关埠引水隧洞超高强度岩石TBM刀具选型及布置

榕江关埠引水工程输水隧洞采用双护盾TBM掘进机施工,隧洞围岩大部分为弱风化—微风化花岗岩,围岩坚硬完整、岩石强度高(最高强度达190～230MPa)。刀盘是TBM重要部件,刀盘设计的合理性对提高TBM掘进效率,降低施工成本起着决定性的作用。通过对隧洞岩石强度以及滚刀破岩机理综合分析,初步确定刀具形式、滚刀间距、滚刀直径等刀盘参数,为硬岩掘进创造基本条件;通过对滚刀启动扭矩及单刀承载力等的分析,对刀盘初期设计参数进一步优化,适当增加滚刀数量,提高了TBM的掘进效率。     

多元回归方法在西南某水电站TBM施工隧洞围岩质量预测中的应用

针对西南某水电站引水隧洞TBM施工中的围岩分类问题,进行大量的现场调查、数据采集和分析验证,在基于TBM掘进参数研究的基础上引入岩石强度的地质因素,经过多元逐步回归得到了回归方程,并将其应用在各围岩类别的地质分值上进行验证,得到的预测分值与现场地质分值吻合率较高,以此预测围岩质量。研究成果为以后TBM施工条件下隧洞围岩分类的进一步研究提供了有价值的参考。     

多元回归法在某水电站TBM施工隧洞围岩质量预测中的应用

针对西南某水电站引水隧洞TBM施工中的围岩分类问题,进行大量的现场调查、数据采集和分析验证,在基于TBM掘进参数研究的基础上引入岩石强度的地质因素,经过多元逐步回归得到了回归方程,并将其应用在各围岩类别的地质分值上进行验证,得到的预测分值与现场地质分值吻合率较高,以此预测围岩质量。研究成果为以后TBM施工条件下隧洞围岩分类的进一步研究提供了有价值的参考。     

基于Fisher模型围岩稳定性分析方法

TBM是已经从原始的人工钻爆法发展为半自动化施工的成套型机械设备,然而未能实现完全自动化的根本原因在于隧洞围岩稳定性需要地质工程师现场勘认后进行支护处理。TBM掘进中操控室得出的主推力、刀盘转速、贯入度、平均扭矩等相关参数,是反映刀盘最直接的原始数据,与掌子面围岩稳定性密切相关,利用Fisher判别法将这4组非平衡数据转化为一维线性关系,总结出的围岩稳定性判别函数,全面提高掘进效率。     

CCS水电站输水隧洞工程地质条件分析与处理

为保证CCS水电站输水隧洞双护盾TBM施工正常进行,开展了围岩分类与稳定性评价及隧洞超前地质预报,研究了施工方法,提出了施工技术建议。在双护盾TBM施工过程中,可见的围岩范围较小,无法进行地质素描,根据双护盾TBM施工的技术特点,选择了隧洞掌子面及洞壁小范围的围岩观察、TBM掘进参数分析、局部岩石回弹值测试、岩渣性状分析、地下水特征分析等多种方法获取围岩地质信息,从而对围岩进行分类和稳定性评价。选择了隧洞宏观地质条件分析、施工过程地质条件分析、以地震法和电法为主的物探方法、掌子面超前水平钻探等综合方法对掌子面前方围岩进行探测和预报,根据预报结果有针对性地采取处理措施。针对TBM施工过程中出现的涌水、砂岩砂化、断层破碎带等不良地质条件,建议施工单位采取了超前地质预报及调整掘进参数、堵水、超前灌浆加固围岩等施工方法和技术,TBM顺利通过了不良地质段。     

TBM最佳掘进工作参数研究与应用

TBM作为一种先进的现代化隧洞施工设备,目前已经广泛应用于世界各地的水利、公路、铁路等地下工程施工。但在我国TBM的使用还尚处于起步阶段,可资借鉴的经验十分有限。本文基于辽宁省大伙房水库输水工程TBM1施工段的工程实践,深入地分析研究了在各类围岩下TBM掘进速度与刀盘转速、推进油缸压力及主电机平均电流之间的关系,为科学地选择TBM掘进工作参数提供依据,以确保在满足安全生产的前提下,实现经济、稳定、快速掘进。     

滇中引水工程香炉山隧洞TBM开挖围岩卸荷响应特征

针对滇中引水工程香炉山隧洞TBM掘进洞段地质条件复杂、施工技术难度大等特点,采用现场监测和三维数值仿真2种手段,对典型洞段围岩开挖卸荷响应特征进行了分析。通过对TBM掘进洞段围岩变形和钢拱架受力监测数据分析可知,围岩类别和隧洞埋深均是影响围岩变形量值和收敛时间的重要因素,TBM上的撑靴结构对钢拱架受力影响显著。根据香炉山隧洞敞开式TBM施工特点,提出了敞开式TBM开挖施工的仿真模拟技术,获得了典型断面围岩变形及支护结构受力随掌子面推进的变化规律,可为TBM洞段支护设计优化及掘进过程中卡机问题的预测和判断提供参考。     

TBM施工地质工作方法探索

TBM隧洞施工安全、快速,但施工中几乎很少见到暴露的围岩,无法采用传统的方法进行施工地质工作.在国际引黄Ⅲ标TBM施工中,通过岩渣形态观察、TBM掘进参数分析和地质观测窗测量等方法综合判断围岩地质条件,成功完成了施工地质工作,总结出一套TBM施工地质工作方法.     

