东;古代夯土建筑动力响应及抗震保护[D];兰州大学;2011年

5 韩日美;浅埋土质隧道特性分析及关键技术研究[D];长安大学;2010年

6 张青哲;土基振动压实系统模型与参数研究[D];长安大学;2010年

7 王树丰;汶川地震滑坡微型桩防治工程研究[D];长安大学;2010年

8 黄伟;矿井补偿收缩钢纤维混凝土性能试验研究与工程应用[D];安徽理工大学;2011年

9 吉植强;季节冻土地区圆形基坑冻结壁模型试验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 王承启;大跨度钢桁架拱桥风振研究[D];重庆大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 潘涛;深潜器耐压结构强度分析与优化设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 冯剑;矮寨特大悬索桥缩尺模型设计研究[D];长沙理工大学;2010年

3 马裕超;复合隔震结构地震反应试验及研究[D];河北工程大学;2010年

4 李旭光;基于振动台试验的复合隔震摩擦承压比影响研究[D];河北工程大学;2010年

5 刘永春;衡重式桩板挡墙的模型试验研究[D];中国铁道科学研究院;2010年

6 余萍;悬吊质量体系结构地震模拟振动台试验研究[D];武汉理工大学;2008年

7 赵晨;采空区下隧道安全稳定性评价及数值模拟分析[D];太原理工大学;2011年

8 彭文;长平高速公路K73+200～K73+500段路面塌陷勘察评价及治理研究[D];吉林大学;2011年

9 刘福聚;交通事故塑料散落物运动行为仿真[D];吉林大学;2011年

10 朱明辉;隧道附属工程遇采空区的稳定性分析及处治研究[D];西华大学;2011年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 缪林昌,刘松玉;振冲动力法加固地基的机理[J];东南大学学报(自然科学版);2001年04期

2 李仁民,刘松玉,方磊;高速公路下伏多层采空区地表沉陷的预计评价方法[J];东南大学学报(自然科学版);2002年04期

3 童立元;赖远明;刘松玉;杜广印;;高速公路下伏多层倾斜采空区危害性评价数值模拟[J];工程地质学报;2007年01期

4 张志沛,覃羡安,刘旭;隧道在煤层采空区的治理方法[J];公路;2005年08期

5 汪波;何川;吴德兴;;深埋特长公路隧道三维初始应力场的回归分析[J];公路交通科技;2010年12期

6 胡杨,李海,张兴来;真武山隧道穿越大型采空区的设计施工技术[J];公路交通技术;2002年04期

7 刁心宏;刘峰;龚葛萍;朱光涛;官伟;;高速公路路基下采空区稳定性评估与治理措施[J];华东交通大学学报;2006年02期

8 侯浙学;;葵岗隧道煤层采空区段的处治技术[J];建筑科学;2008年03期

9 张志沛,王红;注浆法在公路下伏煤矿采空区治理工程中的应用[J];煤田地质与勘探;2003年06期

10 张志沛,王红;某高速公路下伏煤矿采空区稳定性分析[J];煤田地质与勘探;2005年01期

相关硕士学位论文 前2条

1 杨文孝;高速公路下伏煤矿采空区勘察与处治方法研究[D];长安大学;2005年

2 黄世雄;公路下伏采空区及其注浆处理的有限元数值模拟分析[D];中南大学;2005年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱红耕,袁寿其;水泵进水设计模型试验验收标准的研究[J];水泵技术;2005年01期

2 肖宏;蒋关鲁;魏永幸;;桩网结构模型试验柔性拱研究[J];岩土力学;2008年11期

3 刘永红;屈希峰;;关于模型试验黏性土相似材料选取的讨论[J];四川建筑;2008年03期

4 李国臣,周浩祥,徐金环;潮流模型试验技术研究[J];水运工程;1991年10期

5 胡凯;陈雪锋;;模型试验评价原型结构性能的有效性和局限性[J];山西建筑;2008年27期

6 刘汉龙;谭慧明;彭R，

本文编号：1448636