TBM施工信息化智能化技术应用及展望

结合实际工程案例和中国国家重点基础研究发展规划“TBM安全高效掘进全过程信息化智能控制与支撑软件基础研究”项目工作进展，提出了以“TBM地质和设备信息感知为基础、TBM海量信息融合的云平台建设为中心、智能化掘进为目的”的信息化和智能化技术应用体系，对TBM施工云计算平台、智能化掘进技术与TBM-SMART终端进行了介绍，期望对未来TBM技术发展及其安全、高效施工提供参考。     

单护盾TBM通过不良地质段施工技术

单护盾TBM在岩性单一的中硬岩地质条件下具有快速掘进且同步衬砌、一次成型等显著特点,但在高地应力、断层破碎及无自稳能力的软岩不良地质段,特别是在地基承载力较差的软弱含水疏松砂岩中掘进极易出现刀盘及盾体被卡、栽头等问题,严重影响TBM的正常掘进。本文以甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#隧洞单护盾TBM在不良地质段掘进发生的围岩收敛、变形、坍塌、涌水、流沙等地质灾害导致卡机的原因进行系统分析,重点介绍并提出了该工程TBM在不良地质段掘进时存在的部分问题及应对措施,为类似工程提供经验参考。     

中天山隧道TBM施工关键技术应用

针对中天山隧道TBM施工过程中遇到的TBM掘进时不能同时开展二次衬砌施工、地质条件复杂等重难点，从有轨运输出碴组织模式下TBM掘进与二次衬砌同步施工、复杂地质条件下TBM快速施工等方面介绍了TBM施工关键技术。成功地解决了中天山隧道TBM施工受独头掘进距离超长、地质条件异常复杂、TBM设备老龄化显著等因素制约施工进度的难题。     

抽水蓄能隧洞TBM隧洞智能掘进系统技术研究

抽蓄工程TBM隧洞施工具有超小开挖断面、地质条件复杂多变、多断层破碎带及围岩变形、高地应力、岩爆、超小的转弯半径、区间坡度大长度长、机械作业密集。针对在排水廊道隧洞、探洞、交通中导洞等洞室掘进时，对复杂地质预报、隧道支护、针对不同地层的掘进参数调整等难点，设计TBM关键参数智能掘进系统技术框架，采用低无代码模式降低开发门槛，通过模块化开发实现了系统较低的耦合度。在此基础上，以算法模型与系统软件分属不同服务的方式，集成来自不同算法开发人员的模型，实现了系统软件与算法模型的快速集成，用于TBM智能掘进过程中关键参数的预测及控制。对TBM隧洞智能施工流程进行研究分析，形成一套抽蓄工程TBM智能化掘进系统技术，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，形成了一套符合抽蓄项目TBM施工的智能化施工方法。     

TBM穿越断层破碎带施工技术研究

为解决TBM穿越断层破碎带施工的难点，以山西垣曲二期抽水蓄能电站为工程背景，揭露了断层破碎带的地质特征，分析造成TBM的施工风险及影响，提出始发导台方法，根据不同地层的地质条件，总结不同典型地层掘进参数，通过现场施工经验解决机电设备出现的问题，最终形成TBM穿越断层破碎带的整套施工技术。     

基于掘进性能的TBM施工围岩综合分级方法

传统围岩分级方法侧重于围岩的稳定性,对于TBM施工隧道工程,围岩与TBM均扮演重要角色,有必要建立一套服务于TBM隧道工程的围岩分级新方法。依托引汉济渭引水隧洞工程的现场数据,对场切深指数FPI与地质参数、掘进参数的相关性进行分析,建立TBM隧道的围岩可掘性分级;对影响TBM利用率的主要地质因素进行分析,建立TBM隧道的适应性分级。综合考虑工程的围岩可掘性及TBM适应性,以施工速度为指标,建立基于掘进性能的TBM施工围岩综合分级。分级选取岩石强度、岩体完整性、地下水状态、初始地应力状态、隧道轴线与主要软弱结构面夹角等5方面因素指标,对TBM推力、贯入度、利用率和施工速度进行影响关系综合分析。结果表明,新建立的TBM施工围岩综合分级方法可以进行TBM掘进性能预测与工期、成本分析,有效解决开敞式TBM工程实用围岩分级问题。     