水利工程复杂地层TBM施工工效分析

全断面硬岩掘进机(TBM)机械化程度高、作业安全高效，在隧洞工程建设中应用越来越广泛，在水利工程隧洞建设中也逐步得到应用，该文基于复杂地质条件的敞开式TBM施工要求和生产现状，通过统计掘进进尺与围岩关系，分析各类围岩影响掘进因素，统计分析TBM在复杂地层中掘进功效，可为同类工程的建设提供参考。     

开敞式TBM设备技术改造研究与探讨

在我国长距离输水隧洞建设中,全断面硬岩隧道掘进机TBM应对复杂地质条件能力强,掘进速度快等特点在引水工程中得到广泛应用。文章结合隧洞工程地质条件和开敞式TBM设备现状,对TBM设备的刀盘、机械系统、通风除尘系统、主驱动、液压系统、电气系统及后配套进行检修改造。经多参数综合表明,改造后TBM性能良好,适应性提升。研究成果对指导该领域设计施工具有一定的指导作用。     

软岩洞段单护盾隧洞掘进机(TBM)主要施工问题及对策

介绍了国内首台单护盾隧洞掘进机(TBM)在甘肃省引洮供水一期工程总干渠7号隧洞的应用,针对单护盾TBM在软岩洞段掘进施工时碰到的一些主要问题提出了解决对策,为今后TBM遇到类似围岩地质条件下掘进施工提供一些借鉴和帮助。     

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。     

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。     

不良地质段的TBM施工技术在大伙房输水隧洞施工中的应用

TBM在不良地质段掘进时，应合理匹配掘进参数，掘进速度、推力和刀盘转速要适当降低，以便减少对围岩的扰动，减轻或防止围岩出现坍塌。通过地质预报，针对各种不良地质体的性质、类型和可能发生的施工地质灾害，采取相应处理措施。     

格鲁吉亚卡杜里水电站引水隧洞TBM的施工及对围岩的处理

介绍了卡杜里水电站二条引水线路之一的萨河引水隧洞采用TBM施工的情况,包括隧洞的地质条件、不良地质洞段的施工、对各类围岩的工程处理,以及采用TBM施工的优缺点等。     

复杂地质环境对TBM掘进速度的影响

基于引汉济渭工程秦岭隧洞TBM的施工实践,对比研究了岭南、岭北两台TBM在截然不同的地质环境下的掘进效率,认为目前以围岩类别来判断TBM的掘进效率是不够严谨的。实际研究表明,围岩的岩性特别是围岩抗压强度、完整性、地下水等地质因素才是影响掘进效率的主要地质因素。在此基础上,对复杂地质环境TBM的进度指标和TBM的地质适应性进行了研究。     

复杂地质区TBM卡机成因分析及脱困技术

N-J水电站工程地处喜马拉雅山南麓,电站引水隧洞埋深大、地质条件复杂。其引水隧洞的某双线洞段采用2台开敞式TBM掘进,因遭遇剪切破碎带、软弱围岩、地下渗水的共同作用,在掘进过程中围岩发生较大规模塌方,出现卡机事故。通过对该洞段地质条件的综合分析,有针对性地提出了在护盾顶部人工开挖小导洞的脱困方案,最终使TBM顺利脱困。为TBM在类似不良地质围岩洞段的施工提供了宝贵经验。     

TSP与TRT技术在TBM隧洞施工地质预报中的应用

TBM施工隧洞穿越断层等不良地质段时,常常伴有塌方、掉块、突泥等地质灾害,除前期地勘资料提供的有关TBM施工隧洞轴线区域范围地质情况外,还需要在隧洞施工过程中采用相关物探技术查明掘进前方可能引起地质灾害的围岩情况,以指导TBM掘进施工。     

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。     

人工神经网络在引水隧洞变形监测中的应用

针对引水隧洞围岩变形受地质、施工等因素综合影响的特点，引入人工神经网络理论，建立了隧洞收敛测值终值预测的BP网络模型。该模型将隧洞围岩的5个物性参数容重、弹性模量、泊松比、粘结力、内摩擦角作为BP网络的输入向量，将最终收敛位移作为网络输出向量。应用Matlab进行BP网络设计和程序编制。实例分析表明，利用所建立的BP网络模型进行围岩收敛变形预测。结果合理可行。