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。     

引汉济渭工程秦岭隧洞TBM的刀具选型试验

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM施工遭遇超硬岩石,在试掘进阶段进度严重滞后于合同计划指标。为了减少刀具更换时间、促进施工进度,将刀具选型试验作为突破口。通过利用各厂家提供的刀具进行TBM试掘进,将每家2把刀具交叉安装在相应刀位上,在试验过程中进行磨损量测试、岩石抗压强度测试。从这两项指标定量分析刀具选型,结合过渡区域刀具磨损量及速率、面刀区域刀具磨损情况、整刀使用寿命、极限磨损情况、2 km试掘进阶段刀具消耗情况,综合评价各类型刀具性能。结果表明,受掌子面平整度、岩石强度及石英含量影响,不同部位的磨损量、变形都存在较大差异,尤其不同处理工艺的刀具,其耐磨值和稳定性决定着TBM的掘进速度。研究成果对超硬岩隧洞TBM刀具的选取具有一定的参考价值,也对刀具材料的研究提供了基础数据。     

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。     

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。     

引汉济渭隧洞TBM施工环境热害扩散规律研究

引汉济渭工程是解决关中、陕北缺水的重要工程,其将穿越秦岭主脊段,主要采用TBM法施工。理清TBM掘进段的施工环境热害扩散规律,用以指导TBM掘进隧道内的现场施工。以引汉济渭隧洞工程为依托,主要采用数值计算方法对不同围岩级别和不同通风条件下TBM掘进段的施工环境热害扩散规律进行计算研究。研究结果表明:在Ⅳ级围岩中施工时,掘进机段环境空气温度小于28℃,满足规范要求。随着围岩级别提高,掘进面附近区域温度和高温区范围逐渐扩大,最高温度达到50℃,最大热害扩散范围达到165m,最小的通风有效降温距离仅为45m;随着风管出风口风速的增大和送风温度的降低,热害扩散范围逐渐减小,但仍难以使掘进面附近环境温度满足规范要求,建议在掘进面附近区域采用局部降温措施。     

引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM施工段岩爆防治措施探讨

引汉济渭秦岭隧洞最大埋深约2000m,根据资料分析,秦岭隧洞地应力高、埋深大具备发生岩爆的条件.本文拟对引汉济渭秦岭隧洞越岭段岭南TBM施工段（K27＋643.006～K46＋360.000）18.717km地段围岩岩爆机理进行分析、研究,提出TBM法施工通过岩爆地段的施工预防措施.     

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...     

引汉济渭工程秦岭隧洞围岩稳定性有限元分析

对引汉济渭工程秦岭引水隧洞开挖的初期支护施工过程围岩结构的塑性变形分布规律进行分析研究,结合计算结果,为初期支护过程围岩的稳定性提供分析依据,以便对现场施工提供合理化建议。采用非线性弹塑性有限元法,依据地下结构设计理论及岩石的Drucker-Prager屈服准则,考虑围岩和初期支护衬砌结构的整体性,对秦岭引水隧洞的Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖和初期支护结构的施工过程进行了模拟,计算了开挖施工过程三种不同工况下围岩顶拱及侧向的塑性变形。结果表明:秦岭隧洞初期支护施工过程的三种工况下围岩结构的塑性变形主要集中在顶拱120°范围内及两侧边墙,隧洞围岩结构整体处于安全状态。     

引汉济渭秦岭输水隧洞出口段施工技术研究

引汉济渭工程秦岭隧洞全长98.3 km,隧洞最大埋深2012 m。结合工程特点,选择了施工用电、通风、用水以及会车洞等辅助施工措施;提出以开挖工法、减少软岩塌方措施、大变形处理以及涌水处理为核心的不良地质条件下的快速施工技术;针对隧洞污水提出专门的处理方法。通过辅助工法的比选以及快速施工方法,可在取得良好的经济效益的同时确保隧洞正常施工。     

