系统支护

系统支护（精选十篇）

系统支护篇1

煤巷锚杆支护是一项隐蔽性很强的工程,设计是否合理、施工质量是否合乎要求和可靠、巷道围岩是否稳定,人们难于直接察觉,锚杆的支护质量一直是研究的重点,它事关巷道的使用安全和围岩稳定[1]。目前已有的锚杆测力计能测出极限抗剪力及评定锚杆的安装质量,并不能测出实际受力大小及其变化,它们虽已在许多煤矿得到了应用,但都存在着人工井下记录数据不方便、测量结果容易受人为因素影响、不能保证定时采集等弊端[2]。国外采用不同的原理研制出了一些该类型的仪器,但这些仪器价格一般比较贵,影响了推广使用。因此,在传统的应变式锚杆测力仪的基础上,笔者研制了一套锚杆支护巷道安全监测系统,该系统可以测出锚杆在不同时期的受力大小及分布情况等数据,依此分析围岩应力变化状况,具有采集数据灵敏度高、能自动记录测量力值和自动定时测量数据等特点。

1 系统结构

锚杆支护巷道安全监测系统以单片机为核心,与PC机构成上下位机控制结构,分为测力传感器、拉力测试仪、测试系统软件等部分。拉力测试仪将被测信号通过模拟电压变换后经A/D转换得到数字信号,再通过内部单片机完成对数字信号的运算、存储、显示等功能。测力传感器安装在矿井巷道壁上,将锚杆受力值转换为线性变化的电信号,其满量程输出电压约在10 mV范围内。PC机主要完成人机交互界面的管理、系统编程、图形功能、参数设定及自诊断等功能,并通过串行通信口读取拉力测试仪的数据,进一步分析锚杆的受力状况及其变化趋势。锚杆支护巷道安全监测系统结构如图1所示。

2 测力传感器

测力锚杆在国内应用较多,作为测力装置,测力锚杆一方面监测锚杆受力状态,同时还作为支护材料保护巷道,这种测力装置的缺点是回收、重复利用困难。本系统设计了专用测力传感器,即将电阻应变片贴在测力传感器内,传感器套在锚杆的外露端头上并用螺帽固定,锚杆受力通过测力传感器作用到夹板上。测力传感器可以任意拆卸和安装,重复使用。测力传感器内部由4块应变片构成全桥电路,其中R1和R3为纵向排列,反映受力情况;R2和R4为横向排列,起补偿作用,如图2所示。当测力传感器受力时,该传感器的应变体产生弹性变形,电阻应变片也随之产生变形,其电阻值按比例变化,通过电桥电路获得微小电压的变化,该电压值经拉力测试仪中前置放大器放大和调零电路后,送多路模数转换器转换为相应的数字量,再经单片机计算后就可以得到锚杆承受的载荷量值,同时按日期时间记录测量的数据,以便以后送计算机分析处理[3]。

图2中,根据等臂电桥测量电路原理:

式中:U1为供桥电压;R为应变片的电阻值;ΔRi为应变片Ri的阻值变化;S为应变片的灵敏度系数;εi为应变片Ri的横向应变。

由于锚杆使用量较大,为减少仪器成本和简化布线,本系统采用1台拉力测试仪循环检测多个测力传感器的方案。在检测锚杆受力情况的同时,还必须自动记录当前测力传感器的序号,故笔者在测力传感器中设计了传感器序号识别电路,即采用在不同的传感器中给定不同的偏压来识别的方式。具体实现方法是在激励电压之间并联1个分压电位器,通过拉力测试仪采集可调电阻上的电压,经过A/D转换得到传感器的序号。

3 拉力测试仪

拉力测试仪由单片机、A/D转换模块、数据存储模块、硬件时钟模块、人机界面模块和通信模块组成。其中,单片机作为应用系统的控制中心,完成多路信息(压力)的实时采集,以及对采集的数据进行数字滤波、求平均值、分时存储,并根据主机发送的控制参数、被测对象的压力参数进行调节控制。

3.1 压力数据采集电路

在压力测量电路中,压力传感器是承压值测量的关键元件,为了实现要求的压力伺服精度,且考虑到整个系统的实现成本,经过实际比较选型,采用了高精度电阻应变式载荷传感器。压力信号经拾取后,经仪表放大器将信号放大调理,再以差动方式输入到12位高精度A/D转换器,将其模拟信号转换成数字信号,再经SPI串行总线送入微处理器进行数据标定及相关处理,得到实际压力值,实现高精度的压力测量。压力数据采集电路如图3所示。

3.2 人机界面模块

由于系统需要实现显示各种信息,采用了大屏点阵图形液晶显示模块。为了方便MCU操作,采用512 KB的存储器存储系统需要的16×16点阵汉字字库、界面显示背景图等。由于该液晶显示模块内置了SED1335控制系统,对液晶显示模块的控制实际上变为与SED1335控制系统进行接口通信的过程,简化了系统对液晶显示的控制。系统中设有多个功能键,键盘采用矩阵形式排列,按键设置在行列式交点上,通过键盘可实现人机对话,向装置系统输入相关参数和控制命令。

3.3 时钟数据存储

采用CS1161作为系统参数的存储芯片,有效地解决了系统中参数数据非易失存储问题,可以实现系统零点跟踪及智能式自身校正功能。系统正常运行时,各种设定参数及运行时的重要参数均保留在CS1161中。当系统重新启动后,会自动从CS1161中读出预先设定的系统参数,实现了掉电数据自动保护,此外,CS1161还有WatchDog及低压鉴别复位功能。选择FLASH存储器Am29F040对液晶显示的背景图、汉字库字模及保存试验过程中的相关试验数据进行固化。试验控制器选用PCF8563芯片作为系统时钟电路芯片(PCF8563芯片是一款工业级内含I2C总线接口的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片),实现了记录每次试验的时间。

3.4 通信控制传输

现场采集与计算机监测平台之间采用Modem芯片MSM7512B传输数据,实现采集模块的远距离数据传输。MSM7512B具有抗干扰能力强、功耗低、外围电路简单、可靠性高等优点[4],传输方式为半双工,传输速率为1 200 bps。它使用单一+5 V电源,外围电路简单,且直接输出TTL电平,可以很方便地与计算机RS232接口或单片机实现点对点的通信。通信控制传输电路如图4所示。

由于Modem只能采用半双工的工作模式,为了实现单片机与计算机数据的双向传输,传输转换模块必须能实现按一定的数据格式来切换2个电路的收发状态。当调制信号从MSM7512B的AI口进入时,为使交流信号不失真,在AI与AO间加上1个电阻将AI口直流电压钳位在+2.5 V,MSM7512B前面的电容隔离输入信号中的直流成分,耦合变压器的2个稳压二极管起过压保护作用。而调制信号从AO口输出时希望输出电阻越小越好,从而选用双四路开关来短接该电阻,实现了自动切换。当RS引脚为低电平有效时,MSM7512B处于FSK发送模式,同时双四路开关的A脚被拉低,输出的调制信号直接从AO口发出。而当RS引脚为高电平时,MSM7512B处于FSK接收方式,调制信号通过另一线路进入AI口。监测计算机传送的调制信号经过MSM7512B解调后发送给采集模块,根据计算机的不同指令要求,在适当的时候协调2个半双工器件的正常工作。

4 系统软件设计

系统软件设计包括单片机应用软件和PC机应用软件的设计。单片机应用软件实现了定时数据采集、数字信号处理、存储、显示、通信处理等功能,由主程序、外部中断程序、串行口中断程序3个模块组成。主程序主要由中断方式、串行口方式、定时器方式等初始化、RAM、ROM、CPU运算、I/O检测、数据处理、数据存储判断、液晶显示等模块程序组成。外部中断程序利用硬件实时时钟定时触发单片机的外部中断,实现控制系统A/D的采集频率。串行口中断程序实现单片机与主机之间的信息和数据交换。PC机应用软件主要是对数据作进一步的处理,实现实时监测、动态显示、历史数据查询、曲线绘制、报表显示以及打印输出等功能。PC机应用软件采用VB6.0编写,其结构如图5所示。

