引洮供水一期工程长隧洞TBM施工关键技术及实践

甘肃省引洮供水一期工程总干渠2座洞长大于15. 0km隧洞,地质环境复杂,围岩主要由软-极软岩构成,采用2台直径Ф5. 75m护盾式全断面岩石隧洞(隧道)掘进机(TBM)施工。为研究软岩TBM掘进机理与控制技术,采用与工程实践相结合全面总结方法,对深埋软-极软岩,特别是性状极为恶劣的含水疏松粉(细)砂特殊极软岩突泥、涌砂及大变形等TBM施工关键技术进行了研究总结。结合工程实践,采取以主机盾体前伸为代表的多项优化技术改造,以及"宁慢勿停"、"三低"、刮刀或重型撕裂刀破岩及边刀扩挖等诸多关键技术,取得成洞进尺月均1041. 4m及最高1869. 4m的优异成效,实现了中国首台单护盾TBM的成功应用,标志着我国长大隧洞(隧道) TBM施工关键技术取得重大突破与创新。     

软岩中TBM停机状态下岩机相互作用规律研究

在软岩环境下使用TBM施工时,遇卡机等事故处理和设备检修更换常需TBM停机,预留变形量和停机时间是TBM安全运行的关键。依托白龙江引水工程六盘山泥岩隧洞,根据实际地质条件、隧道结构和TBM施工流程,采用数值计算的方法研究了TBM停机状态下围岩的变形特征及其与护盾的相互作用,并分析了合理的预留变形量和停机时间。结果表明：(1)该工程砂质泥岩为极软岩,流变性显著且服从Cvisc和Burgers模型,预留足够的变形量和快速掘进可保证TBM安全通过;(2)在停机期间,围岩变形具有显著时空效应,变形先快后慢,垂直位移大于水平位移,护盾后部围岩位移大于前部;(3)岩机相互作用的时空效应表现为,自下而上、由后至前,相继经历无接触-局部接触-完全接触-强烈挤压的过程;(4)预留变形为10 cm时的TBM安全停机时间不宜超过7 d。研究成果对认识软岩中TBM停机期间岩机相互作用具有理论参考意义。     

狭窄空间内TBM设备顶护盾修复技术研究

引汉济渭调水工程秦岭输水隧洞岭南TBM设备掘进段是整个秦岭隧洞埋深最大、岩爆最频繁、围岩强度最高的施工地段,在多种不良地质叠加下,TBM设备各关键零部件长期处于极限负荷的运行状态,施工过程中常态化产生的轻微至强烈岩爆导致顶护盾被冲击损坏。通过对顶护盾的损坏情况及改造更换必要性进行分析,拟定了顶护盾优化改造、更换安装的具体实施方案,并对实施过程的技术难点进行了深入剖析,从而快速、安全地进行了顶护盾性能提升改造。顶护盾经更换修复后,TBM设备在岩爆频发地段的掘进过程中施工工效提高,作业人员和设备的安全得到保护。     

全断面双护盾掘进机检修洞室开挖

在长隧洞开挖中由于TBM设备不能一次性完成掘进任务,需中间停机进行一次全面维护,而检修洞室的开挖至关重要,在围岩较差的情况下,要合理调整开挖参数,科学安全分块开挖。文中着重对全断面双护盾掘进机检修洞室的开挖施工顺序进行了分析,为今后的类似工程施工提供经验和参考。     

软岩洞段单护盾隧洞掘进机(TBM)主要施工问题及对策

介绍了国内首台单护盾隧洞掘进机(TBM)在甘肃省引洮供水一期工程总干渠7号隧洞的应用,针对单护盾TBM在软岩洞段掘进施工时碰到的一些主要问题提出了解决对策,为今后TBM遇到类似围岩地质条件下掘进施工提供一些借鉴和帮助。     

全断面双护盾掘进机在软岩洞段施工解困中加固围岩材料的选择

全断面双护盾硬岩掘进机(简称TBM)在施工中,遇到软岩后,TBM经常出现卡机现象,这样较大程度地降低了TBM施工的效率。为了解决此类工程问题,在施工中采用了高压新型高分子注浆材料(马丽散MARITHAN),进行围岩加固施工,缩短了TBM解困的处理时间,提高了施工效率。     

引洮总干渠7~#洞上第三系极软岩隧洞围岩工程地质问题及TBM适应性评价

引洮一期总干渠7#洞布置于白垩系、上第三系红色层中,属软岩、极软岩深埋长隧洞,其中上第三系极软岩洞段长14.7 km,占洞长的85.6%。上第三系围岩工程地质性质差,特别含水的疏松砂岩在地下水作用下,工程地质问题尤为突出。工程隧洞采用TBM施工,TBM施工中在疏松砂岩中多次受困,出现了埋机、栽头等施工事故与问题。通过对引洮总干渠7#洞上第三系围岩工程地质特性的分析与研究,结合TBM在该围岩掘进中出现的问题,浅谈上第三系极软岩隧洞围岩稳定性分析及TBM在该地层适应性。     

