亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        深井煤礦頂管法施工管體承載力試驗(yàn)和工程應(yīng)用

        2022-02-24 08:40:46劉子默黃志鴻王傳兵張琪林陳旭之孫長(zhǎng)紅
        煤礦安全 2022年2期
        關(guān)鍵詞:管體頂管漿液

        劉子默,唐 彬,2,,黃志鴻,王傳兵,張琪林,程 松,陳旭之,孫長(zhǎng)紅

        (1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院,安徽 淮南 232001;2.安徽理工大學(xué)深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽淮南 232001;3.煤炭開采國(guó)家工程技術(shù)研究院,安徽 淮南 232001;4.中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司,安徽 淮南 232001)

        隨著淺部煤炭資源日益枯竭,我國(guó)煤炭采掘工作正逐步向深部地層轉(zhuǎn)移,造成煤與瓦斯突出和地下水侵入的威脅日益增大[1]。為解決煤與瓦斯突出和地下水侵入的安全隱患,需在煤層頂?shù)装迨┕ご罅客咚购退χ卫韼r石巷道。當(dāng)前我國(guó)巖巷掘進(jìn)多采用鉆爆法和綜掘法,其中鉆爆法危險(xiǎn)性高、勞動(dòng)強(qiáng)度大;而綜掘法難以掘進(jìn)硬巖巷道,當(dāng)前較為落后的巖巷掘進(jìn)技術(shù)成為影響煤礦安全生產(chǎn)和正常采掘接替的“卡脖子”問題。近年來隨煤礦深井TBM 的推廣應(yīng)用,大幅提高了巖巷掘進(jìn)的自動(dòng)化和智能化水平,突破了巖巷掘進(jìn)安全性和掘進(jìn)效率的瓶頸[2-3]。但當(dāng)前煤礦TBM 直徑多為3 m 以上,對(duì)于瓦斯和水害治理巷道,巷道直徑在1.5 m 左右即可滿足要求[4]。過大的斷面尺寸將增加巷道掘進(jìn)能耗、排矸工作量和支護(hù)難度,使巖巷施工成本難以降低。因此,安全高效的小斷面巷道掘進(jìn)技術(shù)及裝備已成為我國(guó)煤礦亟待解決的問題。

        頂管法作為1 種非開挖施工技術(shù),在地鐵隧道開挖工程中得到廣泛應(yīng)用,但對(duì)于深井煤礦等復(fù)雜巖石地層,頂管技術(shù)還未得到大范圍的使用[5]。相對(duì)于現(xiàn)階段的煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù),頂管法具有一次成型、節(jié)省材料、頂進(jìn)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、開挖斷面小等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。近年來,許多學(xué)者對(duì)巖層頂管施工方面進(jìn)行了一些嘗試和研究。李永彪等[8]分析了頂管施工非爆破掘進(jìn)技術(shù)在堅(jiān)硬巖層中的適用性;王雷等[9]采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)試,研究地應(yīng)力和重力作用下煤礦巖巷頂管施工沿途阻力;黃智剛[10]等結(jié)合工程實(shí)例、圍巖壓力理論研究和數(shù)值模擬,按照管道埋深界限劃分,提出并且驗(yàn)證了適用于巖石地層頂管的圍巖壓力計(jì)算公式;龔?fù)⒚馵11]等對(duì)適用于復(fù)合地層的硬巖泥水平衡頂管的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

        深井煤礦地應(yīng)力遠(yuǎn)高于淺埋地層,深井煤礦頂管作業(yè),需要更高的注漿壓力來平衡較高的地應(yīng)力。但鋼筋混凝土管體在煤礦深部地層中的受力特性鮮有研究,因此,需針對(duì)深井煤礦特殊的工程地質(zhì)條件,開展管體力學(xué)特性方面的研究,為煤礦深井巷道頂管法施工提供理論依據(jù)?;诖?,采用管體三軸加載系統(tǒng),對(duì)3 種不同強(qiáng)度等級(jí)和配筋率的鋼筋混凝土管體縮尺模型進(jìn)行三軸試驗(yàn);基于試驗(yàn)結(jié)果,優(yōu)選頂管管體設(shè)計(jì)參數(shù);最后依據(jù)張集煤礦頂管法掘進(jìn)工程經(jīng)驗(yàn),提出煤礦深井巷道頂管法施工推廣應(yīng)用的技術(shù)途徑。