敞开式-土压式双模式TBM模式转换分析

敞开式-土压式双模式TBM拥有敞开和土压两种掘进模式,具有较强的地质适应性,既能在硬岩地质下高速掘进,又能适应软岩地层保压掘进,而复合式TBM模式转换技术是双模式TBM能否实现其双模功能的关键,在遇到地质条件变化时通过对掘进模式的转换,改变掘进模式以保证施工安全、提高施工效率。该文以重庆轨道交通环线使用的双模式TBM为例,简要阐述了双模式TBM从敞开模式转换为土压模式的施工步骤,为双模式TBM模式转换提出有益建议。     

浅析TBM隧道围岩的工程分类

结合影响TBM施工效率的各种主要因素,提出了关于TBM隧道围岩分级的一些看法,认为TBM施工条件下的隧道围岩分级应该主要针对工程岩体的可掘进性,即根据围岩的主要地质因素与TBM工作效率的关系来划分。     

基于TBM掘进参数和渣料特征的岩体质量指标辨识

在工程实践和前人研究成果的基础上,综合分析了TBM法隧洞的围岩地质条件对TBM掘进过程的影响,提出了一种基于TBM掘进参数和渣料特征的围岩质量指标(RMR)辨识方法。该方法一方面可将TBM的实时工作参数输入到回归公式或神经网络模型中,实现岩体质量指标的辨识;另一方面可通过分析TBM渣料特征得到岩体的镶嵌结构、不连续面状态以及地下水等地质信息,进而对岩体的地质力学强度(GSITBM)和质量指标(RMRTBM)进行估计。鉴于这两种方式的显著特征,建议在地质条件较好时优先采用基于掘进参数的辨识方法,地质条件较差时采用基于渣料特征的评价方法。在对TBM法隧洞围岩质量指标辨识研究的基础上,对岩体基本力学参数的估计方法进行了研究。     

粉砂质泥岩敞开式TBM掘进及支护参数选择研究

国内多数TBM隧道掘进时仅完成初期支护工程,贯通后才会进行二次衬砌,在复杂地质条件下,最优的支护参数可有效减少对岩体扰动、提高隧道安全系数、保障隧道洞室稳定,同时能够有效降低TBM能耗、避免设备异常损坏,进而保证了TBM施工效率。以四川省乐西高速大凉山1号隧道敞开式TBM掘进穿越粉砂质泥岩地层实例,详细分析了洞室稳定和支护参数的关系,建立结构-荷载计算模型,通过对初期支护参数进行计算验证,获得了隧道受力及变形特征,验证了设计支护方案的安全性和合理性;通过分析掘进参数和能耗之间的关系,建立了TBM能耗模型,控制单一掘进参数变量对不同掘进参数条件下TBM能耗曲线进行了对比分析,得出了TBM掘进穿越粉砂质泥岩地层最优掘进参数。     

深圳地铁穿越既有线路施工风险评估

针对于TBM隧道穿越既有线路的实际特点,对其在TBM掘进过程中遇到施工风险因素进行总结分析,基于层次分析法建立相关计算模型,并进行实例分析和工程应用,结果表明:TBM穿越既有线路存在着极大风险,主要风险源在于TBM机身及掘进风险、超前地质预报与实际地质情况存在差别、TBM隧道上跨下穿对既有线路的影响等。结合层次分析法对TBM穿越既有线路进行风险评估,为后续施工风险控制措施的制定提供依据。     

浅析N-J工程不良地质条件下敞开式TBM掘进施工

为解决不良地质条件对TBM掘进施工造成的极大困难,结合N-J水电站工程引水隧洞敞开式TBM掘进段试掘进期间的施工实践,首先总结了敞开式TBM隧洞围岩分级方法;然后根据收敛变形、多点位移计等监测结果,通过不断调整、优化,总结了对应于TBM隧洞围岩分级的支护结构参数;最后将该支护结构参数与钻爆法的支护参数进行比较,给出了围岩破碎带敞开式TBM施工的技术措施,确保TBM能在安全、稳妥的条件下施工。     

