大型TBM通过岩爆洞段导洞开挖技术研究

锦屏二级水电站隧洞埋深较大,具备发生强烈至极强岩爆的地质条件.强岩爆给隧道掘进机(TBM)带来很大的冲击,也给现场的人员带来很大的安全隐患.为保证TBM顺利通过岩爆段,确保人员和设备安全,现场对强岩爆段进行了钻爆先导洞预处理,再采用TBM开挖的试验.试验段掘进获得了TBM通过岩爆段的掘进参数,为后期的施工积累了经验.     

岩爆段TBM开挖刀盘受力分析及现场试验研究

锦屏Ⅱ级水电站引水隧洞由于埋深大、地应力高,具备发生强岩爆的条件,岩爆发生位置大多在掌子面和TBM护盾附近,不仅给TBM刀盘和主轴承带来很大的冲击,同时给现场的人员带来很大的安全威胁,为获得TBM在岩爆段的掘进参数,针对TBM前方断面形式从理论上计算了刀盘的开挖推力大小,经过现场TBM开挖导洞断面的试验,取得了TBM开挖导洞的一些有价值的掘进参数,为后期TBM通过岩爆段和类似项目施工积累了经验。     

超深埋隧洞TBM施工的岩爆研究

TBM工法最显著的优势就在于掘进速度快,其决定性因素是掘进、支护设备与隧洞地质条件的匹配程度,而岩爆(尤其是强烈岩爆)是制约锦屏二级水电站隧洞开挖进度的瓶颈问题。本文结合施工排水洞岩爆现象及支护处理措施,对岩爆的声学特征、时空效应、破坏方式等进行分析,总结了TBM施工洞段岩爆的特点。在水电隧洞工程中引入了微震监测进行岩爆预报,也是目前岩爆监测与预报或预警最有效的技术之一。在对岩爆发生规律、特点、预报研究的基础上,根据TBM设备的特点和能力,提出了防治不同等级岩爆的工程措施和建议。     

TBM用于特殊地质条件下长隧洞施工的研究

万家寨引黄工程北干1号隧洞多数洞段位于地下水位以下，局部洞段洞顶以上最大水头达300m。通过研究发现，在通过较薄岩层和强风化岩层时，用TBM掘进对围岩扰动小，施工安全性较好：但在部分煤矿采空区、岩爆、可能有瓦斯、矿坑积水等高外水洞段，特别是围岩条件较差的高外水洞段，需要采取超前钻孔预注灌浆措施，堵水并加固围岩，TBM方可通过。在这种特殊的地质条件下，与全洞线采用钻爆法施工相比，用TBM施工可节省投资9100万元；若同时将温岭管片预制厂搬到大梁，运费还可节省526万元。     

隧洞有机仿钢纤维喷射混凝土研究与应用

锦屏二级水电站引水隧洞埋深大(最大埋深2 500 m左右)、地应力量级高,隧洞开挖以后围岩普遍出现破裂损伤,严重时出现片状破坏和波速显著降低等现象。普通喷射混凝土施工存在一次性喷射厚度不够、需反复施喷、喷层易脱落、同围岩粘聚力不满足设计要求、岩爆洞段抗冲击韧性不足等问题。根据喷射混凝土配合比优化试验成果,选用了纳米有机仿钢纤维混凝土作为引水隧洞工程主要喷射混凝土类型之一,主要应用于TBM掘进洞段、钻爆法潜在岩爆洞段、或高应力问题突出的洞段,可实现快速支护、起强快、回弹少,且具有较强的抗冲击韧性,对地下水发育洞段也较适应,对隧洞安全快速掘进具有重大意义。     

引汉济渭秦岭输水隧洞硬岩TBM掘进施工技术

以陕西省引汉济渭调水工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程为依托,为克服TBM在长距离大埋深隧洞施工中遭遇的高磨蚀性硬岩、强烈岩爆和突涌水等施工难点,研究了掘进参数,优化了刀盘刀具,对岩爆预测并进行分类防治,采取了超前探水及堵排结合等多种措施、监测技术和施工工法。针对TBM在高磨蚀性硬岩掘进期间刀具磨损大、掘进效率低、施工成本高等问题,总结得出掘进参数选取宜遵循刀盘高转速、低贯入度,掘进高推力、低扭矩的掘进原则,通过加强刀具与围岩适应性研究,合理选择刀具,采用调整刀盘刮板座结构、易损件改用耐磨材料、优化刀盘喷水结构等刀盘升级措施可有效增加刀盘刀具使用寿命。针对岩爆给现场带来的施工难题,借助微震监测系统预判岩爆等级,分别就轻微、中等岩爆提出了防治措施,提出了"柔性结合刚性,辅以新材料"的组合工法。针对隧洞开挖出现的突涌水问题,根据"以堵为主、堵排结合、加强抽排"施工指导思路,总结出超前探水技术。这些措施大幅提高了TBM在高腐蚀硬岩洞段的掘进效率,有效吸收了岩爆发生时释放的能量,及时解除了突涌水淹没设备的风险。     

