适用于软岩隧洞的TBM设备功能特性研究

文章通过全断面硬岩掘进机(简称TBM)在新疆达坂软岩隧洞的工程实例,阐述了适用于软岩隧洞开挖的TBM设备功能特性应有良好的适应性,TBM选型和制定过程中应确定合理的TBM掘进性能主要技术指标,并考虑既要满足多种复杂地质条件、与施工方案相匹配,也要符合工期、安全要求。     

引红济石引水隧洞软岩变形特征及TBM施工控制

针对引红济石引水隧洞软岩变形情况,分析隧洞变形的主要影响因素。通过变形软岩试验,对矿物成分进行分析、天然密度和天然含水率测试及崩解性试验等综合分析得出隧洞挤压变形的主要原因。提出了变形软岩的加固方法及TBM在变形软岩中的施工控制措施,有效地解决了施工难题,可为类似工程的施工提供借鉴。     

引洮工程TBM施工极软岩隧洞段工程地质问题分析与评价

文章以正在施工的引洮一期供水工程7#引水隧洞为依据,结合TBM掘进机施工特点,分析TBM掘进机在特殊极软岩地层中存在的施工困难、安全隐患等问题,通过对7#引水隧洞TBM施工围岩工程地质特性、水文地质条件的分析,评价了围岩的稳定性及在TBM施工过程可能出现的工程地质问题,为后期隧洞施工提供前期地质指导与预报。     

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。     

软岩隧洞的支护设计方法研究

由于软岩的力学参数较低,开挖后变形明显,塑性区深度较大,支护措施的设计具有很大难度,把握不好就会造成支护措施的浪费或者出现支护破坏问题,因此有必要对如何设计合适的支护措施做进一步的研究。通过岩体地质分类系统确定量化的支护时机,通过软岩隧洞进行稳定计算得到支护方案。该方法只需通过平面有限元计算即可较快地得到支护时机和相应的支护措施。笔者在印尼某水电站引水隧洞中采用该方法进行了支护计算,说明了该方法在软岩隧洞支护设计中简便、可行。     

软岩与水相互作用研究综述

软岩是一类松散、破碎、软弱及风化膨胀性的强度较低的岩石,在水环境作用下软岩易产生大变形失稳破坏。大多数岩土工程事故都涉及到软岩与水的相互作用,研究软岩与水相互作用对于分析某些由软岩失稳引起的工程事故具有重要的理论和现实意义。针对软岩与水相互作用这一问题,从软岩与水相互作用的分类、软岩吸水特性的影响因素及其软岩吸水失稳机理等方面,对国内外具有代表性的研究成果进行了梳理。结果表明:软岩与水相互作用可分为力学作用、物理作用和化学作用。在各种影响软岩吸水特性的因素中,主要因素是黏土矿物的含量和种类、孔隙结构,其他影响因素有水压变化、软岩的干湿循环次数、软岩的块体尺度(尺度效应)和吸水时间等。软岩吸水失稳的根本原因是吸水后黏土矿物微观结构发生变化,而是否含蒙脱石等吸水性极强的黏土矿物并非直接原因;后者只是对软岩吸水过程起到促进作用。     

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。     

新疆顶山软岩隧洞工程反分析研究

本项研究工作在施工期安全监测工作的基础上,采用二维粘弹性非线性有限元反分析方法和程序,应用开尔文体、广义开尔文体两种粘弹性流变模型,对顶山隧洞岩体粘弹性本构关系的弹性模量E0,E1,粘性系数η等物理力学参数进行了系统的反分析计算;并对“台阶式”错动开挖、支护对围岩参数反分析成果的影响等技术问题进行了分析探讨。     

构皮滩水电站工程软岩原位流变试验研究

对构皮滩水电站第二级升船机基础的薄层状页岩进行了现场原位流变试验研究。结果表明,薄层状页岩在外荷载的长期作用下蠕变变形较大,表现出显著的黏弹性特征;同时根据半无限空间弹性理论,推导了基于刚性承压板原位流变试验的流变本构关系——Burgers模型解析表达式,并建立了岩体流变本构模型参数的辨识方法。研究结论有效解决了基于原位流变试验的岩体流变力学参数取值问题。     

软岩引水隧洞施工开挖过程围岩变形规律研究

以云南省滇中引水工程某段软岩引水隧洞建立实体模型,应用三维显式有限差分法程序FLAC3D对其施工开挖过程进行三维数值模拟。计算结果表明,软岩隧洞受到开挖面的空间约束效应,围岩应力逐步释放,相应围岩位移也逐渐增加;在横断面上,拱顶围岩沉降位移沿竖直径向的空间效应主要影响范围在3倍洞径(3D)左右,而拱腰围岩水平位移和拱底隆起位移在1.5D左右;掌子面向前推进过程中,掌子面的空间效应逐渐消失,拱顶、拱底位移在施工开挖面后方约2.5D~3D处趋于稳定,拱腰位移在约2D左右趋于稳定,围岩变形收敛:软岩隧洞需要及时施作初期支护,以提高围岩自承能力,限制位移的增长速度。     

高地应力软岩隧洞开挖扰动特征与规律研究

高地应力软岩隧洞由于地应力高,软岩强度及变形模量低,变形和破坏现象十分突出.以滇中引水工程香炉山隧洞为依托,研究了不同洞室形状和地应力场条件下,高地应力软岩隧洞围岩的变形和破坏特征.研究表明:隧洞开挖后,围岩应力、变形、破裂范围及支护结构受力均呈分区分布特征,大主应力传递轮廓和围岩变形轮廓基本呈垂直关系.对于高地应力软...     

