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。     

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。     

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。     

三维地震波法超前地质预报在引汉济渭工程TBM施工中的应用

秦岭隧洞横穿秦岭底部,工程地质条件极其复杂多变,具有大埋深、高应力、高水压、大流量的突出特点,修建过程将会遇到大塌方、岩爆、突涌水、大埋深条件下的软弱围岩大变形等多种特殊地质问题,准确预报施工前方的不良地质体,采取有效的防治对策,对保证工程的顺利实施及施工人员、设备的安全至关重要。TBM因其空间狭窄、设备仪器耐用性差、电磁干扰等因素限制,常规的超前地质预报方法无法适用于其施工段的地质预报工作,在引汉济渭工程隧洞工程中引入三维地震波法进行了两次探索与尝试。研究结果表明,三维地震波法对隧洞前方不良地质体预报预测有较好的正相关响应,是适用于TBM施工的超前地质预报的高效手段之一。该技术在引汉济渭工程秦岭隧道TBM岭北施工段掘进中预报了前方地质信息、动态评价围岩质量,尤其为K51+597.6位置TBM卡机脱困方案的制定及时准确地提供了前方地质情况,对TBM施工段的超前地质预报具一定参考价值。     

特长深埋TBM施工隧洞反坡排水施工技术

陕西省引汉济渭工程是陕西省省内跨流域调水工程。是针对关中地区缺水问题提出的陕西省内南水北调工程的骨干线路。工程秦岭隧洞‘TBM施工段岭南工程存在地下突涌水多、独头排水距离长、反坡排水等问题。本文着重介绍了陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞。TBM施工段岭南工程反坡排水分级水仓、逐级抽排的施工方法,为类似TBM施工工程提供参考。     

岩爆引起的TBM主驱动故障分析及处理措施

本文分析研究了引汉济渭秦岭隧洞TBM施工时岩爆引起的主驱动故障,并提出了针对性的处理方案、工艺及措施。结果表明:岩爆易导致TBM转接座定位环断裂及开裂、唇形密封和隔环等被挤压变形、结合面密封条损坏、连接螺栓和双头螺柱受剪破坏等问题,从而造成主驱动故障。采用洞内修复技术进行拆除更换,效果较好,可提高TBM在岩爆地段的利用率和工作性能。     

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%。     

引汉济渭秦岭特长隧洞设计概况

秦岭特长输水隧洞是引汉济渭工程的控制性关键工程。结合对工程地质、水文地质及工程布局的介绍,详细阐述了工程面临的5大关键技术:复杂山区特长隧洞综合选线、单台TBM长距离施工、施工通风问题、高地应力及岩爆、断层破碎带及软岩变形地段施工等。工程的顺利实施将很好地解决很多世界性难题。     

贯入度对引汉济渭秦岭隧洞TBM滚刀磨损影响实验研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM掘进施工在试掘进阶段因遭遇高磨蚀性硬岩地层,滚刀发生异常磨损,施工进度严重滞后计划进度。为了降低刀具的磨损,必须研究施工因素对刀具磨损的影响,而贯入度对滚刀的磨损较为敏感。以引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程为背景,通过缩尺滚刀实验,对不同贯入度下的滚刀磨损进行实验分析,确定了降低滚刀磨损的合适贯入度值,降低了滚刀的磨损,为高磨蚀性地层TBM现场掘进施工提供指导。     

大直径TBM刀盘外密封更换技术研究

引汉济渭工程秦岭隧洞岭南工程TBM施工过程中,由于隧洞具有"三高两强一长"的工程特点,因此设备长期处于极限负荷状态下掘进,造成刀盘外密封泄压。研究制定了洞内更换刀盘外密封的方案和操作方法。刀盘总质量为135 t,拟定将刀盘使用钢支撑结合锚杆形式固定,进行刀盘与主轴承分离,分离长度约为0.9 m,其后进行外密封检查更换以及螺栓更换工作。经过更换后的刀盘外密封及主轴承油品检测各项指标正常,在引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程高磨蚀性硬岩地段掘进施工中,刀盘贯入度明显提高,节省了大量维修保养时间,提高了施工工效。     

引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段突涌水涌泥施工技术探讨

引汉济渭工程秦岭隧洞从工程量和技术难度方面均可谓是水利史上里程碑式的工程。本文通过对TBM工法施工段施工过程中面临的突涌水、突泥段情况介绍分析,提出应对措施,以期为今后同类工程施工提供参考。     

基于微震监测的秦岭隧洞岩性转换带岩爆孕育机制

多年来,岩爆的频发严重制约着最大深埋隧洞的工程建设进度,给现场施工安全造成极大的威胁。引汉济渭秦岭输水隧洞具有地应力高、埋深大、地质结构复杂等特点,为减少在开挖过程中岩爆带来的危害,利用微震监测技术对岭北TBM洞段实施全天候不间断监测。通过分析微震事件的时空演化规律,对K46+735～K45+730之间变砂岩与闪长岩交界面处岩性转换带的岩爆孕育机制开展了研究。研究结果表明：(1)微震事件的时空演化规律可以有效揭示岩爆区岩体的破裂过程,并显示出了微震监测震源参数的变化情况与现场发生的岩爆现象一致;(2)岩性转换带的岩爆孕育受开挖扰动影响,当岩爆区域在高应力作用下发生静力破坏时,结构面滑移错动产生高应力,并与静应力形成叠加效应,最终诱发强烈岩爆。研究成果可以为最大深埋隧洞施工过程中的岩爆预防措施制定提供参考,以保证现场施工人员和设备的安全。     