图5中,实时采集监测模块可实现对选定的某些采集区数据进行循环采集,或针对某采集区数据进行各种频率的自动采集、手动采集,并可远程控制采集区电源、数据与传输以及进行线性标定、传感器校正操作。模拟显示模块在设定参数的条件下,可实现数据模拟动态显示和统计。数据显示及管理模块可显示状态变化曲线、历史数据的管理以及报表的输出等,供监控中心评估矿井的安全生产状况及分析可能出现的安全隐患。灵敏度调节和电源控制模块使系统可以在不同的明暗度环境下随时调节采集灵敏度,以准确采集有关数据,并准确管理电源的开启和关闭。

5 结语

该新型锚杆支护巷道安全监测系统的研制成功为加强顶板岩层的有效控制、实现连续监测、分析研究锚杆的工作受力状况提供了科学的手段。系统经过实验室试验,主要技术参数:工作电压为DC 9 V,最大量程为500 kN,液晶直读显示方式,分辨率为50 N,测量误差<5%,防爆型式为本安型。实验表明,系统传感器灵敏度较高,工作稳定可靠,安装和拆卸简单方便;拉力测试仪可自动采集、处理、存储数据,存储的数据可长期保存且自动读取传感器序号,简化了在井下的测量工作;对历史数据进行查询、统计分析等功能为进一步分析顶板和围岩提供了依据。

参考文献

[1]霍志芳,徐延峰.应用测力锚杆测试围岩应力[J].西安矿业学院学报,1999,19(9).

[2]史成平,柳昌庆,王顺新.新型便携式锚杆测力仪[J].煤炭科学技术,2000,28(7).

基坑支护形式-土钉墙支护是什么？篇2

土钉墙支护是一种新型的基坑支护形式，起到对土体原位加固的作用，它是由被加固的原位土体，设置在土体中的土钉群和喷射钢筋砼面层所组成的一种复合的、自稳性能好的、类似重力式挡墙结构的支护体系，以抵抗墙后土压力和其它作用力，从而使边坡维持稳定。

土钉墙支护是一种被动受力支护形式，只有土体发生变形时土钉才受力，因此土钉支护的基坑一般不超过2层地下室。在北京西客站采用土钉墙支护深度达17米。当在有限放坡情况下，土钉墙支护与预应力锚杆联合应用时，基坑支护深度可增加些，造价也有所节省。

土钉可分为成孔注浆土钉和打入式土钉两种。为了使土钉与面层有效地连接，故应设置承压板和加强筋等构造措施。

土钉孔注浆宜用水泥净浆或水泥砂浆，其强度不宜低于20MPA，土钉长度宜为基坑开挖深度的0.5~1.2倍，长度不宜小于6米，当长度由6米增加到15米时安全系数剧增;当长度大于15米时安全系数趋于常数，

土钉间距宜为1~2米，土钉与水平面的夹角为5~15°时安全系数增大，当大于15°时安全系数减少。

土钉墙适于地下水位以上或者经过降水后的人工填土、粘性土、弱胶结砂土。由于成孔的原因土钉墙不适于含水丰富的砂土层和卵石层。土钉墙也不适用于自稳能力差的淤泥、淤泥质土夹粉砂薄层、饱和软弱土层，更不适于对变形有严格要求的深基坑工程。但是当基坑变形有严格要求时，也可在土钉支护中配合使用预应力锚杆，通过土钉、锚杆、面层共同对基坑土体构成管箍作用，遏制基坑的变形。

许多工程的经验说明土钉墙支护的破坏几乎均与地下水的作用有直接的关系，它使土体软化，引起局部或整体破坏，因此，土钉墙支护必须做好降水，且不能作为挡水结构使用。

系统支护篇3

关键词：净空收敛应力支护效果钢架应力

1 概述

天恒山隧道工程设计为上下行分离式隧道是哈尔滨绕城公路东北段的重要组成部分，其上行线的起止桩号为K88+320～K89+980，长1660m，下行线起止桩号K88+325～

K90+015，长1690m。有效净宽为2×3.75+0.75+1.25+

2×1=11.5m。隧道处于地面侵蚀较强以及起伏较大的岗阜状平原区，呈坡缓、顶平漫岗式，局部呈“V”型冲沟发育。隧道穿越的底层主要是粘性土，局部为细砂、中砂层，隧道围岩为Ⅴ级和Ⅵ级围岩。隧道采用复合式衬砌结构，初期支护以钢拱架、钢筋网、喷射混凝土及锁角锚管组成联合支护体系，二次衬砌全部为模筑钢筋混凝土结构[3]。

2 现场试验

2.1 监控量测的内容与方法在拟定天恒山隧道试验段检测的内容和方法的时候，主要依据了《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）以及隧道的结构特点、施工工艺和地质情况，主要包括量测围岩压力、净空收敛、初期支护和二次衬砌之间的接触压力以及二次衬砌的净空收敛等[4]。

2.2 监控量测断面及测点布置该试验段监测项目包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力。

初期支护阶段监测项目主要包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力、纵向连接筋应力[2]，其元件布置见图1。

第一，净空收敛监测。根据现场施工方法，将全站仪反光贴膜埋设于上台阶拱脚处，在开挖隧道的过程中，采用TCRA1102全站仪对净空变化进行监测。将净空收敛监测测点埋设于两侧墙中，在开挖隧道的过程中采用SWJ-Ⅳ收敛计对净空变化予以检测。第二，拱部下沉检测。将全站仪反光贴膜埋设在拱顶、拱顶偏左以及上台阶拱脚四个部位，在隧道的施工过程中，采用TCRA1102全站仪对拱部下沉情况进行监测。第三，围岩压力监测。为了对隧道施工过程中围岩压力的变化进行监测，应当将钢弦式压力盒埋设在拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙底、仰拱、围岩与钢架间。第四，喷混凝土应变监测。为了对隧道施工过程中喷射的混凝土力学状态变化进行监测，应当将振弦式混凝土应变计埋设在拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙底、以及仰拱的五个部位[5]。第五，钢架应力监测。为了对隧道施工过程中的钢架力学状态变化进行监测，将钢架表面应变计埋设于拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙底、以及仰拱的五个部位。

3 监测结果与分析

在对S0围岩试验段的支护结构进行了一个多月的受力和变形检测结果分析后，显示各项测试数据处于基本稳定状态，通过分析监测数据得出如下结论：

第一，总体趋势。将测试元件埋设后15-20天左右，各项数据显示其趋于稳定，说明隧道围岩在初期支护施工后20天左右即进入稳定状态，此时可进行二衬。

第二，净空收敛。上台阶拱脚的收敛值大于最大开挖线处的收敛值，在监测初期，随着重点工序的实施，两个部位的收敛值的收敛变形急剧增长，随后缓慢增长，最后趋于稳定[1]。

第三，拱顶下沉。隧道的拱部表现为整体下沉，其下沉值大致相同。下沉量在监测初期增长较快，拱部随着中台阶和仰拱的开挖下沉急剧增长，随后缓慢增长，最后而趋于稳定[5]。在下沉过程中，开挖引起的沉降值从大到小分别是开挖上台阶、开挖仰拱、开挖中台阶。

第四，围岩压力。两个断面围岩的最大压力值都出现在左右两侧墙角或仰拱处，其他部位的围岩压力多处于0.1Mpa以下，这与墙角处承受较大的形变压力有关。在变化过程中多数部位的围岩压力增强相对缓慢，现在已经基本稳定。

第五，喷射混凝土应力。喷射于两个断面的混凝土，以压力为主，出现拉应力的只有墙角，由于所受的拉应力都没有超过喷射混凝土的设计抗拉强度，因此拉应力较小。相对而言，隧道拱部混凝土的应力加大，而边墙处较小[6]。

4 结论

①本报告仅把现阶段的量测工作做一总结，只对S0围岩试验段初期支护监测数据作了分析，下一阶段将继续对围岩的稳定性和支护效果进行长期监测。

②下一步将结合工程进展，进行S5围岩的试验工作[1]。

③同时将采用数值模拟的手段，对粘土质隧道系统锚杆的作用进行理论分析。

参考文献：

[1]张向东，张树光，刘松.锚杆支护配套技术设计与施工[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程喷锚支护原理和设计[M].北京：中国铁道出版社，1980.

[3]韩瑞庚.地下工程新奥法[M].北京：科学出版社，1987.