影响TBM施工的地质因素研究及施工对策探讨

相比于传统钻爆法及其它掘进方法,TBM在深埋长大隧道施工过程中优势明显,但同时其也更易受控于地质因素而影响施工。分析和研究特定环境下的各种地质因素对TBM施工的影响,并提出相应的施工对策,具有较大工程意义。西南地区某在建铁路深埋长大隧道D1K212+500~D1K226+840段具备进行TBM施工的运输、场地、电力等条件,但地质条件复杂,不良地质发育。以该段作为研究段,采用地质调绘、钻探、物探、声波测井、取样试验等方法对各影响因素展开地质调查并收集相关数据,通过定性和定量分析表明,影响研究段TBM施工的因素主要有断层破碎带、自稳能力较差的局部段落岩体及强富水区。施工时可相应采用掘进与加固相结合并降低掘进速度、调整掘进参数,适当超挖并及时支护,逆向掘进,超前预报,引、排水等方法来降低不良地质因素对TBM施工的影响。研究成果直接服务于本工程施工,相关定量参数可为前期TBM选型提供参考,工程意义较大。     

TBM法隧洞不良地质问题处理措施应用分析

通过研究TBM隧洞开挖过程中一些不良地质引起的问题为该技术规避风险,而对出现的地质条件不符合要求的问题应制定一系列的预测方案,坚持安全施工,提高对TBM不良地质条件下施工的整体效率。同时通过对TBM掘进机进行研究,突出TBM在该工程进行过程中所面临的人机安全的问题,解决TBM在不良地质地段掘进时出现的问题。     

基于Web方式的TBM隧洞施工数据库系统

以“南水北调工程成套设备研制项目”为依托，以．NET为平台，结合UML统一建模语言和COM 技术研发了基于网络的TBM隧道施工数据库系统。该系统反映掘进速度、掘进机工作状态参数、各施工工序循环作业时间、岩性与地质条件、围岩变位等主要施工信息，并解决TBM优化运行、运输方案优选及掘进后跟进支护系统的问题。     

泥岩地质条件下TBM快速掘进技术

为提高TBM在泥岩地质条件下的掘进速度,提高施工效益,本文从防止泥岩遇水软化结泥、掘进参数控制及洞内施工环境控制这三个方面介绍TBM在这种围岩中掘进的施工措施及技术,实践证明:通过设备改造和采用合理的掘进参数,能有效地提高TBM在泥岩地质条件下的掘进速度和施工效益。     

浅谈硬岩双护盾掘进机（TBM）隧洞施工

结合TBM掘进技术在山西省万家寨引黄工程总干线施工实践,对TBM双盾掘进施工技术进行了讨论,并对施工过程中的测量控制、衬砌施工以及遭遇不良地质情况下的施工技术进行了论述,以进一步推广TBM掘进技术的应用。     

引洮工程红层软岩隧洞TBM施工预留变形量分析

引洮工程属大型跨流域自流引水工程。工程区广泛分布新近系红层软岩,工程地质条件复杂,存在红层软岩隧洞大变形和TBM卡机等工程地质问题。依托引洮工程7#试验洞,采用原位剪切试验、现场变形试验室内流变试验等方法,获取了新近系红层软岩的物理力学参数。采用理论计算和数值计算方法(Burgers mode),对不同埋深条件下红层软岩隧洞的变形特征和最大变形值进行分析。重点研究了TBM掘进预留变形量的问题,提出引洮工程7#红层软岩隧洞TBM掘进预留变形量建议值为9～13cm。研究成果直接服务于引洮工程,为优化设计提供直接的地质支持,也可为同类工程提供借鉴。     

岩石可掘进性研究的试验方法述评

在TBM施工前,岩石的可掘进性研究是隧道工程地质研究中的一项重要内容,而我国目前还没有进行岩石可掘进性研究的试验室.国外关于岩石可掘进性研究的试验方法已有很多,但还没有一套标准的试验方法.岩石可掘进性研究目的主要有三个:TBM的设计、刀具磨损的预测和掘进速率的预测,并围绕这三个方面分别介绍了目前主流的试验方法,并结合TBM刀具的破岩机理对各种方法的优缺点进行初步的分析和评价,并推荐了用线性切割机试验来进行TBM的设计,用CERCHAR试验来测定岩石的磨蚀性.     

双护盾TBM全断面掘进不良地质洞段固结灌浆

就双护盾TBM全断面高速掘进时的不良地质洞段固结灌浆施工工艺作了详细的介绍,对灌浆效果进行了分析,指出固结灌浆施工工艺既满足了TBM高速度掘进,也保证了成洞质量,为特殊地质条件的加固处理提供了经验。