高地应力区大直径TBM掘进岩爆风险控制

锦屏二级水电站1#,3#引水隧洞采用TBM掘进,中部深埋洞段岩爆风险突出。为制定合理可行的掘进方案与岩爆防治措施,在前人研究基础上,结合工程实际情况,采用多种数值分析手段,评价不同形式导洞开掘,对降低岩爆风险的影响。3种导洞开挖方式均可以显著地降低TBM掘进的岩爆风险,选择何种形式的导洞主要从设备和经济效益角度进行决策。据此提出高地应力区大直径TBM掘进岩爆风险控制措施,施工中结合钻爆法导洞预处理、应力解除爆破并辅以及时、系统、高质量的支护,降低岩爆风险,确保施工及结构安全。     

特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能关键技术研究

抽蓄工程TBM隧洞施工具有岩爆等难题。排水廊道隧洞、探洞、交通中导洞等洞室特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能等难点对特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能关键技术要求非常高，通过理论研究、数值分析、现场试验和监测反馈等手段，对不同工况岩爆释能参数和效果进行研究分析，形成一套抽蓄工程TBM特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能成套技术，并成功应用于浙江衢江抽水蓄能项目、浙江永嘉抽水蓄能项目，形成了一套抽蓄项目抽蓄工程TBM特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能的工艺标准和施工方法。     

抽水蓄能电站交通洞TBM掘进关键技术研究与应用

抽水蓄能电站地下洞室应用全断面硬岩隧道掘进机开挖是一个崭新的领域，对于缩短电站建设周期、降低劳动强度、提高施工信息化程度有重要意义。为解决抽水蓄能电站关键线路工程交通洞、通风洞TBM掘进技术，研究了通风洞、厂房顶拱、交通洞统一断面开挖洞室结构；开发了大直径小转弯能力的新型TBM；研究了适应交通洞TBM掘进的大坡度物料运输、连续出渣、TBM步进始发技术和水、风、电管路延伸技术；成功解决了交通洞、通风洞施工过程中的难题，同时为类似项目提供解决方案。     

秦岭输水隧洞微震活动特征研究

岩爆是深埋地下岩体工程中面临的世界性难题。针对秦岭输水隧洞岭南工程开挖过程中面临的岩爆问题,本文基于微震监测技术,分析了相邻洞段不同开挖方式、相同开挖方式不同洞段条件下的微震活动特征。结果表明:微震活跃性与岩爆风险高低密切相关,可作为岩爆防治的重要参考依据;埋深与岩性相近条件下,钻爆法比TBM法的微震能量相对更低,岩爆风险相对更低,但TBM法掘进效率更高;微震活跃性与开挖进尺、隧洞埋深不存在明显正相关性,围岩较好、微震活跃性较低时可适当增加掘进速度,提高开挖效率,当围岩变差、微震活跃性较高时宜适当降低掘进速度,延缓或降低岩爆风险。本研究结果可供类似工程岩爆防治和微震监测参考。     

地铁车站TBM导洞施工技术分析

在地铁隧道施工中,当无法按期为TBM提供空推通过条件时,为保证TBM的施工任务,应设法开设一条导洞。本文结合地铁车站工程,对TBM导洞施工技术进行了研究,介绍了施工设计重难点、导洞施工方案、支护形式及二衬施工等关键工序。现场实测结果表明施工效果良好,可为类似工程提供参考。     

抽蓄工程特殊地段、不良地质及围岩大变形TBM施工技术

随着我国抽水蓄能项目的高能快速发展,全断面硬岩隧道掘进机（简称TBM）被广泛应用于抽蓄工程,TBM施工具有快速、高效、安全等优点,但施工断面小、地质条件复杂多变、涌水量大、多断层破碎带、高地应力及岩爆、围岩大变形等也成为TBM施工的重难点,结合永嘉抽蓄工程对TBM施工地质条件复杂多变、涌水量大、多断层破碎带、高地应力及岩爆、围岩大变形等技术难点进行深入研究,形成一套抽蓄工程特殊地段、不良地质、围岩大变形TBM施工技术,旨在日后为类似工程提供技术指导。     