        1 煤礦深井頂管法管體模型試驗(yàn)

        1.1 頂管管體模型制備

        根據(jù)相似理論、原型尺寸和試驗(yàn)裝置來確定模型尺寸。為了研究混凝土等級(jí)和配筋率對(duì)管體的影響,制作了3 種不同的模型。相似模型具有相同的幾何參數(shù):內(nèi)徑280 mm,外徑350 mm,厚度35 mm,高度360 mm,相似比為30/7。根據(jù)《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》和《煤礦立井井筒及硐室設(shè)計(jì)規(guī)范》,管體的水泥等級(jí)不低于P.O 42.5,混凝土強(qiáng)度應(yīng)高于40 MPa,配筋率應(yīng)大于等于0.4%[12]?;炷凉橇蠟楹由昂托鋷r卵石,水泥為P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥,采用直徑4 mm Q345 鋼筋,制備了3 種不同規(guī)格的管體模型。3 種模型的參數(shù)和配置見表1。

        表1 管體模型參數(shù)Table 1 The parameters of pipe models

        管體模型由鋼筋混凝土制成,制作步驟如下:①豎起鋼籠,將其放入鋼模中;②將混凝土倒入模具中;③振搗混凝土并養(yǎng)護(hù);④從模具中取出模型。

        為了確保試驗(yàn)過程中模型徹底被密封,在養(yǎng)護(hù)28 d 后,將模型的頂部和底部表面進(jìn)行修整和拋光。模型澆筑前,在鋼筋籠中心截面沿環(huán)向和軸向固定了6 套應(yīng)變片,夾角為120°。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,在模型內(nèi)、外表面中心部位沿環(huán)向和軸向各粘貼6 套應(yīng)變片,夾角為120°。應(yīng)變片由硅橡膠密封,以保護(hù)應(yīng)變片不受液壓油影響。管體相似模型制作如圖1。

        圖1 管體相似模型的制作Fig.1 Fabrication of similitude pipe models

        1.2 試驗(yàn)裝置

        管體模型加載系統(tǒng)如圖2,使用安徽理工大學(xué)設(shè)計(jì)的管體模型加載系統(tǒng),對(duì)管體模型施加圍壓和軸向荷載。加載系統(tǒng)主要由1 個(gè)圓筒形三軸腔組成,在側(cè)面和頂部均帶有小孔,用來安裝監(jiān)控電纜和液壓油管。通過在模型和三軸腔外殼之間泵送液壓油,從而對(duì)管體模型表面施加圍壓??招膱A筒三軸腔的底板有軸向荷載活塞,該活塞向模型底部施加垂直荷載。

        圖2 管體模型加載系統(tǒng)Fig.2 Pipe model loading system

        液壓油泵與三軸腔相連,對(duì)三軸腔內(nèi)所含的液壓油施加并保持壓力。采用直接測(cè)量液壓油壓力的電子壓力傳感器測(cè)量三軸腔壓力。

        將裝有模型的三軸腔放置在YAW-3000 電液伺服三軸試驗(yàn)系統(tǒng)中,使用YAW-3000 試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)三軸腔頂部和底部施加豎向荷載。加載活塞將軸向壓力從試驗(yàn)系統(tǒng)的載荷板傳遞到模型底部。壓力機(jī)最大承載力為3 000 kN,誤差為±1%,軸力記錄間隔為0.1 s,采用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量鋼筋和混凝土應(yīng)變。

        1.3 加載方案

        首先將模型裝入三軸腔,并通過施加50 kN 的軸力進(jìn)行固定?,F(xiàn)場(chǎng)施工中為抵抗煤礦深部地層較高的地應(yīng)力,泥漿壓力為1 MPa。為真實(shí)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)頂管管體工況和受力情況,管體承載力模型試驗(yàn)圍壓定為1 MPa。試驗(yàn)開始后,保持圍壓恒定直至試驗(yàn)結(jié)束,軸力從初始值開始以100 kN 間隔增加,達(dá)到要求值保壓0.5 min,在保壓期間測(cè)量并記錄模型的軸力、圍壓和應(yīng)變值。軸力增加和數(shù)據(jù)測(cè)量交替進(jìn)行,直至模型失效。