[4]王梦恕.大瑶山隧道——20世纪隧道修建新技术[M].广州：广东科技出版社，1994.

[5]王梦恕.地下工程浅埋暗挖法技术通论[M].合肥：安微教育出版社，2004.

[6]孙钧.地下工程设计理论与实践[M].上海：上海科学技术出版社，1996.endprint

摘要：本文以天恒山隧道工程为背景，对其隧道不设锚杆的情况下的支护效果进行试验研究。其中包括净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力，以实际测量数据为根据，对其进行客观评价，得出了相关结论。

关键词：净空收敛应力支护效果钢架应力

1 概述

K90+015，长1690m。有效净宽为2×3.75+0.75+1.25+

2 现场试验

2.2 监控量测断面及测点布置该试验段监测项目包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力。

初期支护阶段监测项目主要包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力、纵向连接筋应力[2]，其元件布置见图1。

3 监测结果与分析

在对S0围岩试验段的支护结构进行了一个多月的受力和变形检测结果分析后，显示各项测试数据处于基本稳定状态，通过分析监测数据得出如下结论：

4 结论

①本报告仅把现阶段的量测工作做一总结，只对S0围岩试验段初期支护监测数据作了分析，下一阶段将继续对围岩的稳定性和支护效果进行长期监测。

②下一步将结合工程进展，进行S5围岩的试验工作[1]。

③同时将采用数值模拟的手段，对粘土质隧道系统锚杆的作用进行理论分析。

参考文献：

[1]张向东，张树光，刘松.锚杆支护配套技术设计与施工[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程喷锚支护原理和设计[M].北京：中国铁道出版社，1980.

[3]韩瑞庚.地下工程新奥法[M].北京：科学出版社，1987.

[4]王梦恕.大瑶山隧道——20世纪隧道修建新技术[M].广州：广东科技出版社，1994.

[5]王梦恕.地下工程浅埋暗挖法技术通论[M].合肥：安微教育出版社，2004.

[6]孙钧.地下工程设计理论与实践[M].上海：上海科学技术出版社，1996.endprint

关键词：净空收敛应力支护效果钢架应力

1 概述

K90+015，长1690m。有效净宽为2×3.75+0.75+1.25+

2 现场试验

2.2 监控量测断面及测点布置该试验段监测项目包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力。

初期支护阶段监测项目主要包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力、纵向连接筋应力[2]，其元件布置见图1。

3 监测结果与分析

在对S0围岩试验段的支护结构进行了一个多月的受力和变形检测结果分析后，显示各项测试数据处于基本稳定状态，通过分析监测数据得出如下结论：

4 结论

①本报告仅把现阶段的量测工作做一总结，只对S0围岩试验段初期支护监测数据作了分析，下一阶段将继续对围岩的稳定性和支护效果进行长期监测。

②下一步将结合工程进展，进行S5围岩的试验工作[1]。

③同时将采用数值模拟的手段，对粘土质隧道系统锚杆的作用进行理论分析。

参考文献：

[1]张向东，张树光，刘松.锚杆支护配套技术设计与施工[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程喷锚支护原理和设计[M].北京：中国铁道出版社，1980.

[3]韩瑞庚.地下工程新奥法[M].北京：科学出版社，1987.

[4]王梦恕.大瑶山隧道——20世纪隧道修建新技术[M].广州：广东科技出版社，1994.

[5]王梦恕.地下工程浅埋暗挖法技术通论[M].合肥：安微教育出版社，2004.

隧道支护体结构健康监测系统的构建篇4

近年来, 我国的建筑工程行业获得了很大的发展, 其在很多建筑结构施工中都应用了先进的施工技术, 在施工方法上也进行了改变, 因此, 对隧道工程施工的结构安全性进行监测成为了检验隧道安全的重要措施。隧道施工取得了很大的进步, 同时, 在施工健康监测方法也取得了很大的进步, 对现有的施工技术情况进行掌握, 更加系统和全面的对采集传输进行更好的利用, 在进行采集的时候, 可以对施工现场的化学成分相关信息进行收集, 然后对施工过程中可能存在的风险进行识别, 这样也能提高监测的准确性。隧道施工过程中, 一定好保证施工的安全性, 这样不仅仅能够更好的提高施工企业的信誉, 同时, 也能促进隧道工程建设获得更好的发展。现在, 对隧道施工进行监测是有一些方法的, 隧道施工安全监测与其相比存在很大的差别, 其在发展过程中实现了更加系统、全面的发展, 经济性方面也非常好。

2 隧道施工健康监测系统组成探讨

隧道健康监测系统在利用过程中实现了在施工前、施工中和施工后的健康监测, 在施工前, 健康监测能够对出现的风险进行识别, 同时, 也能将出现的风险进行排除;在施工中, 健康监测能够对施工中出现的任何情况都进行了解;在施工后, 能够保持观测角度对隧道健康监测系统进行分析, 对系统的组成情况进行掌握。

隧道是非常特殊的施工工程, 在施工过程中面临的问题也非常多, 对出现的问题及时发现进行处理, 对保证施工的安全性非常有利。在施工前, 对开挖的风险进行监测, 同时进行提醒, 这样能够促使整个施工是在安全控制状态下进行施工, 施工前要对施工地点的地质进行分析, 在确定没有安全隐患的情况下, 制定施工组织计划, 避免出现盲目施工的风险。隧道在施工过程中, 开挖工程具有的风险非常大, 开挖过程中非常容易遇到瓦斯、地下水以及地质构造破碎的情况, 为了更好的提高安全性, 在施工中可以对先进的技术进行利用, 对提高隧道施工工程的监测和应急能力非常有利。

对施工人员和施工设备进行监测, 对可能出现的风险可以进行有针对的预防, 监测风险的时候也能提高其处理的速度。隧道施工现场可视监控系统, 能够对施工现场的情况进行实时的反映, 因此, 相关的管理部门也能更好的对施工情况进行指导。隧道施工人员和设备的使用都要满足安全施工规范, 这样能够确保隧道施工的安全性。隧道施工过程中, 其施工质量的好坏和构造的尺寸以及位置有很大的关系, 因此, 对构造的尺寸和位置要进行有效的控制, 在施工中对其进行很好的观察, 对出现的问题及时解决。

3 隧道支护与围岩结构体系分析

对施工经验进行总结, 得出了理想的支护体结构, 其应该满足两个方面的要求, 要保证支护体能够和周围的围岩紧密的结合, 这样能够将支护结构和围岩作为一个完整的结构进行施工;支护体在使用的时候要能够和围岩共同产生形变, 而且这种形变要保证是有限的, 支护体要能够对围岩的变形量进行控制, 对围岩的承载能力进行充分的利用。因此, 隧道施工中, 支护体的结构采用了柔性支护结构, 这样能够和围岩实现紧密联系, 同时, 也能给围岩提供必要的支护能力。

支护体钢构件通常是钢拱架和格栅拱架, 钢拱架一般都是由槽钢或者是工字钢弯制而成, 而格栅拱架通常是由螺纹钢筋弯曲焊接而成, 这种钢结构虽刚度非常低, 在施工中, 对围岩的支撑效果也不明显, 但是, 其在施工中能够和混凝土紧密结合为一体, 能够形成完整的钢筋混凝土结构, 对提高支护结构的刚度有非常明显的效果, 同时, 也能更好的发挥结构的施工作用。格栅拱架在施工中非常的方便, 重量也非常轻, 因此, 在安装过程中也具有很多的优点。刚度较大的拱架能够在支撑效果方面非常明显, 同时, 也能避免出现围岩早期变形的问题。型钢结构拱架在施工中具有很多的优点, 但是, 其在制造过程中要面临很多的问题, 其在制作过程中由于本身的刚度较大, 弯曲的过程比较困难, 而且, 重量方面也比较大, 在搬运和安装过程中要面临的问题非常多, 因此, 钢拱架一般都是应用在特殊地质结构中, 避免出现围岩早期变形过大的问题, 同时, 在稳定性方面也能发挥很大的效果。