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。     

敞开式TBM环形钢构支护施工工法及设备配套

TBM掘进法本是一种高度机械化、精细、先进的施工技术,但当敞开式TBM面对破碎带等不良地质条件时,无法完全发挥TBM快速掘进的优势。在充分吸收"新奥法"隧洞支护理念的基础上,提出当遭遇不利地质条件时,采用主动封闭围岩的方式。即在TBM护盾保护下,将工厂标准化批量加工的环形钢构片段,利用专用安装设备快速拼装成能够立即发挥作用的隧洞支撑结构,在TBM继续向前掘进后替代护盾支撑处于临空状态的围岩,进而在环形钢构的保护下完成喷锚支护。工程实践表明,新的施工方法不仅使作业过程安全、可控,而且掘进速度可从原来的每天5~10 m提升至15~25 m。     

软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究

TBM施工过程中,为防止软岩变形导致卡机事故的发生,需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N-J水电站为研究对象,通过对围岩变形监测数据的反演分析,得到其蠕变参数,并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果表明,TBM在软岩段掘进过程中,围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形,且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加,增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中,在保证安全的前提下尽可能快速通过。     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到 TBM 安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。     

地铁盾构隧道管片破损修复技术研究

某地铁区间隧道挖掘贯通后,受后续施工的影响,产生了较大变形与位移,并导致管片错台、破损与局部开裂。为避免隧道的进一步损坏以及确保盾构隧道的运营安全,需对隧道管片进行修复处理。在分析该区域地质条件的基础上,经多方案比较,决定采用钢板内衬加固的方式对破损管片进行修复。对钢板内衬加固所涉及的净空复核、管片受力复核、裂缝处理及环片加固等技术问题展开了详细论述。工程实践表明,钢板内衬加固的方式效果良好,可供类似工程修复问题借鉴。     

洛宁抽水蓄能电站引水斜井TBM施工关键技术研究

通过分析河南洛宁抽水蓄能电站工程特点及相关地质条件,梳理得到了引水斜井采用TBM施工的关键技术问题,研究提出了洛宁抽水蓄能电站引水斜井应用TBM的布置方案.综合考虑隧洞功能要求、支护及衬砌厚度、围岩变形量等因素,将引水斜井开挖直径确定为7.2 m,在高水头的抽水蓄能电站推广适用性较好.综合考虑TBM施工方法对围岩分类评...     

TBM施工地质工作方法探索

TBM隧洞施工安全、快速,但施工中几乎很少见到暴露的围岩,无法采用传统的方法进行施工地质工作.在国际引黄Ⅲ标TBM施工中,通过岩渣形态观察、TBM掘进参数分析和地质观测窗测量等方法综合判断围岩地质条件,成功完成了施工地质工作,总结出一套TBM施工地质工作方法.     

TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类研究

目前常用的水工隧洞围岩分类方法主要是在浅埋隧洞和钻爆法施工的基础上建立的,在隧道掘进机(TBM)施工的深埋水工长隧洞应用中存在不足。在对国内外常用的围岩分级和分类方法进行统计的基础上,结合深埋水工长隧洞的特点以及TBM施工中可能遇到的主要地质问题进行分析,选取了围岩稳定性、高地应力风险、地下水风险和TBM施工围岩可掘性等作为评价隧洞围岩性质的主要因素,提出了一种既能描述隧洞围岩稳定性,又能描述地质风险类型及等级的TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类方案。该方法已在新疆某输水工程中进行实践应用,取得了良好的应用效果。研究成果可为深埋水工隧洞开挖和支护设计提供技术支撑,为TBM选型及施工中可能遭遇的地质风险采取处理针对性措施提供依据。     

开敞式TBM应对地质灾害施工技术

文章系统分析了TBM在隧洞掘进过程中坍塌形成的原因,并针对原因详述了防止围岩坍塌应采取的措施.TBM在不良地质段掘进时,针对各种不良地质体的性质、类型和可能发生的施工地质灾害,采取相应处理措施.根据经验简要总结了TBM快速通过不良地质段的施工技术.     

TBM施工中岩石可钻性测试与评价技术综述

岩石的可钻性是评价TBM隧道施工难易程度的重要指标,其测试方法必须与TBM的设计与施工过程相匹配。因国内的TBM研发及施工技术起步较晚,岩石可钻性测试与评价方法仍以国外的技术为主。通过大量查阅国内外文献,基于常用掘进效率预测模型的需要,从岩石硬度、脆性和磨耗性3个方面对岩石可钻性指标测试与评价技术进行了较为详细的介绍。基于这些测试方法的试验成果,为我国TBM的刀盘设计、刀具磨损及掘进速率的预测提供了基础资料。建议尽快建立我国TBM可钻性实验室及相应数据库。