傍山浅埋长距离引水隧道成洞条件分析

:“引汉济渭”二期工程承担着渭河两岸２１个县市的输配水任务,对于实现引汉济渭工程总体效 益至关重要。“引汉济渭”二期南干线引水骨干线路工程黄池沟至西安子午水厂段,引水隧洞长６８．９３ ｋｍ,主要穿越秦岭北麓中低山。通过勘查发现影响引水隧道成洞的主要工程地质条件为秦岭北缘断裂 带发育,隧洞分布较多的Ⅴ类及Ⅳ类洞室围岩。并且引水隧洞与断裂相遇地段易发生集中突水问题,预 测涌水量达１２６０．６ｍ３／ｄ～１８１６６．５ｍ３／ｄ。为确保“引汉济渭”二期工程引水隧洞工程的质量,需采取 必要措施,使引水隧洞傍山浅埋地质条件基本实现隧洞成洞要求。     

秦岭隧洞岩爆应力解除爆破及支护参数优化

针对引汉济渭工程秦岭隧洞具有超长、大埋深、地质条件复杂、高地温、高地应力、施工通风及运输距离长等特点,开挖施工过程中岩爆的预防和处理是难点,在施工过程中,运用理论分析及现场试验等方法,通过对开挖前岩爆产生地段的预报解除和开挖后支护参数优化,减小岩爆对工程安全和进度的影响。以引水隧洞4号支洞的开挖段为试验段,采集开挖过程中发生岩爆的信息,通过微震监测预报数据,对应力解除爆破前、后监测数据进行对比分析,进行岩爆段开挖前应力解除爆破和开挖后支护参数优化,提出轻微、中度、强烈岩爆的有效防治措施。结果表明:应力解除施工方案可以避免或大幅降低岩爆的发生概率、烈度与规模,具备对应力集中部位预测准确、应力解除到位、解除效果可靠的优点,同时在开挖后对轻微、中度、强烈岩爆段采取不同支护参数,能够有效地减小岩爆造成的破坏,保证隧洞围岩稳定和地下结构安全。     

浅谈引汉济渭工程秦岭隧洞设计及施工的关键技术

引汉济渭工程难度大、技术复杂,工程的设计、施工均面临诸多风险。本文针对引汉济渭秦岭隧洞深埋超长的技术特点,分析了秦岭隧洞设计及施工技术中几个关键技术研究难题,提出了设计及施工难点的研究方向。     

引汉济渭秦岭隧洞施工通风测试及特征分析

文章分别以引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段和钻爆法施工段为研究对象,分析了正常通风条件下洞内不同工序、不同位置的温度、湿度、气体含量、粉尘分布等特征规律.结果表明:采用TBM施工,高温段主要集中在距离开挖掌子面约1000m范围内.掘进时,洞内相对湿度和掌子面附近粉尘浓度均低于非掘进时,一氧化碳含量高于非掘进时.采用钻爆法施...     

引汉济渭输水隧洞TBM卡机处理方案研究

引汉济渭工程秦岭隧洞全长98.3 km,越岭段地质复杂,TBM卡机事故成为了阻碍隧洞顺利施工的一大障碍。结合秦岭隧洞此次卡机事故的特点,利用钻孔电视勘测以及三维地震法超前地质勘测对卡机段地质进行了详细的勘明;根据超前地质预报结果结合工程实际制定护盾后方收敛变形区加固方案以及护盾前方断层带处理方案;根据处理方案制定可行的施工措施,为TBM脱困创造了有利条件。     

秦岭隧洞越岭段地应力测试成果分析

在引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM段K38+850里程处采用水压致裂法与应力解除法进行了地应力测试.解除法与三维水压致裂法测试结果接近,综合测试结果,最大主应力σm为62.8MPa,为高～极高应力水平,可能发生中等岩爆.最大水平主应力方向为NWW～EW向,围岩应力状态为σH>σZ>σh,以水平应力为主.最大主应力方位与隧...     

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。     

引汉济渭输水隧洞岩爆处置研究

引汉济渭工程秦岭隧洞地应力环境复杂,岩爆成为了阻碍隧洞顺利施工以及威胁施工安全的一大障碍。以岭南4号支洞的开挖段为试验段,采集开挖过程中发生岩爆的信息,对发生岩爆的规模进行划分,提出轻微、中等以及强烈岩爆下的支护参数以及应力解除爆破参数。研究表明:微震监测技术在本隧洞的预测准确率达64%。柔性钢丝网、涨壳式预应力注浆锚杆以及仿纤维喷射混凝土对岩爆的控制具有良好的效果。