4 针对隧道支护体的健康监测技术分析

4.1 隧道支护体健康监测系统的组成

实际的监测系统一般应包括以下几个部分:现场监测。由就地安装的现场传感器和自动采集单元构成, 结合目前先进的传感技术, 利用先进有效的信号处理技术, 实现数字化的信号采集和分析处理。通信与传输。在隧道里利用各种有线和无线传输方式, 结合网络等远程传输设备将数据传输到监控中心。通过各种检测方法对隧道结构的变形与受力情况进行监测, 及时提供围岩沉降和变形信息, 及时预见事故和险情。

4.2 隧道结构健康监测参数

隧道结构健康状态监测需要从隧道结构中提取能反映结构特性的参数信号, 如应力、应变、温度、变形、位移等信号, 所以隧道结构安全监测主要应该集中在以下方面。监测位移, 为了了解隧道断面的变形情况可以检测隧道的周边收敛、纵向位移及洞口地表沉降等位移情况, 依此来判断隧道结构的稳定性。

5 支护体健康监测系统设计

隧道支护体结构健康监测不同于目前工程上常用的应力监测, 旨在监测支护体内部受力钢结构是否与设计位置一致、受力钢构件细部结构是否受到损害、施工完成后乃至运营期间, 位于复杂地质结构处的结构体是否稳定无变形。即系统应该包括三个子系统:支护体结构完整性检测、支护体结构损伤监测以及支护体拱顶变形沉降监测。为实现系统目标, 设想三个子系统技术实现总体思路及要解决的技术关键分别是:支护的结构完整性检测子系统:拟利用在隧道地质超前预测时得到的隧道两侧的雷达波数据, 通过杂波抑制处理和参数估计得到支护的完整性信息。该方面的技术关键在于如何提高接收振动反射波的识别质量, 形成易于操作、效果好的构造物定形定位技术。支护体结构损伤监测子系统:该系统目的是实现较为精确的支护体结构是否受到损伤监测值, 为后续施工和防护提供有效的数据支持。支护体沉降变形监测子系统:该子系统目的是较传统隧道变形监测方法在测量精度、设备组成与安装上进行简化。技术关键是设备组装与分析集成技术。

6 结束语

文章对隧道施工前期存在的安全风险进行分析, 对隧道施工健康监测系统构成进行分析, 对影响健康监测的问题进行深入讨论, 对支护体结构的重要性和支护检验的必要性进行分析, 提出了隧道结构健康监测系统的总体设计方案和技术措施。

摘要：结构健康监测是为了实现结构无损伤监测, 在这个过程中使用了很多的方法对现场无损传感器采集到的数据进行结构系统特性分析。隧道结构和其他建筑形式存在着很大的不同, 因此, 在施工中, 隧道支护体和围岩之间存在着相互作用的情况, 而且情况比较复杂, 这样就导致结构健康监测在隧道施工中应用非常缓慢。随着新技术和新理论的出现, 隧道结构也发生了很大的改变, 对其进行结构健康监测也慢慢成为了隧道安全管理中非常重要的组成部分。

关键词：隧道支护结构,健康监测系统,构建

参考文献

[1]林强.隧道支护体结构健康监测技术研究[D].长安大学, 2010.

[2]李明.山岭隧道与地下工程健康评价理论研究及应用[D].西南交通大学, 2011.

[3]丁勇, 施斌, 隋海波.隧道结构健康监测系统与光纤传感技术[J].防灾减灾工程学报, 2005, 04:375-380.

基坑支护合同篇5

组长姓名： (以下简称乙方)

根据基础工程建设施工需要，甲方将**9#楼基坑支护的人工费承包给乙方，为了确保工程安全、质量，加快施工进度，明确双方责、权、利，经甲乙双方协商特制定如下条款：

一、承包方式及其它

1、承包内容：基坑支护

2、承包方式：人工费

3、质安要求：质量达到设计要求，无安全事故发生。

二、甲方责任

1、组织乙方成员进行技术交底和职业道德方面的学习。

2、负责向乙方提供住宿和施工材料及施工场地。

3、按设计要求及国家验收规范质量标准对乙方施工任务进行验收。

4、按本协议的单价根据现场实际工程量对乙方办理结算。

5、监督乙方对人工工资发放到每个工人人头。

6、对乙方各种违章行为进行制止、查处，并按规章制度进行奖惩。

三、乙方责任

1、组织本组人员进行技术交底，安全教育。

2、保证按甲方要求的质量和工期完成所承担的施工项目的内容并管理、合理使用所提供的原材。

3、必须无条件服从甲方现场管理人员的管理。

4、参加甲方组织的工序检查，分项质量检查评定;对检查部位质量有异议，必须向项目负责人提出解决，决不允许发生冲突。

5、乙方必须安全生产，安全事故(经济损失￥10000.00元以内)由乙方自行负责。

四、违约责任

1、若因甲方原因造成乙方停工，甲方给予乙方一定数量的生活费补助。

2、若因乙方原因造成停工，延误工期等，乙方必须承担甲方的一切经济损失(总承包的工期罚款及机具的租赁费等)。

3、本协议一式二份，甲、乙双方各执一份，双方签字后生效，结算办理并付清费用后自行作废。

序号工作内容单价

1、基坑支护人工费全包，含扎丝、电焊条、切割片等临星材料。20.00元/㎡

2、机械进出场费用由乙方承担。

3、

附：单项工程计价表：

甲方负责人：乙方负责人：

经办人：经办人：

系统支护篇6

摘要：近年来，随着经济建设的高速发展，高层建筑在各地大量兴建，地下空间的利用也越来越得到普遍重视。而随着城市建筑密度的加大以及市政道路网络的日益发达，深基坑开挖的地形条件变得越来越复杂，对深基坑支护体系的设计和施工也提出了更高的要求。本文在此以土钉支护为例对深基坑支护施工技术要点做了详细的研究。

关键词：土钉墙；深基坑；质量

一、土钉支护的原理及施工技术指标

土钉支护是以土钉作为主要受力构件的边坡支护技术，它通过浆体与土体外界面上的粘结力，沿土钉全长为基坑边壁土体提供连续支护抗力，不仅将欲滑移土体的侧向压力传递给稳定土体，同时也对滑移土体进行内加固，从而给土体以约束并使其稳定，最大限度地利用边壁土体的自承能力。

复合土钉墙目前尚无技术标准，其主要组成要素普通土钉墙、预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩等应符合国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 等技术标准的要求。另外，微型桩一般桩径Φ250～Φ300，间距0.5～2.0m，骨架可采用钢筋笼或型钢，端头伸入坑底以下2.0～4.0m。竖向钢管一般Φ48～Φ60，壁厚3～5mm。复合土钉墙在水位以下和软土中，采用Φ48、厚3.5mm 钢花管土钉，直接用机械打入土中，并从管中高压注浆压入土体。

二、土钉支护施工工艺要点

1、土方开挖

（1）土方开挖因采用自上而下方式开挖，每层开挖的深度应控制在土钉以下0.5 m 左右，第一层开挖分段长度不应长于15 m，第二层不应长于10 m。

（2）开挖时采用洛阳铲成孔，成孔时适当带水钻进，开钻时应低压慢钻，当钻头全部进入土层后，方可加大压力钻进，土质较差时，开挖长度不应长于5 m，并采用跳打法施工。

（3）为控制钻孔的难度，宜沿着深层搅拌桩搭接处开孔，既容易穿过桩体又不至于钻断已有深层搅拌桩。

（4）为确保钻孔的准确性，钻孔前采用经纬仪、水准仪、钢卷尺等进行土钉放线确定钻孔位置，土钉布孔距允许偏差为±50 mm，成孔采用锚杆钻机，成孔中严格按操作规程钻进，孔径允许误差±10 mm，钻孔偏斜度不大于30%，孔深允许偏差为±50 mm，倾角5 °～15 °。

（5）在基坑下层土方开挖施工时，须等混凝土强度达到设计要求强度的70%后，才能进行下层土方的开挖和土钉支护施工。

2、初喷混凝土

在基坑土方开挖出施工作业面并经整平后，应及时进行坡面的混凝土初喷施工。采用标号为C20 的混凝土，其配比为水泥∶碎石∶砂子=l∶2∶2，水灰比为0.46 左右，碎石粒径控制在5～12 mm，喷射压力控制在0.3～0.4 Mpa，厚40 mm，及时封闭暴露在外的土体。