降低大直径双护盾TBM在不良地质洞段卡机风险的对策研究

双护盾TBM在穿越断层、高地应力以及软弱地层等不良地质洞段时,围岩快速、较大的变形容易挤压护盾而导致双护盾TBM卡机,影响TBM的正常掘进,进而影响工程的工期。对西藏某公路隧洞双护盾TBM掘进期间四次卡机事故进行了分析,针对不良地质洞段的具体情况,从TBM设备选型、超前地质预报、策划地质缺陷处理措施及施工单位专业地质工程师培养等方面提出了解决措施并予以实施,降低了大直径双护盾TBM不良地质洞段卡机风险,使双护盾TBM施工的优点得到了更好的发挥。     

深埋水工隧洞岩爆微震监测预警研究

为了避免或降低潜在的岩爆风险,以陕西省引汉济渭工程秦岭输水隧洞为研究对象,采用加拿大ESG微震监测技术获取分析岩爆监测信息,对TBM隧洞微震监测设备的安装、传感器阵列布置、数据无线传输的方案进行了优化。通过长期监测结果和实际开挖情况对比发现:TBM洞段和钻爆法洞段80%以上的岩爆可提前预测,准确率分别达到90. 96%和83. 3%。     

滇中引水工程香炉山隧洞TBM开挖围岩卸荷响应特征

针对滇中引水工程香炉山隧洞TBM掘进洞段地质条件复杂、施工技术难度大等特点,采用现场监测和三维数值仿真2种手段,对典型洞段围岩开挖卸荷响应特征进行了分析。通过对TBM掘进洞段围岩变形和钢拱架受力监测数据分析可知,围岩类别和隧洞埋深均是影响围岩变形量值和收敛时间的重要因素,TBM上的撑靴结构对钢拱架受力影响显著。根据香炉山隧洞敞开式TBM施工特点,提出了敞开式TBM开挖施工的仿真模拟技术,获得了典型断面围岩变形及支护结构受力随掌子面推进的变化规律,可为TBM洞段支护设计优化及掘进过程中卡机问题的预测和判断提供参考。     

超长隧洞TBM施工段设置中间施工支洞的必要性

超长隧洞TBM施工段设置中间施工支洞,是确保TBM单机连续掘进20km的重要措施,此措施可以缩短供电距离、出渣皮带长度、料物运输距离和通风距离,降低工程造价;也为采取各种有效措施争取工期创造了条件。实践证明,在大断面超长隧洞TBM施工段设置中间施工支洞,是一个成功的经验。     

山西省东山供水工程9号隧洞TBM施工方案研究

根据山西省东山供水工程9号隧洞目前TBM招标进展情况以及TBM设备采购时间,需要在TBM设备到货前,在岩石洞段先期安排部分钻爆法施工洞段,以减轻TBM的掘进强度,确保完成2015年底通水的目标.为此,通过现场查勘后提出了TBM滑行出洞方案和TBM拆卸出洞两个施工方案.通过方案比选,最终采用经济更为合理、工期更能保证的TBM拆卸出洞方案.     

基于TBM掘进隧洞塌方洞段处理措施

地下工程前期地质勘察受地形、地表覆盖及勘察手段等因素影响不可能准确反映实际地质情况,因TBM掘进速度较快、观察掌子面相对钻爆法较难,在遇到不良地质洞段如布置不当很容易造成TBM卡机事故,文章针对TBM掘进深埋、超长、陡坡支洞过程中面对此类情况不同的处理措施对TBM设备安全、工期、经济投资等均有不同程度的影响,文章章结合新疆某输水工程TBM掘进施工支洞遇到的一次TBM卡机脱困施工经验,总结出TBM面对隧洞塌方卡机脱困施工理念,以便供类似工程参考。     

