不同支护方式下大坡度斜井钢拱架与喷锚支护联合受力分析

目前，对于纵向坡度较大的大坡度斜井，两种不同支护方式(钢拱架铅直向下和垂直洞轴线)对钢拱架与喷锚支护联合受力特性影响的研究较少。结合云南省滇中引水工程香炉山隧洞某斜井工程实际，针对钢拱架铅直向下和垂直洞轴线两种布置型式分别与喷锚支护结构的联合受力，采用三维有限元法对斜井开挖过程中围岩位移、应力和喷层、锚杆及钢拱架的应力进行了计算分析。结果表明：两种钢拱架布置型式下，围岩变形和应力分布规律基本相同，垂直洞轴线布置钢拱架更有利于抑制围岩纵向位移和竖向位移，并使支护结构应力显著减小，对斜井围岩稳定和支护结构受力状态更加有利。围岩条件越差，支护效果越明显。建议大坡度斜井中采用垂直洞轴线的型式布置钢拱架。     

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。     

TBM新型支护系统在大伙房输水隧洞施工中的应用

在隧洞断层破碎带施工时,TBM常规支护容易引发隧洞坍塌和围岩变形,影响TBM正常掘进。在辽宁大伙房输水隧洞TBM施工中,研制了TBM新型支护系统,该系统由钢筋排安装系统、高效钢拱架及钢筋网片安装机构、锚杆钻机以及喷混系统组成。采用TBM新型支护系统后,可以有效缩短支护作业时间,提高TBM支护作业效率和设备掘进效率,并且施工过程中无塌方,围岩无大变形,保证了施工安全。     

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。     

开敞式TBM隧洞断层破碎洞段变形钢拱架更换技术

在开敞式TBM隧洞中,钢拱架支护为不良地质洞段加固的一项重要措施,如其发生变形,将侵占隧洞设计断面;如变形过大,将会直接影响TBM配套台车、皮带机等设备的顺利通过。以某开敞式TBM隧洞断层破碎洞段中已发生变形的钢拱架为例,介绍了安全、快速地对变形钢拱架进行更换的施工技术,恢复原设计断面尺寸,保证了TBM设备安全、快速地通过该地层。     

某深埋隧洞提高敞开式TBM工效的支护优化

某深埋长隧洞采用敞开式TBM施工，Ⅳ类围岩洞段一次支护预设计参照钻爆法采用侧顶拱锚喷网结合钢拱架的支护方式，实施过程中发现该支护难以充分发挥TBM快速掘进的优势。在分析敞开式TBM现场施工情况的基础上，对其支护措施进行优化，结果表明，选择契合于敞开式TBM的支护措施虽然工程直接投资相对较高，但效率更高，综合效益更优。     

TBM隧洞开挖施工过程中围岩稳定及初期支护三维仿真模拟

以新疆某长距离输水隧洞在建工程为研究对象,针对TBM施工中现有的初期支护措施,以结构安全分析提供数据依据为目的。采用三维数值模拟技术,仿真模拟TBM开挖及初期支护的过程,对不同洞段的围岩稳定和初期支护结构受力特性进行有限元分析。结果表明：该工程现阶段初期支护结构能够满足围岩稳定的要求,初期支护结构安全;TBM掘进过程中对已支护岩体扰动范围为2～3倍洞径。     

敞开式TBM穿越深埋中强蚀变岩区钢结构承载性能研究

深埋中强蚀变岩因蚀变程度均一性差,造成洞周围岩强度不均,局部承载力极低,蚀变岩岩性受地下水作用明显,富水蚀变岩区易产生塌方、拱架大变形等问题,对TBM的顺利通过造成巨大威胁。根据某深埋TBM长隧洞工程穿越中强蚀变岩区的工程实际,结合敞开式TBM出露盾尾后围岩变形及破坏特征,提出了能有效控制掉渣量的"钢板+钢拱架"联合钢结构支护结构系统,并采用有限元方法对钢结构支护系统的承载力进行了详细分析。工程采用钢结构系统后,拱架应力稳定,掉渣量明显减少,保证了敞开式TBM成功高效穿越中强蚀变岩区,为类似工程提供了借鉴。     

深埋长距离引水隧洞敞开式TBM施工不良地质灾害处置措施研究

为降低敞开式TBM穿越不良地质段时的施工灾害风险,文章依托新疆某深埋长距离引水隧洞,针对富水软弱破碎带、软弱围岩、高地应力和断层破碎带等不良地质条件引发的施工灾害问题,采用多种施工处置措施进行了现场治理,保证了TBM顺利通过不良地质段,减少了TBM施工灾害的发生。研究发现采用综合超前预报方法并制定相应的施工预案可有效降低施工灾害的影响。灵活组合复合灌浆、钢拱架支护、系统锚杆、换填混凝土、空腔回填等措施可增强围岩整体性。施作超前注浆锚杆以及超前注浆的方法加固围岩,或采用扩挖小导洞方式,可有效实现TBM卡机脱困。研究结果可为类似TBM隧洞工程提供施工指导。     

夹岩水利枢纽工程长石板隧洞施工 开挖支护方案优化调整研究

夹岩水利枢纽长石板隧洞4号与5号支洞之间洞段全风化围岩在富水状态下,施工期出现围岩变形松弛、初期支护拱壁收敛缓慢、施工扰动基岩泥化,导致出现支护钢拱架变形、喷混凝土开裂和渗水等问题。文章结合地质揭露成果,按已挖段、试验段和待挖段三个洞段,实施隧洞开挖及支护方案优化设计,并及时调整支护结构参数,成功解决了软岩、强岩溶等地质段围岩抗变形稳定问题。优化调整方案与工程实际匹配性好,支护衬砌结构经济合理。     