3、土钉设置

（1）土钉的制作应严格按设计选准材径、长度下料，误差允许值为±20 mm，稳中架每个间距1.5 m，焊牢。

（2）土钉安装前应进行锚杆长度复核、验收，安放时，应避免杆体扭压、弯曲，注浆管与土钉锚杆一起放入孔内，注浆管应插至距孔底0.5～1.0 m 处。

（3）为保证注浆饱满，在孔口部位设置浆塞及排气管，D48 钢花管土钉直接注浆。

（4）土钉水平间距误差不大于150 mm。

4、清孔

在土钉锚管压入土体过程中，压力作用下会有一定量的淤泥进入管中，进入的淤泥如不在注浆施工前及时清除，会严重影响注浆施工的质量及土层锚杆的承载力。因此，在注浆前须采用高压空气分段吹净孔内残留及松动的废土，以保证注浆施工的良好质量。

5、注浆施工

（1）注浆采用水泥砂浆材料进行，采用早强型硅酸盐42.5号水泥，水灰比为0.45～0.55。

（2）在注浆过程中，从底部开始先高速低压进行，当孔口开始溢出水泥砂浆后，再从孔口进行低速高压注浆。

（3）为保证浆液能充分挤满孔壁，一般要加压四次以上，注浆压力控制在0.6～0.8 MPa 的范围内，二次注浆须在一次浆液初凝后终凝前进行，二次注浆压力大2.5 MPa。

（4）在向锚管孔内进行注浆前，应预先求算出注浆施工所需的水泥砂浆体积，然后根据注浆泵的冲程数确定向孔内注入的浆体实际体积，以确定锚管注浆施工的孔内充填密实程度，一般锚管实际注浆量必须是管内体积的2 倍以上。

6、钢筋网施工

混凝土护壁终喷施工时，采用一层6@200×200 的钢筋网，编网过程中，钢筋网规格为双向钢筋网片，钢筋直径6.5，网片规格为@250 双向，竖筋与水平钢筋之间则采用20#双股扎丝连接固定，钢筋搭接绑扎长度不短于200 mm，钢筋搭接焊接长度不短于10 D（D 为相应钢筋直径）。

7、终喷混凝土

（1）在混凝土终喷施工前，应先全面清除初喷混凝土面层上的松散碎屑和浮浆，并洒水冲洗干净。

（2）喷射混凝土时，其喷射距离应控制在1.0～1.2 m 内，并由底部逐渐过渡到上部进行，一般应垂直指向坡面进行喷射，在喷射时应注意观察料的水量（不得有干料现象）和回弹情况，及时调整喷浆水量和距离。

（3）应严格掌握喷层厚度，表面平整度要求±30 mm。

三、土钉墙在施工过程中各主要工序质量控制

1、严格控制每层开挖深度

土钉墙的施工应遵循分段开挖、分段支护的原则，在前层工作面开挖结束而土钉尚未设置时，很容易出现局部的塌方甚至导致整个围护结构的破坏，因此在每层土体开挖结束后，要尽快设置土钉。在基坑开挖过程中，测量员要现场架立水准仪进行跟踪监测，把每层开挖深度控制在210m 以内，保证围护结构的稳定。

2、基坑按1：0.2 放坡，在结构开挖后，辅以人工修整坡面，坡面平整度允许偏差为±20mm，在喷射第一层混凝土前应清理坡面。

3、钻孔前进行土钉放线，确定钻孔位置并做出标记。孔深允许偏差为±50mm，孔径允许偏差为±5mm，孔距允许偏差为±100mm。本工程土钉成孔设计倾斜角为8°，在施工中主要采用機械钻孔。

4、为保证土钉钢筋与注浆体之间有足够的握裹力，土钉钢筋应设定位支架，支架为3Φ6mm 钢筋呈圆弧形与土钉焊接沿长度方向每隔1.5m 设置一个。

5、土钉成孔完成后，将孔内残留及松动的废土清理干净，及时安设土钉并注浆；注浆时，将注浆管插至距孔底250mm～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管。当浆液从底部充满至孔口时，还需进行多次加压（压力为3.0MPa），一般不少于2 次，保证浆液挤满孔壁。

6、在钢筋网上设置400mm 长4Ф16mm 钢筋呈井字架形与土钉端部锁定筋焊接牢固。上一工作面与下一工作面的钢筋网的搭接长度应大于300mm并绑扎牢固，钢筋网要在喷射第一层混凝土后铺设。钢筋网片经自检和隐蔽验收合格后，方可喷射第二层混凝土。

7、混凝土面层分两次浇筑完毕，第一层混凝土要保证40mm～50mm的厚度。根据提前埋设的混凝土厚度控制标志，将混凝土墙面层总厚度控制在100mm，并且要保证所有的钢筋网片被覆盖，且钢筋有25mm 的保护层，每一层混凝土在终凝后，要及时予以养护。

8、当上层土钉注浆体及喷射混凝土的强度达到设计强度的70%后，方可进行下层土方开挖。在开挖下一层土方的过程中，严禁挖掘机触碰上层土钉墙结构及预留出来的钢筋网片。

四、结语

系统支护篇7

井下综采工作面的超前支护是保障煤矿安全生产的前提[1]。目前,中国仍有不少煤矿采用悬浮式单体液压支柱与顶梁配合的方式对工作面端头及巷道进行超前支护,能否实时、准确监测悬浮式单体液压支柱的工作状态,直接影响综采工作面端头处的支护质量,进而影响煤矿生产过程的安全。

悬浮式单体液压支柱支撑性能的好坏直接受其密封质量的影响,因此大多数研究是通过检测液压支柱密封质量来对其进行压力检测。何健等[2]研究了检测时间及压降率,为支柱密封质量短时间检测和危险报警提供了可靠依据; 参考文献[3-10]介绍了几种悬浮式单体液压支柱密封检测仪,可显示液压支柱的工作压力、降压比等信息。上述研究均没有提及在顶板周期来压时对悬浮式单体液压支柱的弯曲变形进行检测的装置和方法。本文提出一种悬浮式单体液压支柱监测系统,其能够实时监测综采工作面端头超前支护区域液压支柱的工作状态, 为煤矿一线工人的生命安全和开采过程的安全高效提供保障。

1悬浮式单体液压支柱的静力学分析及支护形式

1. 1静力学分析

悬浮式单体液压支柱的结构特点为承载能力强,活柱体仅受20% 左右的载荷,如图1所示。其中l1为活柱体外伸长度,mm; l2为活柱体与油缸的套接长度,mm; d1,d2分别为活柱体的外径和内径, mm; D1,D2分别为油缸的内径和外径,mm; p为乳化液压力,MPa; N为地面支撑反力,k N; δ1,δ2分别为活柱体和油缸的挠度,mm; F1,F2为套接部分油缸对活柱体的作用力,k N。在现场使用中,一旦工作面顶板周期来压,悬浮式单体液压支柱所承受的压力Fw会突然达到或超过其工作阻力,如果安全阀不能迅速打开或安全阀流量过小,液压支柱会被压弯,为人员逃脱争取宝贵时间[11]。

对于悬浮式单体液压支柱,弯曲变形的静力学分析关键在于活柱体与油缸的套接部分[12]。如图1( b) 所示,活柱体和油缸之间的最大相对位移取决于相应的密封间隙。由于采用空芯结构,活柱体内腔与油缸内腔是相通的,所以二者所受的内压相同,受力如图1( c) 所示。由图1( c) 可看出,液压支柱在受压工况下的最大挠度发生在x = l1处。活柱体最大挠度为[13]

式中: Fmax为液压支柱最大工作阻力,k N; A为活柱体的横断面积,mm2; δ2max为油缸的最大挠度,mm; W为活柱体的断面模数。

1.2工况条件和液压支柱分布

实际应用中,悬浮式单体液压支柱多与顶梁配合对工作面及巷道进行超前支护,其具体实现形式往往取决于工作面巷道的实际条件。例如鹤壁煤业 ( 集团) 有限责任公司三矿采用悬浮式单体液压支柱与3. 5 m长金属 π 型顶梁的支护方式; 宁夏王洼煤矿采取工字钢梁、悬浮式单体液压支柱及一字形铰接金属梁的组合方式,对其E1108大倾角综采工作面的上下端头进行支护[14],如图2所示。