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。     

基于微震监测的引汉济渭秦岭隧洞岩爆预测研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞区地应力较高,当在坚硬完整、干燥无水的变砂岩地层中进行开挖时,由于应力集中,有发生岩爆甚至强烈岩爆的可能。本文进行了基于微震监测技术的岩爆风险预测,分析了秦岭隧洞3、4号洞微震监测数据,并对岩爆事件进行相应预测,结果显示,预测准确率分别达到95.89%、90.00%和88.46%,说明微震监测数据可实现对岩爆事件的有效预测。     

引汉济渭秦岭隧洞突涌水原因及涌水量预测

针对隧洞开挖施工中常见的隧洞突涌水等地质灾害问题,在分析隧洞涌水区域水文地质条件、有限元渗流计算和达西定律的基础上,研究秦岭隧洞椒溪河段开挖涌水原因并预测涌水量。研究表明:在涌水发生的初期,涌水集中渗漏通道由断层泥及断层角砾填充,发生的流动为渗流,通过有限差分软件数值计算求得的隧洞开挖初期涌水量与实际隧洞开挖涌水初始阶段的涌水量非常接近;在涌水稳定阶段,涌水集中渗流通道发生类管涌的水力破坏,通过集中渗漏通道流入隧洞内的流量为1 671.55 m3/h,与现场实测隧洞涌水稳定时的最大涌水量1 700 m3/h接近。研究成果可应用于水文地质条件类似的隧洞工程涌水量计算。     

引汉济渭秦岭隧洞开挖期围岩稳定性数值分析

隧洞岩体的稳定性分析是保证施工期和运行期安全稳定的重要研究课题,隧洞围岩稳定中地应力因素有着十分重要的作用,基于引汉济渭秦岭引水隧洞二衬混凝土开裂洞段典型断面的应力实测结果与地形地质构造条件,运用FLAC^3D软件模拟地下隧洞工程的施工开挖。结果显示,洞周围岩总体处于受压状态,主压应力一般为8～38 MPa,在拱顶与右侧拱肩、拱墙与底板交汇处有一定程度的压应力集中,压应力为28～38 MPa。隧洞顶拱位移总体上为5～20 mm,两侧边墙朝临空面方向的位移总体上为5～35 mm,底板回弹变形总体上为5～25 mm,位移较大处在Ⅳ类围岩中,断层f处尤其突出。隧洞开挖后产生了一定范围的塑性区,以剪切破坏为主,塑性区主要在Ⅳ类围岩中,深度3～4 m;靠近断层区域塑性区进一步向断层延伸,局部塑性区深度达6 m。     

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。     

引汉济渭秦岭隧洞5号支洞岩爆微震响应研究

以引汉济渭秦岭输水隧洞5号支洞为研究对象,微震监测技术为手段,微震数据及岩爆实录资料为基础,分析了诱发岩爆的原因,并在此基础上探究了微震事件活动与岩爆的关系。研究结果表明：地应力和掘进速率是诱发岩爆产生的主要影响因素,且埋深不同,其对岩爆产生的影响程度不同;微震事件的空间分布特征与掌子面位置存在紧密联系,其“时、空、强”特征可以形象地演示岩爆的产生过程并用于对岩爆的预测预警;岩爆不会一直持续发生,而是会经历扰动开挖-裂隙产生-岩体储能-裂纹发育贯通-能量释放的过程,且当能量释放不彻底时,容易形成频发型岩爆。     

综合超前预报法在引汉济渭秦岭隧洞中的应用

秦岭隧洞地质条件复杂多变,地下水充沛,部分洞段岩性交替变换,且软硬岩互层,为隧洞超前预报带来极大困难。结合秦岭隧洞地质环境的特点,采取TSP、瞬变电磁法、地质雷达三种超前预报方式,进行综合预报。经后期开挖验证,该综合超前预报方法有效可行,通过三种方法的结合,能够对掌子面前方复杂多变的地质情况进行较全面、准确的判断。