        2 試驗(yàn)結(jié)果

        2.1 應(yīng)力分析

        鋼筋混凝土管體在頂進(jìn)過程中主要承受沿巷道軸向方向的應(yīng)力,因此管體模型的軸向應(yīng)力為主要參數(shù)。通過環(huán)向和軸向應(yīng)變值計(jì)算施加在管體模型內(nèi)、外表面上的應(yīng)力。管體模型的內(nèi)表面以二維應(yīng)力狀態(tài)加載,與此相反,由于液壓油施加的圍壓,管體模型的外表面以三維應(yīng)力狀態(tài)加載,軸向應(yīng)力計(jì)算如下[13]:

        式中:σzin、σzex分別為管體模型內(nèi)、外表面的軸向應(yīng)力;εzin、εzex分別為管體模型內(nèi)、外表面的軸向應(yīng)變;εθin、εθex分別為管體模型內(nèi)、外表面的環(huán)向應(yīng)變;E 為彈性模量;μ 為泊松比;p 為圍壓。

        因此,通過上述公式可以獲得施加在管體模型橫截面上的軸向應(yīng)力。施加在鋼筋、管體模型內(nèi)表面和外表面上的軸向應(yīng)力如圖3。

        圖3 管體模型平均軸向應(yīng)力Fig.3 Average axial stress of pipe models

        由圖3(a)可知,在加載初始階段,3 個(gè)模型內(nèi)表面應(yīng)力均持續(xù)增加,其中模型1、模型3 內(nèi)表面應(yīng)力增加緩慢,模型1、模型2、模型3 外表面應(yīng)力均先下降再上升,其中模型2、模型3 下降趨勢(shì)比模型1 明顯,此階段模型受力較小,內(nèi)外側(cè)表面應(yīng)力增加速度較慢。軸向荷載增加至500 kN 之后,模型2 內(nèi)外側(cè)表面應(yīng)力隨軸向荷載的增加呈近似線性增長(zhǎng),模型1、模型3 內(nèi)外側(cè)表面應(yīng)力增速不斷增加,直至模型破壞。相同軸向荷載條件下,3 個(gè)模型內(nèi)表面應(yīng)力均高于外表面。該現(xiàn)象原因是模型外表面為三向受力狀態(tài),混凝土受圍壓約束,應(yīng)變與應(yīng)力值低于兩向受力的內(nèi)表面,表明破壞更易出現(xiàn)于頂管管體的內(nèi)表面。模型1、模型2、模型3 的極限軸力分別為1 900、2 420、2 195 kN。圖3(b)中軸向鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,在加載后期,鋼筋應(yīng)力增長(zhǎng)變緩、停滯,表明鋼筋開始進(jìn)入屈服狀態(tài),難以繼續(xù)承擔(dān)荷載。3個(gè)模型中,模型2 承載能力最高,模型1 和模型3 中的鋼筋比模型2 更早屈服,表明C60 混凝土對(duì)防止鋼筋屈服有更好的效果,提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)比增加配筋率更能有效提高頂管管體強(qiáng)度和承載能力。

        2.2 管體模型破壞特征

        3 種管體模型都表現(xiàn)出相似的破壞特征。在靠近管體模型邊緣的部位沿環(huán)向產(chǎn)生裂隙,分支裂隙沿縱向向邊緣擴(kuò)展。在管體模型的內(nèi)表面和外表面,混凝土大量剝落,因此在某些部位鋼筋露出。管體模型的破壞特征如圖4。

        圖4 管體模型破壞特征Fig.4 Failure characters of pipe models

        模型1(C40,0.4%)破壞最為嚴(yán)重,大量裂隙沿環(huán)向和縱向擴(kuò)展,導(dǎo)致混凝土劇烈剝落。與模型1 相比模型3(C50,0.5%)沿縱向裂隙較少,模型3 的混凝土剝落面積小于模型1 的剝落面積。模型1 和模型3 的不同破壞特征表明了較高的配筋率顯著降低了混凝土的破壞程度。模型2(C60,0.4%)的破壞程度最低,裂隙主要沿環(huán)向擴(kuò)展,沿縱向僅形成少數(shù)分支裂紋。在模型2 上幾乎沒有剝落現(xiàn)象,裂隙間隙寬度也較小。管體模型的破壞特征表明,提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)可以更有效地提高管體強(qiáng)度。