1 - 上端头; 2 - 顶梁; 3 - 悬浮式单体液压支柱; 4 - 液压支架; 5 - 采煤机; 6 - 刮板输送机; 7 - 下端头

2悬浮式单体液压支柱监测系统原理

悬浮式单体液压支柱监测系统主要包括压力传感器、光纤传感器、单片机、LED灯和无线传感器。液压支柱感受到工作面顶板来压时,活柱体腔内乳化液压力升高,压力传感器测量到压力超过液压支柱承受压力时,会控制开关控制电路闭合,将压力信号传送至单片机。单片机控制LED灯报警,并控制无线传感器将压力数据发送至地面监控室。在顶板周期来压期间,液压支柱的安全阀有可能没有及时打开或安全阀流量过小,导致液压支柱被压弯。安装于手把体内的光纤传感器可检测支柱沿任意方向的弯曲压力,并将测量信号转换为电信号发送至单片机,单片机控制LED灯及无线传感器做出响应, 及时提醒井下工人及地面监测人员采用应急措施。

3悬浮式单体液压支柱监测系统设计

3.1压力传感器

压力传感器主要包括隔膜膜片、灌充液、波纹管和螺旋弹簧、导压块和导压杆等。隔膜膜片作为弹性敏感元件,感受活柱体腔内乳化液压力; 灌充液等值传递活柱体腔内乳化液压力; 波纹管和螺旋弹簧将压力值转换为位移,并带动导压块和导压杆做垂直移动。压力传感器工作过程: 隔膜膜片在活柱体腔内乳化液的作用下发生形变,通过灌充液将压力作用于波纹管和螺旋弹簧底部,使波纹管产生垂直向上位移,并带动导压块和导压杆做垂直向上移动, 从而触控上方的开关控制电路。

3.2光纤传感器

光纤传感器包括光源、一定长度的传感或传输用光纤、光接收器[15]。为了在检测液压支柱发生弯曲变形时挠度的同时,检测作用于液压支柱顶盖上的顶板来压,采用微弯式光纤传感器,如图3所示, 其中F为施加外力,l为微弯段长度,Λ 为微弯结构的机械周期。

1 - 上齿形板; 2 - 下齿形板; 3 - 传感或传输用光纤

微弯式光纤传感器由2个相对放置的齿形板组成。2个齿形板之间留有空隙,传感或传输用光纤从空隙穿过,在上齿形板上方施加外力F,光纤在齿形板挤压下产生一定周期性的弯曲变形,光纤的弯曲变形程度随施加外力的变化而变化。齿形板位移与施加外力之间的关系为[16]

式中: ΔT为光强损耗; ΔX为齿形板位移; ΔT/ΔX为灵敏度; Kf为光纤的力学常数; As为光纤截面积; Ys为光纤的杨氏模量; ls为微弯结构的垫片长度。

系统采用的光纤传感器包括光源发射器、3根光纤和光接收器,如图4所示。光源发射器发出光耦合,光纤一将光耦合传至调制区。来自液压支柱任意方向的弯曲压力作用于光纤二上,使其光学性质发生变化,生成被调制的光信号,该信号经过光纤三传送至光接收器。光接收器对接收的光信号进行转换后输出电信号,再通过导线输入单片机。

1 - 光源发射器; 2 - 光纤一; 3 - 光纤二; 4 - 手把体; 5 - 光纤三; 6 - 光接收器

3.3LED报警装置

LED报警装置包括开关控制电路、单片机和LED灯,如图5所示。导压杆垂直向上移动时,触碰开关K1闭合,开关控制电路接通,单片机输入端接收到高电平,输出端输出高电平,NPN型三极管Q导通,电磁继电器K得电,K2被吸合,LED灯点亮, 实现报警。

3.4无线传感器

无线传感器包括编码器、调制解调器、放大器、 RF射频器、天线、环形天线、选频器、放大器、调制解调器、RS422收发器,如图6所示。单片机输入端接收到一定的电平信号后,单片机响应并将信号依次送入编码器、调制解调器、放大器、RF射频器,经天线发射信号,再经过布置于分支巷道和主巷道内的若干射发器将信号发送至环形天线。环形天线将所载信号送入选频器、放大器、调制解调器、RS422收发器,经双绞缆传至地面计算机[17]。

4测试结果分析

选用某型号悬浮式单体液压支柱对该系统的可靠性和准确性进行测试。该悬浮式单体液压支柱具体参数见表1。

根据式( 1) 计算该悬浮式单体液压支柱活柱体的最大挠度,采用系统中安装于手把体凹槽内的光纤传感器采集液压支柱在承受不同压力时的最大挠度数据。理论计算值与测试值见表2。同时,根据测试采集的活柱体最大挠度,采用式( 2) 计算施加外力,结果见表2。

从表2可看出,活柱体实际弯曲值与测试值的最大相对误差为6. 54% < 10% ,表明该系统监测数据准确性较高。

5结语

井下超前支护用悬浮式单体液压支柱监测系统的实验值与理论值非常接近,最大误差在可接受范围内,说明该系统可真实反映液压支柱在承受顶板不同来压时的弯曲变形程度,为支护的安全预警提供准确数据。下一步的研究重点是使系统更智能、更精确和更可靠地监测悬浮式单体液压支柱的弯曲变形。

摘要：介绍了一种井下超前支护用悬浮式单体液压支柱监测系统,阐述了该系统的工作原理及设计方案。该系统能够实现液压支柱压力及弯曲变形检测、LED灯报警和数据无线传输。基于某型号液压支柱的测试结果表明,该系统测量值与理论值之间的误差较小,表明该系统可真实地反映悬浮式单体液压支柱在承受顶板不同来压时的弯曲变形程度,为支护的安全预警提供准确数据。

系统支护篇8

土抗力法m法的具体解法大致有三种:一种是直接用数学的方法解桩(即弹性地基梁)在受荷后的弹性挠曲微分方程,求出桩各部分的内力和位移;另一种是将桩分为有限段,用差分式近似代替桩的弹性挠曲微分方程中的各阶导数式而求解的有限差分法;再一种则是将桩身划分为有限单元的离散体,然后根据力的平衡和位移协调条件,解得桩的各部分内力和位移。简化m法就属于上述三种解法中的第一种。下面对简化m法进行详细介绍[1]。

桩在水平荷载作用下的计算方法,从一个基本微分方程式出发,如图1所示,桩的入土深度为h,桩的宽度为b(或直径),桩的计算宽度为b1。桩顶若与地面平齐(z=0),且已知桩顶在水平荷载Q0及弯矩M0作用下,产生横向位移x0,转角ϕ0。对桩因Q0,M0作用,在不同深度z处产生的横向位移xz,转角ϕz,弯矩Mz,剪力Qz的符号规定为:横向位移xz(即挠度)顺x轴正方向为正值;转角ϕz逆时针方向为正值;弯矩Mz当左侧纤维受拉时为正;横向力Qz顺x轴正方向为正值,如图1所示。在此情况下,桩产生弹性挠曲,梁轴的挠曲与梁上分布荷载q之间的关系式,即桩的挠曲微分方程为:

$E Ι \frac{d^{4} x}{d z^{4}} = - q$ 。

在深度z处,q=σzxb1,而σzx=Cxz,又C=mz,代入上式得:

$E Ι \frac{d^{4} x_{z}}{d z^{4}} = - m z x_{z} b_{1}$ 。

或:

$\frac{d^{4} x_{z}}{d z^{4}} + \frac{m b_{1} z}{E Ι} x_{z} = 0$ (1)

式(1)即为按基床系数假定计算桩的基本微分方程式,可改写为:

$\frac{d^{4} x_{z}}{d z^{4}} = - α^{5} z x_{z}$ (2)

其中,α为桩的变形系数, $α = \sqrt[5]{\frac{m b_{1}}{E Ι}}$ 。

当z=0时,该处的横轴向位移x0,转角ϕ0,弯矩M0及剪力Q0可分别表示如下:

式(1)为一个四阶线性变系数齐次常微分方程,可以求解。

深度z处桩的横向位移值为:

$x_{z} = x_{0} A_{1} + \frac{ϕ_{0}}{α} B_{1} + \frac{Μ_{0}}{α^{2} E Ι} C_{1} + \frac{Q_{0}}{α^{3} E Ι} D_{1}$ (4)