TBM施工岩爆微震监测的准确率及适用性研究

深埋隧道岩爆是困扰TBM施工安全和进度的重要因素,为此微震监测系统逐渐引入TBM施工对岩爆进行监测预警。然而,TBM施工微震监测的工程案例还很少,其监测预报的准确性和适用性存在争议。以新疆ABH工程和陕西引汉济渭工程为依托,对岩爆微震监测预报的等级和位置进行现场跟踪验证和分析,将岩爆按风险高低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个等级,给出了不同风险等级岩爆预测的准确率和适用性。结果表明：岩爆微震监测预报的准确率随着岩爆风险等级的增强而提高,对Ⅰ、Ⅱ级岩爆基本可以实现准确定位;引汉济渭工程Ⅰ级岩爆预测的准确率达到78.4 %,14.0%的Ⅰ级岩爆被预报为Ⅱ级,Ⅱ级岩爆预测准确率为55.2%,26.1%的Ⅱ级岩爆被预报为Ⅰ级;ABH工程Ⅱ级岩爆预测准确率为53.3%,46.7%的Ⅱ级岩爆被预报为Ⅲ级;Ⅲ级岩爆预测等级和定位的准确性都比较低。综合考虑岩爆预测的准确性以及施工安全、施工速度和防控措施的因素,建议：TBM工程仅存在Ⅲ级岩爆风险时,无需引入微震监测;存在Ⅰ级、Ⅱ级岩爆风险时,宜采用微震监测,以确保施工安全。     

深部硬岩开挖隧洞围岩稳定性数值模拟

通过RFPA方法考虑岩石材料的细观非均匀特性,对深埋硬岩隧洞全断面一次开挖和分断面多次开挖进行数值模拟分析,直观呈现隧道围岩破裂面位置与形态渐进破坏诱致失稳的演化全过程,并与现场破坏情况对比研究,旨在揭示两种不同施工过程中应力演化、位移扩展、能量释放多个特征方面对围岩稳定性的影响及其破坏机制。数值模拟结果表明,隧洞围岩稳定性采用分断面多次开挖优于全断面一次开挖方式,为应对1#引水隧洞TBM掘进到锦屏山核部强岩爆风险,排引2#横通道往西洞段采用钻爆法超前实施导洞方案为最佳。虽然分断面开挖可以显著地降低围岩破坏风险,但不能彻底排除多次扩挖过程中围岩大塌方的情况,则建议这些洞段直接钻爆扩挖到位,让TBM步进安全通过为宜。同时深埋硬岩"城门型"隧道的破坏机制是来自侧壁破坏为主而拱形部位不存在压力拱破坏,与浅埋隧道的破坏在拱顶的破坏机制有明显区别,对认识隧道破坏机制有重要意义。     

秦岭隧洞4#支洞微震规律与岩爆预警研究

引汉济渭工程秦岭段4#支洞在开挖过程中多次遭遇岩爆的危害,为尽可能对岩爆风险区域进行有效的预报,减少开挖施工风险,利用微震监测技术对4#支洞进行了连续监测。构建秦岭隧洞4#支洞微震监测系统,实时监测开挖过程中隧洞围岩的微震信息,探究4#支洞围岩微震活动规律及其与岩爆灾害的关系。在此基础上,以岩爆经验预测为基础,提出基于微震前兆信息的岩爆要素综合预测方法,对岩爆的风险、范围、等级进行综合预测。研究结果表明:引汉济渭4#支洞岩爆大多数均存在明显的前兆信息,岩爆区域通常与微震事件的集中区域重合;岩爆发生前夕,高震级事件不断发生,同时b值有减小趋势;采用岩爆要素综合预测方法,在4#支洞测试洞段进行了17次预报,准确率达到76%。     