高地应力软岩隧洞锚杆预应力参数优化设计研究

锚杆预应力也是影响地下洞室工程围岩支护效果的重要因素,探讨其对支护效果的具体影响可以对具体工程的锚杆参数设计以及相关的理论研究提供有力的支持和借鉴。文章以清河水库第二泄洪洞建设为研究背景,利用数值模拟的方法探讨了锚杆预应力对高地应力软岩泄洪洞围岩应力和稳定性的影响,结果显示锚杆预应力会对隧洞开挖支护后的围岩位移、应力以及塑性区面积产生显著影响。综合研究成果,建议在背景工程施工中选择100MPa的锚杆预应力值。     

节理软岩卸荷流变力学特性试验研究

为了解节理软岩的卸荷流变力学特性,采用RLW-2000岩石三轴流变试验系统进行了恒轴压一次卸围压的流变试验,详细分析了相同轴压不同围压以及相同围压不同轴压条件下试样轴向及侧向流变随时间的变化规律。同时分析了试样流变速率随时间的变化规律及试验后试样的破坏形态。通过试验研究掌握了一些节理软岩的卸荷流变规律,为节理岩体的本构模型的进一步研究建立了基础。     

软岩地区隧洞一次支护及变形特性研究

新疆自治区引额济乌隧洞处在软弱岩体中。文章介绍了隧洞开挖方法、支护参数、观测仪器布置及观测成果,观测成果表明,本工程的格栅拱架、铝杆、挂网喷混凝土和锚杆加混凝土封闭底板,对围岩稳定起到很大作用。     

桩-软岩复合地基流变机理缩尺模型试验研究

桩-软岩复合地基承受上部载荷时,时效变形预测依赖于对其流变机理的认识以及对流变模型的合理描述,为分析其流变机理,通过桩-软岩复合地基缩尺模型载荷试验,研究了桩身应力、桩底压力、承台下软岩压力以及软岩深部变形时效特征,对桩-软岩复合地基流变机理进行了系列试验研究。桩底压力以及桩间软岩变形时效特征明显,桩-软岩复合地基在工程荷载作用下的衰减蠕变可采用5参量广义开尔文模型进行描述,其流变参数为E_H=1.1 GPa,E₁=7.05 GPa,η₁=929 GPa·h,E₂=9.03 GPa,η₂=28 GPa·h,与软岩地基比较,桩-软岩复合地基流变参数明显提高。     

提高软岩隧洞开挖日进尺施工方法研究

引洮二期工程四千渠1 #-2#隧洞围岩开挖进度慢,难以在合同期内完成施工任务.经分析影响隧洞掘进速度的主要因素是掘进工艺不合理、激励机制不完善.因此采用新的施工工艺,并且实行超额奖励机制.措施实施后1 #隧洞出口段、2#隧洞进口段开挖日进尺分别从原来的1.52m提高到4.29m、1.96m提高到4.17m,使得隧洞提前...     

高应力条件下TBM破岩岩渣块度分布规律研究

TBM掘进过程产生的岩石渣料包含丰富的地质信息,为研究地应力对TBM掘进过程产生的岩石渣料的影响,采用PFC2D建立了围压条件下的滚刀破岩模型,提取并分析破岩产生的岩石碎片。数值模拟结果表明：TBM滚刀掘进过程主要产生扁平形岩石碎片。在一定范围内,随着围压增加,岩石碎片的平均粒径呈“W”形变化,并且小粒径碎片的含量增加,但围压较高(>30 MPa)时,反而更容易形成较大粒径的岩石碎片。     

软岩三维粘弹塑性参数辨识研究

以某水电站地下厂房区软岩部位试验洞监测资料为基础,运用基于均匀设计一遗传算法一神经网络的人工智能反演分析方法,在考虑了仪器埋设滞后的位移损失的情况下,对岩体在宏观结构条件下的流变参数进行三维粘弹塑性位移反分析,得到了岩体的流变参数并进行了位移预测.与监测成果进行了对比分析.结果表明:预测围岩流变位移、速率与监测结果比较接近,规律性较好,说明辨识效果较好.     

软岩隧道丢失变形规律模型试验研究

通过隧道开挖模型试验,研究不同应力条件下软岩隧道拱顶和拱腰的变形及丢失位移变化规律。拱顶和拱腰丢失的变形量随测点与掌子面距离的增加出现先增大后逐渐趋于稳定的趋势,拱顶比拱腰的变形量丢失状况严重。增加衬砌后可有效减小拱顶竖向沉降和拱腰横向变形的最终值,力学性质表现得更为稳定。随着地应力的升高,拱顶和拱腰丢失位移逐渐增加,丢失位移与地应力呈正相关关系。