由σzx=Cxz=mzxz,深度z处的桩侧向应力为:

$σ_{z x} = m z (x_{0} A_{1} + \frac{ϕ_{0}}{α} B_{1} + \frac{Μ_{0}}{α^{2} E Ι} C_{1} + \frac{Q_{0}}{α^{3} E Ι} D_{1})$ (5)

深度z处的转角:

$ϕ_{z} = α (x_{0} A_{2} + \frac{ϕ_{0}}{α} B_{2} + \frac{Μ_{0}}{α^{2} E Ι} C_{2} + \frac{Q_{0}}{α^{3} E Ι} D_{2})$ (6)

深度z处的弯矩:

$Μ_{z} = α^{2} E Ι (x_{0} A_{3} + \frac{ϕ_{0}}{α} B_{3} + \frac{Μ_{0}}{α^{2} E Ι} C_{3} + \frac{Q_{0}}{α^{3} E Ι} D_{3})$ (7)

深度z处的剪力:

$Q_{z} = α^{3} E Ι (x_{0} A_{4} + \frac{ϕ_{0}}{α} B_{4} + \frac{Μ_{0}}{α^{2} E Ι} C_{4} + \frac{Q_{0}}{α^{3} E Ι} D_{4})$ (8)

上述公式中的A1,B1,C1,D1,…,C4,D4 16个系数可查表得到。

对于设有多道支撑的桩锚支护系统,在使用简化m法时,首先用结构力学的力法(或位移法)来计算支撑或拉杆内力[2]。以设有两道支撑的桩锚支护为例(见图2),当采用力法求解时,先去掉两个支撑,以两个反力Ra,Rb为基本未知量,从而使该二次超静定结构成为静定的基本体系。根据a,b两个支点的水平变位为零的条件可以建立两个正则方程式:

其中,Ra,Rb分别为相应的两个支点反力;δaa为在Ra=1作用下,基本体系沿Ra方向变位;δbb为在Rb=1作用下,基本体系沿Rb方向变位;δab,δba分别为在Rb=1作用下,基本体系沿Ra方向的变位和Ra=1作用下,基本体系沿Rb方向变位;Δap,Δbp分别为基本体系在土压力作用下,沿Ra,Rb方向的变位。

支护桩在基坑底面以上的悬臂部分可用一般结构力学方法计算其内力,支护桩在基坑底面以下的入土部分计算,在求得支撑力后,可用简化m法计算。对于桩锚支护中的支护桩,可以将其分为两部分:基坑底面以上视为悬臂梁,基坑底面以下视为弹性地基梁[3],见图3。

2 工程算例

基于上述简化m法原理利用MATLAB语言编制双层支撑挡土桩支护计算程序zcjs.m,可以方便地求出桩锚支护的内力及桩顶变形。

上海解放日报大楼包括办公楼(25层)和印刷厂(6层)两个建筑单元,北为印刷厂,南为办公楼。大楼临近上海市繁华的黄浦区,场地东侧为解放日报老办公楼(5层),相隔仅3.0 m。两建筑单元的地下室埋深不一致,办公楼基坑平面尺寸为33 m×33 m,地下室板底标高为-7.5 m,实际开挖深度为7.0 m,印刷厂基坑平面尺寸为28 m×26 m,实际开挖深度为4.5 m。土层自上而下为:①杂填土,厚1.4 m～1.6 m,层底标高为-1.5 m;②褐黄色粉质黏土,层底标高为-2.1 m;③灰色淤泥质粉质黏土,层底标高为-5.50 m,qu=39.9 kN/m2,ϕuu=4.30°,cuu=20 kN/m2;④灰色淤泥质黏土,层底标高为-14.00 m,qu=39.9 kN/m2,ϕuu=2.9°,cuu=25 kN/m2;⑤灰色黏土,层底标高-17.10 m;⑥灰色粉质黏土,层底标高为-45.20 m。

基坑围护采用ϕ600 mm桩长13 m钻孔灌注桩,桩距750 m,两桩之间插一根ϕ200 mm的树根桩,采用ϕ590 mm钢管支撑,钢管壁厚12 mm。

为简化计算,水、土压力采用合算的方法,忽略内聚力后土的等值内摩擦角ϕ=15°。

桩身刚度EI=1.29×105 kN/m2,用公式计算Kpq=0.52。

坑底淤泥质土的地基比例系数取m=2 500 kN/m。

桩的变形系数:

$α = \sqrt[5]{\frac{m b}{E Ι}} = \sqrt[5]{\frac{2 500 \times 1}{1.29 \times 10^{5}}} = 0.454 5$ 。

考虑工况三:第二道支撑已架设,开挖到深7 m。

由于5层老办公楼下有木桩,桩尖在坑底标高,故在计算时,考虑在该标高处作用有q=50 kN/m2均布荷载。

先计算基坑上部桩挡土侧所受的主动土压力,然后采用基于简化m法原理编制的计算程序zcjs.m进行支护桩的内力计算,计算得第一层锚杆支撑力RA=7.1 kN,第二层锚杆支撑力RB=246.9 kN。利用计算程序zcjs.m可算出支护桩各点的弯矩,绘制弯矩图,如图4所示。

利用计算程序zcjs.m算得的桩顶位移为3 mm,而实测桩顶位移为4 mm,不难看出计算程序zcjs.m计算桩顶位移还是比较精确的。

3 结语

基于简化m法利用MATLAB语言编制双层支撑挡土桩支护计算程序zcjs.m可以方便地求出桩锚支护的内力及桩顶变形,而且与实测位移比较接近,是一种计算基坑支护系统内力与变形的好方法。

参考文献

[1]朱彦鹏,张安疆,王秀丽.m法求解桩身内力与变形的幂级数解[J].甘肃工业大学学报,1997,9(3):77-82.

[2]杨波,刘春河,王明武.多层桩—锚支护结构优化设计[J].水利科技与经济,1998,12(4):201-202.

系统支护篇9

关键词：掘进机,超前支护,机械化锚护

一、绪论

近几年来, 煤炭科技工作取得了快速的发展, 科技进步促进了采矿技术的大幅度提高, 科研攻关和技术创新能力不断增强, 煤巷锚杆支护成套技术取得突破性进展, 在减人提效、提高单进、提高掘进机械化程度等方面成效显著。集团公司根据实际生产需要借助企业内、外部的科研力量, 完成了掘进装备升级改造, 替代传统的前探梁超前支护工艺和技术, 提高了掘进的技术实力和创新水平, 实现了安全可靠的机械化锚护作业。

二、传统的前探梁超前支护工艺

采用金属前探梁作为临时支护, 前探梁为2根长4米3寸加厚钢管, 用4套特制钢卡 (工字钢支护为特制老虎爪) 吊挂在前行左右帮第二根锚杆上 (工字钢支护在距梁头1200—200位置上) 均匀布置于工作面。前探梁不断的循环前行, 完成支护功能。但这种支护方式存在着拆装次数频繁, 浪费工作时间多, 效率低, 工人操作劳动强度大, 在顶板破碎时增加了不安全系数等缺陷, 工人打顶眼时在不安全支护下作业有很大的顾虑。空顶区支护作业存在很多的安全隐患, 已经不能适应煤矿机械化掘进作业的需求, 并严重制约了综掘工作面的掘进效率。

三、掘进机机载超前支护装置研制

3.1掘进机机载支护装置工作原理

掘进机机载超前支护装置利用综掘机自身的液压系统进行改造, 通过增加集流阀、分流阀和换向阀来控制油缸的升降伸缩, 安装两位三通阀, 控制液压系统, 保证在进行超前支护装置工作时, 仅让综掘机的泵电机工作, 闭锁综掘机截割和运输机的启动, 根据巷道的实际, 来确定顶架的支护面积。

