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富水断层带隧道变形力学机制及双梯度注浆NPR补偿对策

陶志刚 周子琮 杨晓杰 霍树森 孙吉浩 杜志锋

陶志刚, 周子琮, 杨晓杰, 霍树森, 孙吉浩, 杜志锋. 富水断层带隧道变形力学机制及双梯度注浆NPR补偿对策[J]. 矿业科学学报, 2023, 8(6): 768-779. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.06.004
引用本文: 陶志刚, 周子琮, 杨晓杰, 霍树森, 孙吉浩, 杜志锋. 富水断层带隧道变形力学机制及双梯度注浆NPR补偿对策[J]. 矿业科学学报, 2023, 8(6): 768-779. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.06.004
Tao Zhigang, Zhou Zicong, Yang Xiaojie, Huo Shusen, Sun Jihao, Du Zhifeng. Mechanics of tunnel deformation in water-rich fault zone and double-gradient grouting NPR compensation countermeasures[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2023, 8(6): 768-779. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.06.004
Citation: Tao Zhigang, Zhou Zicong, Yang Xiaojie, Huo Shusen, Sun Jihao, Du Zhifeng. Mechanics of tunnel deformation in water-rich fault zone and double-gradient grouting NPR compensation countermeasures[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2023, 8(6): 768-779. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.06.004

富水断层带隧道变形力学机制及双梯度注浆NPR补偿对策

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.06.004
基金项目: 

深部岩土力学与地下工程国家重点实验室创新基金 SKLGDUEK202201

详细信息
    作者简介:

    陶志刚(1981—),男,河北邯郸人,博士,教授,硕士生导师,主要从事深部岩石力学理论及灾害控制方面的研究工作。Tel:010-62339953,E-mail:taozhigang1981@163.com

  • 中图分类号: U456.3

Mechanics of tunnel deformation in water-rich fault zone and double-gradient grouting NPR compensation countermeasures

  • 摘要: 云南他白依隧道位于青藏高原东麓,穿越多条断层构造带,其围岩软弱破碎,遇水强度骤降。原设计方案下围岩存在米级大变形,出现了拱架扭曲、仰拱隆起和突泥涌水等灾害。针对富水断层带隧道围岩破碎难题,首先通过矿物成分分析、点荷载试验及地应力测试,分析了富水断层带隧道变形力学机制及其转化,通过未注浆、常规注浆及双梯度注浆的围岩承载力试验,确定采用双梯度注浆工艺进行NPR锚索锚固;然后,通过数值模拟及现场试验,得出了最佳锚索数目;最后,通过现场应用,基于监测数据验证了双梯度注浆及高预紧力长短NPR锚索支护体系的可靠性。研究结果可为类似富水断层带隧道的大变形灾害控制提供参考。
  • 图  1  他白依隧道破坏形式

    Figure  1.  Tabaiyi tunnel failure form

    图  2  他白依隧道围岩点荷载强度

    Figure  2.  Tabaiyi tunnel point load strength

    图  3  他白依隧道开挖破坏示意

    Figure  3.  Schematic Diagram for Excavation Damage of Tabaiyi Tunnel

    图  4  他白依隧道开挖补偿示意

    Figure  4.  Schematic Diagram for Excavation Compensation of Tabaiyi Tunnel

    图  5  他白依隧道变形力学机制转化

    Figure  5.  Transformation of deformation mechanics mechanism of Tabaiyi tunnel

    图  6  双梯度注浆压力-流量

    Figure  6.  Pressure-flow of double gradient grouting

    图  7  双梯度注浆过程

    Figure  7.  Double gradient grouting process

    图  8  顶板双梯度注浆断面

    Figure  8.  Double gradient grouting section of roof

    图  9  注浆补偿锚索锚固力

    Figure  9.  Grouting compensation for anchorage force of anchor cable

    图  10  不同注浆条件NPR锚索锚固情况

    Figure  10.  Anchorage of NPR anchor cable under different grouting conditions

    图  11  他白依隧道数值模型

    Figure  11.  Numerical model of Tabaiyi tunnel

    图  12  不同锚索数目围岩变形

    Figure  12.  Deformation of surrounding rock with different number of anchor cables

    图  13  不同数目NPR锚索围岩位移及拱架应力

    Figure  13.  Different number of NPR anchor cables for rock displacement and arch stress

    图  14  数值模拟及现场实验锚索数目-位移曲线

    Figure  14.  Numerical simulation and field experimentation of anchor number-displacement curves

    图  15  双梯度注浆浆脉分布

    Figure  15.  Double gradient grouting process

    图  16  他白依隧道NPR锚索支护方案

    Figure  16.  NPR cable support scheme for Tabaiyi Tunnel

    图  17  他白依隧道原支护与NPR锚索支护围岩变形

    Figure  17.  Deformation of the original support and NPR anchor cable support surrounding rock in Tabaiyi Tunnel

    表  1  全岩矿物成分相对含量统计表

    Table  1.   Statistical table of relative contents of mineral components in whole rock  %

    编号 矿物含量
    石英 钾长石 斜长石 岩盐 云母 黏土矿物
    1 11.1 0.2 17.8 1.2 13.2 56.5
    2 12.4 0.7 14.8 1.9 17.6 51.9
    3 13.8 0.5 18.6 0.9 8.7 57.4
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    表  2  黏土矿物成分相对含量统计表

    Table  2.   Statistical table of relative contents of clay mineral components  %

    编号 黏土矿物相对含量
    S I/S I K
    1 1 46.1 52.5 0.4
    2 0.8 32 66.9 0.3
    3 2.1 41 56.2 0.7
    注:S—蒙皂石类;I/S—伊蒙混层;I—伊利石;K—高岭石。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-10
  • 修回日期:  2023-08-31
  • 刊出日期:  2023-12-31

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