锦屏二级水电站深埋引水隧洞岩爆特征及防治措施

硬脆性大理岩条件下深埋隧洞的岩爆问题是西部开发建设中遇到的工程难题之一。文中通过对锦屏二级水电站辅助洞、施工排水洞与引水隧洞施工中发生的岩爆规律与特征的分析总结,提出了该地区地质条件下岩爆的基本条件、分类、风险分区、时空分布特征等。文中阐述了岩爆防治设计思想与原则,并从设法降低潜在震源区的应力水平与设法提高围岩的抗震(抗冲击)能力两个方面出发,针对TBM掘进与钻爆法掘进的不同开挖方案,分别提出了不同的岩爆防治措施。     

TBM隧道施工配套设备改良技术探讨

为了使TBM能够更加顺利地完成隧道掘进工作,以深圳地铁六号线工程为依托,对TBM隧道施工配套设备改良技术进行总结。实践结果表明:TBM选型、刀盘优化以及洞内辅助设施优化是能够使TBM更加顺利掘进的关键。通过对TBM隧道掘进过程中对施工配套设备改良技术的总结说明,以期对其他类似工程提供借鉴。     

官田隧道岩爆特征与防治措施

岩爆是一种世界性的地质灾害,极大地威胁现场施工人员和设备的安全。目前国内外在岩爆方面做了大量的研究工作,而地应力测试则是进行隧道岩爆及其他灾害预测预报的重要内容。结合官田隧道的施工情况,介绍了该隧道岩爆的产生及其发展特征,并结合地质条件和地应力测试两方面因素探讨了官田隧道岩爆发生的原因,并根据上述原因分析,针对性地提出了官田隧道在后续施工中防治岩爆发生的相关措施。     

锦屏Ⅱ级水电站深部大理岩板裂化破坏试验研究及其对TBM开挖的影响

针对锦屏Ⅱ级水电站TBM引水洞及排水洞深部大理岩发生的剧烈板裂化岩爆与非剧烈板裂化片帮2种板裂化破坏现象,通过采集该工程区深部大理岩岩样,采用真三轴岩爆试验设备,对其在不同高应力作用下的板裂化破坏现象进行室内试验。通过对试验过程中发生的各种现象的全面描述和试验结果的分析表明,试验中岩样发生的板裂化破坏现象与TBM开挖隧道围岩的板裂化破坏具有很好的吻合性,未来围岩的主要破坏方式将以板裂化片帮与岩爆为主。围岩板裂化破坏将影响TBM开挖运行,分别探讨掌子面与洞壁板裂化破坏对TBM开挖的影响。     

双护盾TBM施工隧洞岩爆特征微震监测研究

为了研究深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆特征,以某公路隧道为例对微震监测成果进行了统计整理,并在此基础上分析了微震事件与掌子面位置、岩体完整性以及隧洞埋深等之间的相关关系,获取了该工程岩爆事件发生的规律。成果表明,在隧洞采用双护盾TBM开挖过程中岩爆事件并非主要集中在掌子面附近,岩爆存在一定的延迟性和超前性,岩爆发生与开挖过程的时间效应及距离范围存在一定规律。同时,岩爆的能量等级和发生频次与岩体结构及隧道埋深也存在关联性。深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆规律的研究对类似工程具有一定的借鉴意义。     

不同开挖方式下深埋隧洞微震特性与岩爆风险分析

在分析钻爆法和TBM法开挖下围岩应力状态的基础上,基于锦屏二级水电站深埋隧洞微震监测数据,对比研究了钻爆法和TBM法开挖条件下深埋隧洞的微震特性及岩爆风险。结果表明:1钻爆法开挖引起的围岩应力集中距洞壁较远,形成的应力梯度较小;而TBM法开挖引起的围岩应力集中临近洞壁,形成的应力梯度较大。2钻爆法开挖时围岩应变能主要集中在爆破后数小时,尤其是在1 h内释放,而TBM法以连续的方式开挖卸载,剧烈的能量释放伴随着施工全过程。3TBM法开挖导致的事件震级及震源破裂尺度均比钻爆法开挖引起的大。4钻爆法开挖时,围岩积聚的应变能大多以岩体破裂的形式耗散,以岩爆形式显现的较少;而TBM法开挖时,围岩应变能常逐次释放,导致事件频繁发生,而且部分应变能以岩爆形式显现,一般地,同一小范围内常多次发生轻微岩爆,高等级岩爆孕育过程中常伴有低等级岩爆,如中等岩爆发生前伴有轻微岩爆,强烈岩爆孕育过程中伴有轻微和(或)中等岩爆,以此类推。综合上述研究结果认为,在具有强岩爆风险的深埋隧洞中,就防治岩爆而言,钻爆法优于TBM法。     