3.2掘进机机载支护装置液压原理

机载超前支护装置所需动力源来自于所配掘进机动力源, 经机载钻机超前支护液压原件两位三通阀 (16) 进油口, 分两路一路经高压过滤 (15) 高压管 (25) 进入多路换向阀 (17) 后分别进入分流集流阀 (11) 到支撑油缸, 第二路进入分流集流阀进入折叠油缸, 第三路进入升降油缸, 升降油缸有两组阀分别控制, 以达到随和巷道顶板的左右倾斜。机载超前支护装置, 支护时首先推动二位三通阀 (16) 打开去支护装置的油路, 同时切断去掘进机的油路, 即:高压管 (27) , 这时掘进机处于不工作状态, 油液经高压管路 (25) 进入多路换向阀 (17) , 推动多路换向阀去折叠油缸手柄及支撑油缸手柄, 相互配合时使油液分别进入两液压元件分流集流阀, 再进入支撑油缸和折叠油缸下腔, 推动油缸伸缩以达到支护装置处于打起状态, 此时推动多路换向阀的折叠油缸及升降油缸手柄以达到支护的前探距离, 在支护一路进的同时, 回油经支撑油缸折叠油缸及升降油缸的上腔分别以高压油管 (28) (30) (24) 及多路换向阀的回油通道回掘进机油箱。

反之:当支护装置不工作时, 则分别配合操作多路换向阀手柄即:反向推动手柄, 使支撑油缸、折叠油缸、升降油缸上腔进油, 下腔油液分别经高压油管 (22) (29) 分流集流阀 (21) , 多路换向阀返回油箱, 而升降油缸则经高压油管 (23) 多路换向阀 (17) 返回掘进机油箱, 支护装置处于折叠状态, 此时反向操作二位三通阀手柄使超前支护装置油路切断, 同时打开掘进油路。

3.3掘进机机载超前支护装置机械结构:

(1) 在掘进机回转台上部安装3组油缸和钢板焊接的连杆及顶架机构, 运用两个平行的铰接轴联结三副连杆, 形成升降支护系统。

(2) 由综掘机的原液压泵站供油, 通过增加一组集流阀控制液压油, 推动换向阀使液压油通过分流集流阀进入双向锁和支撑油缸、折叠油缸, 使顶架打开升起。

(3) 推动升降油缸使主架升高, 通过对三组油缸的协调控制, 使顶架、主架调整到所需要的高度、角度并达到所需的支撑力后停止, 保证支撑力可靠, 完成对综掘工作面迎头的超前支护。

1.Φ19高压胶管2.M27*2-φ19快插接头座3.Φ27组合垫圈4.两位三通换向阀5.Φ13高压胶管6.M27*2-φ13快插接头座7.Φ27组合垫圈8.高压过滤器9.M22*1.5-φ13快插接头座10.Φ22组合垫圈11.弯头12.压力表13.多路换向阀14.Φ13高压胶管15.M22*1.5-φ13快插接头座16.Φ22组合垫圈17.Φ13高压胶管18.M22*1.5-φ13快插接头座19.Φ22组合垫圈20.Φ13高压胶管21.回流集流器22.Φ22组合垫圈23.M22*1.5-φ13快插接头座24.M22*1.5-φ10快插接头座25.M18*1.5-φ10快插接头座26.Φ22组合垫圈27.Φ18组合垫圈分流器29.Φ10高压胶管30.Φ10高压胶管31.双向液压锁

(4) 液压油缸内加装内藏式液压锁, 避免设备在使用时因油管断裂或失去动力源时造成油缸泄压, 保证稳定的支撑力;

(5) 支护装置在零位时不能影响掘进机的正常作业和掘进机司机视线;

(6) 要在支护装置顶架上安装钢带定位磁铁, 使钢带安全上升, 并且保证了排距的准确性。

四、关键技术及创新点

4.1关键技术:

(1) 掘进机机载超前支护装置, 杜绝了空顶作业, 而且支护强度达到1.5T, 保证了安全支护。

(2) 采用铰接轴联结连杆机构, 在掘进机截割时, 支护装置平放在综掘机机身上面, 掘进机截割作业时和进行超前支护工作时, 形成正规循环, 提高生产效率。

(3) 对综掘机液压系统进行改造, 通过两位三通阀控制液压系统, 使超前支护装置液压系统与综掘机自身液压系统进行分离, 独立工作。

(4) 油缸的设计均采用内藏式液压锁, 增强液压系统的稳定性。

4.2创新点:

(1) 支护装置的安全性。使用机载超前支护, 杜绝了空顶作业, 而且支护强度比钢管式前探梁超前临时支护强度高。

(2) 支护装置的设计。采用铰接轴联结连杆机构, 使掘进机载割作业和超前支护互不干涉, 提高生产效率。

(3) 液压系统的改造。升降油缸、折叠油缸均采用油缸内藏式液压锁, 增强液压系统的稳定性。

(4) 排距的准确性。在顶架上安装定位磁铁, 使钢带排距固定, 增强了巷道支护的安全性。

五、结论

此项目开展了大量的实验室研究工作, 取得了设备研制的参数。通过现场的使用方法和工艺流程, 编制了操作规范, 编写了相应的安全措施, 通过近两年的井下试验、改进和完善, 圆满完成了课题的研究任务和内容, 达到了预期目标。项目成功实施后, 取得了明显的经济效益和社会效益, 替代了传统支护工艺, 实现了机械化锚护作业。改变了以往需要人工向上托网的工作模式, 即降低了工人的劳动强度。避免了工人打顶眼时在不安全支护下作业的顾虑。杜绝了空顶区锚固作业的安全隐患。保证了矿井安全高效生产。该技术和装备已在晋城煤业集团所有生产矿井得到了推广并在所有机掘队组得到应用。

参考文献

[1]袁和生.煤矿巷道锚杆支护技术[M].煤炭工业出版社, 1997-09.

[2]何满潮.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].科学出版社, 2004.

系统支护篇10

1 工程概况

新巨龙公司辅二大巷布置在3层煤顶板砂岩中, 开门施工位置为北区辅助运输大巷2与辅二北胶4联络巷交叉点牛鼻子处, 开门点顶板标高-789.6m, 巷道方位角为356°, 巷道按5‰上坡向北施工至3采区, 巷道设计总长度约1321.8m。巷道净宽5.4m, 净高4.85m, 净面积23.1㎡。巷道围岩坚固性系数f=8~12, 属于坚固的岩石。由于巷道断面大, 且处于深部岩体当中, 深部开采具有“高地应力、高压、难支护”的困难。深部硬岩具有了一定的塑性变形特征。因此如果巷道得不到及时的支护, 那么巷道变形严重。事实也证明, 由于巷道得不到及时的支护, 巷道两帮变形量较大。

2 机载临时支护概况

ZLJ-10/21机载临时支护装置是针对掘进工作面临时支护难题而提出的一套完整的解决方案。它的出现将彻底改变煤巷传统的窜管前探梁的临时支护形式, 改变岩巷传统的无支护或喷浆临时支护方式, 可有效地对顶板施加初撑力, 真正起到主动安全防护的作用, 显著减少临时支护时间, 大幅降低职工劳动强度, 明显提高劳动效率。

2.1 结构与工作原理

辅二大巷掘进作业线采用MH620型掘进机、桥式转载机、皮带输送机。机载临时支护系统安装在MH620掘进机上, 与其配套使用。机载临时支护的结构有:顶梁架、连接器、主架、油缸翼架、插装双向锁、高压油管路、分流溢流阀、二位三通阀、控制操作阀等组成。

临时支护系统的工作原理:工作时利用掘进机的泵站供油, 通过二位三通阀经过溢流阀到操作阀, 由分流集流阀分流, 进入双向锁, 双向锁打开进入油缸, 主架打开升起, 顶架打开升起, 达到所需要的高度和角度时停止。

2.2 主要技术参数

2.3 性能特点

(1) 支护面积大, 初撑力和工作阻力较大;

(2) 可在低顶板巷道的工况下, 顺利翻转打开和收回;

(3) 利用掘进机的泵站做动力, 全液压控制, 操纵平稳, 展开迅速, 有利于对机器实现自我保护;

(4) 结构巧妙、布局合理、活动机构的液压管路全部采用高压管;

(5) 显著减少临时支护时间, 大幅降低职工劳动强度, 明显提高劳动效率, 锚杆工作的安全得到保障。

3 现场应用情况

辅二大巷的原有支护工艺为:掘进→初喷→锚网→喷浆。应用新型临时支护系统后, 支护工艺为:掘进→机载临时支护→锚网→喷浆。机载临时支护替代原有的喷浆临时支护。通过现场调研, 与人工临时支护比较, 总结其优点及不足。