        3 工程應(yīng)用

        3.1 工程背景

        張集煤礦采掘作業(yè)受到地下水的威脅,需施工排水巷道。西三-600 m 排水石門位于1#煤層的上覆砂巖地層中,埋深約600 m,長(zhǎng)190 m。巷道圍巖的單軸抗壓強(qiáng)度范圍為60 MPa 到100 MPa,最大水平應(yīng)力為18.354 MPa,最大垂直應(yīng)力為9.367 MPa。根據(jù)實(shí)測(cè)的水文地質(zhì)資料,巷道的橫截面積超過0.8 m2足以滿足排水作業(yè)的要求。但傳統(tǒng)巷道掘進(jìn)施工中,為滿足人員、設(shè)備活動(dòng)空間,排水巷道多采用跨度4 m 左右的直墻半圓拱形巷道,巷道斷面尺寸過大,增加了不必要的掘進(jìn)和排矸工作量,造成人力、設(shè)備和能耗的浪費(fèi)。因此,采用頂管法掘進(jìn)西三-600 m 排水石門。

        3.2 設(shè)備布置

        EDG-1500/NS 1.5 m 頂管機(jī)由中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院研制,直徑1.5 m,刀盤配備18 個(gè)10 英寸(250 mm)滾刀,采用泥漿排渣。頂管機(jī)由4 個(gè)頂推油缸推進(jìn),單個(gè)油缸推力1 960 kN。掘進(jìn)時(shí)在鋼筋混凝土管體與圍巖間隙內(nèi)注入膨潤(rùn)土漿液,減少頂管與巖石表面之間的摩擦,并在頂進(jìn)過程中提供支護(hù)反力??紤]到煤礦井下的高地應(yīng)力,膨潤(rùn)土注漿壓力設(shè)置為1 MPa,用以平衡圍巖壓力。激光定向儀和全站儀在頂進(jìn)過程中用來校準(zhǔn)精度。EDG-1500/NS煤礦頂管機(jī)如圖5。

        圖5 EDG-1500/NS 煤礦頂管機(jī)Fig.5 EDG-1500/NS coal mine pipe jacking machine

        頂進(jìn)過程中使用了鋼筋混凝土管,根據(jù)相似模型試驗(yàn)結(jié)果確定鋼筋混凝土管的參數(shù)。鋼筋混凝土管由C60 混凝土制成,外徑為1 500 mm,壁厚為150 mm,長(zhǎng)為2 000 mm,配筋率為0.4%。

        頂管機(jī)工作場(chǎng)地由頂管機(jī)的作業(yè)硐室和輔助硐室組成。作業(yè)硐室用于安裝和操作頂管機(jī),電氣系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、泥漿池、潤(rùn)滑系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、鋼筋混凝土管和其他材料放在輔助硐室。

        3.3 頂管機(jī)頂力監(jiān)測(cè)

        頂力通過監(jiān)測(cè)頂推油缸推力獲得,頂力為迎面阻力和管體摩擦力之和。頂管機(jī)頂力隨頂進(jìn)距離變化如圖6。

        圖6 頂力隨頂進(jìn)距離變化Fig.6 Pushing force changes with jacking distance

        頂進(jìn)初期,頂力增加較為緩慢,頂進(jìn)5 m 之前頂力低于500 kN,這是由于膨潤(rùn)土漿液潤(rùn)滑效果良好,同時(shí),巷道圍巖穩(wěn)定性良好,地應(yīng)力的顯現(xiàn)還需要一段時(shí)間,此階段頂力偏小。

        頂進(jìn)后期,頂力總體隨頂進(jìn)距離增加而增長(zhǎng)。穿越破碎地層過程中,由于膨潤(rùn)土漿液滲漏,出現(xiàn)頂力急劇增加的情況,及時(shí)補(bǔ)充漿液減阻后,頂力則有所降低[9]。

        3.4 煤礦頂管機(jī)掘進(jìn)巷道施工問題

        1)泥漿泄露。頂進(jìn)開始時(shí),拱面墻壁泄露,導(dǎo)致摩擦力和頂推力顯著增加。在補(bǔ)救密封后,膨潤(rùn)土漿液從裂隙、接縫或斷層滲漏導(dǎo)致摩擦力增大。通過補(bǔ)充膨潤(rùn)土漿液,緩解了膨潤(rùn)土漿液滲漏問題。