敞开式TBM对软弱围岩的掘进方法

敞开式TBM在软弱围岩洞段开挖施工时,适应能力稍差。辽宁省大伙房水库输水工程TBM3施工段在施工过程中,通过利用机上辅助作业设备进行支设钢拱架、挂钢筋、喷混凝土等支护方法加固围岩,加强TBM在特殊情况下的操作方法应对,适当调整TBM的掘进参数,使TBM顺利通过了多处不良地质洞段,为类似工程施工积累了一些经验。     

引汉济渭秦岭隧洞4号支洞开挖爆破技术浅析

引汉济渭秦岭隧洞4号支洞是为解决引汉济渭秦岭输水隧洞TBM长距离掘进出渣和通风问题而在中段设置的施工支洞,采用全断面钻爆法开挖。4号支洞施工开挖中以硬岩为主,高埋深产生高地应力,引发岩体脆性变形发生局部坍塌,在完整围岩洞段应力集中易产生岩爆,施工难度高。针对引汉济渭秦岭隧洞4号支洞地质条件设计爆破开挖方式、优化钻爆参数,获得高埋深、硬岩、岩爆地段的钻爆开挖参数,通过实践达到支洞安全、快速开挖的目的。     

锦屏二级水电站引水隧洞岩爆段TBM穿越技术

锦屏二级水电站引水隧洞埋深大,地应力高,岩爆问题突出。结合该工程TBM岩爆段施工所遇见的岩爆现象、危害以及防治措施,总结了TBM岩爆开挖经验。     

TBM穿越砂卵石复合地质段处理方案探讨

东山供水工程9号隧洞TBM掘进段在掘进至距洞口2 km时,刀盘顶部右侧出现砂卵石层,该TBM在遭遇砂砾石时卡机。通过洞内化学注浆方案、洞外化学注浆方案、洞外旋喷桩注浆与洞内化学注浆结合方案进行比选,推荐使用洞外旋喷桩注浆与洞内化学注浆结合方案,解决TBM卡机问题。     

全断面岩石掘进机在中部引黄工程中的应用

山西省中部引黄工程深埋长隧洞的涌水具有涌水量大、水头压力高、补给丰富等特点,同时施工中不断会出现断层、涌水涌泥、岩溶、软岩、岩爆和煤层等现象,因此工程采用双护盾TBM掘进。从隧洞掘进、通风除尘、排水、施工期通信、管片运输、安装及回填灌浆等方面阐述了TBM掘进过程,以为同类工程施工提供参考。     

山西中部引黄工程TBM卡机成因分析及脱困技术

山西省中部引黄工程总干3号隧洞采用TBM施工,由于隧洞埋深大、地应力高、地质条件复杂,设备在不良地质洞段易发生卡机。结合连续两次卡机事故,分析了卡机产生的地质、施工和设备原因,提出了针对不同卡机形式的脱困措施,并详细制订了脱困后的掘进方案,使TBM成功脱困并顺利通过断层破碎带。实践证明,扩挖小导洞是最为有效的脱困措施,当护盾外侧围岩破碎时,可辅以化学固结灌浆,但还需关注卡机前的预控措施和脱困后的掘进措施,才能实现TBM的顺利推进。     

N-J水电站某TBM开挖洞段岩爆倾向性判定分析

巴基斯坦Neelum Jhelum水电项目中引水隧洞埋深大,地应力高,TBM开挖过程中会突然释放岩体内聚集的应变能,有可能导致岩爆灾害发生,影响工程进度。为了分析该区域洞段的岩爆可能性,通过一系列试验获得围岩的机关力学参数,包括砂岩的抗压强度、抗拉强度、凝聚力、内摩擦角以及破碎角等,然后运用Barton判据、陶振宇判据、国标GB50218-94以及脆性判据对岩爆倾向性进行了判定分析。研究分析表明,该研究区域洞段的岩爆倾向性为中等-强烈岩爆。     

复杂地质区TBM卡机成因分析及脱困技术

N-J水电站工程地处喜马拉雅山南麓,电站引水隧洞埋深大、地质条件复杂。其引水隧洞的某双线洞段采用2台开敞式TBM掘进,因遭遇剪切破碎带、软弱围岩、地下渗水的共同作用,在掘进过程中围岩发生较大规模塌方,出现卡机事故。通过对该洞段地质条件的综合分析,有针对性地提出了在护盾顶部人工开挖小导洞的脱困方案,最终使TBM顺利脱困。为TBM在类似不良地质围岩洞段的施工提供了宝贵经验。