深部高应力隧道TBM护盾长度和推力计算方法研究

岩石隧道掘进机(TBM)法开挖长隧道是一种安全、快速、有效的隧道开挖方法,但TBM复杂高应力隧道掘进时易发生卡机事故,因此,TBM在设计之初应尽可能考虑地质环境的影响,降低TBM的卡机风险。通过分析高应力常规地层和高应力软弱破碎地层对TBM的影响,提出了高应力常规地层和高应力软弱破碎地层TBM卡机的两个判据。根据两个判据提出了考虑围岩力学参数的高应力隧道TBM护盾长度设计和推力设计理论计算方法,并给出了参数选取依据。最后依据西南地区某高应力隧道的实际围岩地质参数,计算分析了现有TBM设计的合理性。本研究可为TBM的盾体长度和推力设计计算提供围岩力学参数依据。     

深部岩体开挖方式对损伤区影响的试验研究

 深埋隧洞开挖过程中,钻爆法和TBM开挖所对应的不同围岩应力调整路径对开挖损伤区的形成有重要影响,但这一影响尚未引起足够的重视。依托锦屏二级水电站深埋隧洞群的开挖,通过损伤区原位检测试验对比分析2种不同开挖方式下围岩损伤区的特性及形成原因;作为现场试验的补充,在考虑锦屏大理岩基本力学特性和应力瞬态调整效应的基础上,采用数值方法比较应力瞬态和准静态调整所分别形成的开挖损伤区大小。试验结果表明,锦屏二级引水隧洞钻爆开挖的洞段,内损伤区(即严重损伤区)深度可以占到总损伤区深度的50%以上,岩体基本失去承载力。另外,此区域在断面上的分布特性受到开挖二次应力场的影响,表明伴随爆破过程发生的地应力瞬态卸载效应是内损伤区形成的直接原因之一;而TBM开挖洞段,内损伤区深度约占总损伤区深度的30％,该区域的形成可能更多地受到锦屏大理岩强度时间效应的影响,是表面应力松弛破坏逐渐发展的结果;考虑锦屏大理岩脆–延–塑性转换特性和应力瞬态调整效应后,可以利用数值计算方法较为客观地估计不同开挖应力路径下围岩开挖损伤区的范围。研究结论对深埋隧洞开挖方式选择及支护策略制定具有借鉴意义。     

锦屏二级水电站长引水隧洞高地应力下开敞式硬岩隧道掘进机安全快速掘进技术研究

 对开敞式硬岩掘进机在锦屏二级引水隧洞群中的应用经验进行总结和梳理,首先针对锦屏二级水电站高地应力下开敞式硬岩隧道掘进机(TBM)设备选型及掘进参数的优化进行研究,合理确定设备结构及掘进参数;采用BEAM,TSP,地质雷达等手段综合开展掌子面前方超前地质预报,取得良好的预报效果,并制定相应的预处理措施。首次在国内水电工程中开展微震监测系统试验及应用,进行高地应力下岩爆风险预测预警研究,较为准确地预测了岩爆发生的大致范围,并开展一系列防岩爆支护措施的试验研究工作,取得较好的效果,有效降低岩爆风险和危害。最后,对如何实现TBM安全快速掘进进行综合分析研究,对今后开敞式TBM的选型和使用提供参考意见。