香炉山隧洞5#支洞应急抢险段围岩参数反演及稳定性分析

在建的滇中引水工程香炉山隧洞5#支洞穿越活动断裂带,地质条件极为复杂,施工过程中发生过严重的涌水突泥灾害,围岩稳定问题极为突出,严重制约施工进度和工程安全。为深入系统地研究5#支洞应急抢险洞段合理的围岩力学参数及隧洞稳定性情况,充分利用现场监测及物探资料,采用基于神经网络和遗传算法的位移反演方法确定了应急抢险洞段围岩的力学参数;并在此基础上,模拟施工开挖支护全过程,进行了围岩稳定性分析。结果表明:在当前开挖支护条件下,5#支洞应急抢险洞段整体处于稳定状态,除桩号K0+501—513洞段右边墙围岩变形量较大外,其余部位围岩变形量整体<15 cm;塑性区深度在2~5 m范围内;支护结构受力整体处于正常水平。相关研究结果对于5#支洞后续洞段或相近条件隧洞安全快速施工具有指导意义。     

香炉山深埋长隧洞TBM选型研究

随着中国大规模基础建设的推进,越来越多的深埋长隧洞采用TBM施工,而TBM选型是TBM施工方案中关键问题之一。以滇中引水工程香炉山隧洞为例,重点从穿断层、软岩大变形、涌水突泥等不良地质洞段施工难易程度、卡机风险,以及超前加固和超前地质预报操作便利性等方面进行综合分析,推荐优先选用两台敞开式TBM,并针对具体地质情况、施工特点,提出了TBM相应的功能配置。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

高磨蚀性硬岩地段敞开式TBM掘进参数优化和适应性研究

通过论述敞开式TBM的施工特点,结合敞开式TBM在引汉济渭工程秦岭隧洞高磨蚀性硬岩地段施工的具体情况,详细陈述敞开式TBM在隧洞掘进过程中遇到的典型问题及现场采取的施工措施,对TBM在高磨蚀性硬岩地段掘进中掘进速度的影响因素和敞开式TBM适应能力进行分析。结果表明,在高磨蚀性硬岩地段,TBM掘进参数拟定宜采用高转速、低贯入度、高推力、低扭矩的"两高两低"模式。研究成果为引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程后续掘进施工提供了掘进施工依据,且对实现TBM快速掘进提出了具体建议。     

CCS水电站引水隧洞TBM断层带卡机脱困技术

厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞采用大直径双护盾TBM施工,开挖洞径9.11 m,在掘进至桩号K16+127.0 m时,由于断层破碎带围岩塌方掩埋及堵塞刀盘造成卡机事故。在分析地震法物探成果和钻孔岩芯的基础上,确定断层破碎带及影响带宽度约70 m,围岩稳定性差,以Ⅳ类为主,局部Ⅴ类。拆除刀盘后方16.26 m处管片的上半部分后,沿洞壁两侧开挖旁洞,至刀盘后沿引水隧洞轴线进行导洞顶拱扩挖直至通过断层破碎带,导洞开挖前采用超前锚杆、固结灌浆等超前支护措施,开挖后采用钢拱架、系统锚杆、挂网喷射混凝土支护措施;支护完成的导洞防止了TBM掘进时的洞顶塌方,TBM在断层破碎带内掘进时,每环掘进前均对掌子面前方围岩进行固结灌浆以防掌子面围岩塌方;采用以上技术措施后,TBM成功脱困并穿过了断层破碎带。     

让压钢拱架在软岩大变形输水隧洞的应用研究

地下洞室工程施工中大变形围岩洞段的支护研究具有重要的工程意义。文章以观音阁输水工程输水隧洞软岩大变形洞段为例，提出一种新型让压钢拱架结构。现场试验结果显示，采用让压钢拱架支护结构可以有效释放围岩中聚集的能量，让压钢拱架的轴力相对较小，有利于隧洞的长期稳定性，可以在工程设计建设中使用。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。     

小浪底引黄隧洞工程断层变形带洞段加固处理

小浪底引黄工程已掘进隧洞的断层变形段收敛变形,一次支护遭到破坏,已严重侵占二衬位置,对施工安全造成极大危险,针对此情况,文中介绍了加固处理措施,采取加密钢拱架支护,增加临时支撑、全断面新型化固结灌浆的加固方法,加强支护,使洞室稳定性增强,保证了变形段洞段的安全施工。     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

杨房沟水电站导流隧洞施工安全监测

杨房沟水电站两条导流隧洞均布置在右岸,上游洞段为变质粉砂岩夹炭质板岩,下游洞段为花岗闪长岩。变质粉砂岩洞段围岩稳定性较差,对施工围岩安全有较大影响。为了保证开挖、支护施工的进度与安全,在导流隧洞及进出口边坡设立了围岩受力及变形监测系统。系统的实际运行表明,监测成果在隧洞开挖及支护施工中起到了重要作用,根据监测成果调整的施工方案确保了施工的顺利进行,保证了工期。对监测系统的方案设计、运行、调整以及资料分析、所发挥的作用进行了介绍,以期为类似工程监测提供参考。