        2)頂管掘進(jìn)定向。頂管機(jī)易向薄弱地層偏轉(zhuǎn),因此頂管機(jī)需要頻繁的轉(zhuǎn)向校正操作。

        3)泥漿管堵塞。巖渣經(jīng)常引起泥漿管堵塞,因此需要更高的泥漿流動(dòng)速度,根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),排渣臨界漿液流速約為3.8 m/s。

        4 結(jié) 論

        1)與淺埋地層頂管施工相比,深層煤礦地層中采用頂管法需要更高的注漿壓力,用以平衡高地應(yīng)力。管體相似模型試驗(yàn)結(jié)果表明,增加混凝土強(qiáng)度等級(jí)更能有效提高管體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

        2)頂管管體破壞首先出現(xiàn)于頂管管體兩端,特點(diǎn)為首先出現(xiàn)環(huán)向裂隙,隨荷載提高,在環(huán)向裂隙處向頂管管體中心處產(chǎn)生分支裂隙,同時(shí)伴有混凝土剝落、鋼筋外露等破壞形式。

        3)在煤礦頂管工程實(shí)踐中,泥漿滲漏是頂管工程主要問題之一。與土層中頂管工程不同,膨潤(rùn)土漿液容易通過巖層裂隙泄露,導(dǎo)致漿液保壓困難,影響漿液的支護(hù)與減阻潤(rùn)滑效果,進(jìn)而導(dǎo)致圍巖變形擠壓管體,最終導(dǎo)致管體摩阻力增加。因此,煤礦深部地層頂管法施工適用于完整性較好的地層。針對(duì)破碎地層漿液保壓困難的問題,應(yīng)在施工前開展注漿等地層改性工作。

        猜你喜歡
        管體頂管漿液
        一種外定型無支架扣模保溫鋼管
        鋼管(2023年2期)2023-08-06 05:33:48
        胰腺實(shí)性漿液性囊腺瘤1例
        脫硫系統(tǒng)用漿液循環(huán)泵汽蝕分析
        一種新型內(nèi)漲式橡膠密封圈
        2AI2硬鋁合金管體精密鍛造成形工藝研究
        誤診為中心性漿液性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變的孤立性脈絡(luò)膜血管瘤1例
        球墨鑄鐵頂管噴敷工藝探討
        長(zhǎng)距離PCCP頂管的設(shè)計(jì)和應(yīng)用
        一種深孔螺釘防倒管
        科技資訊(2016年9期)2016-05-14 00:55:35
        國(guó)內(nèi)首例深覆土沙漠頂管工程應(yīng)用青龍管業(yè)DN3000mm頂管
        国产一区二区三区涩涩| 无码人妻品一区二区三区精99| 国产美女在线一区二区三区| 日韩在线精品视频观看| 国产亚洲午夜精品久久久| 久久午夜无码鲁丝片午夜精品| 美丽人妻被按摩中出中文字幕| 久久se精品一区二区国产| 免费人妻精品一区二区三区| 国产夫妇肉麻对白| 男女肉粗暴进来120秒动态图 | 白色白色视频在线观看| 亚洲午夜无码毛片av久久| 国产卡一卡二卡三| 国产免费播放一区二区| 亚洲另类国产精品中文字幕| 久久精品国产亚洲夜色av网站| 米奇影音777第四色| 91热久久免费精品99| 国产麻豆国精精品久久毛片| 特黄 做受又硬又粗又大视频| 国产精品久久久久久无码| 中文字幕第一页亚洲观看| 有码视频一区二区三区| 国产播放隔着超薄丝袜进入| 国产裸体歌舞一区二区| 最新永久免费AV网站| 24小时在线免费av| 国产亚洲日本精品无码| 欧美成人中文字幕| 手机在线观看成年人视频| 999zyz玖玖资源站永久| 老熟妻内射精品一区| 国产91在线|亚洲| 午夜男女靠比视频免费| 人妻少妇精品中文字幕av| 狠狠躁夜夜躁人人爽天天| 热综合一本伊人久久精品| 日本一卡二卡3卡四卡免费观影2022| 日日干夜夜操高清视频| 久久精品国产亚洲av热九九热|