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。     

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.     

隧洞高磨蚀性硬岩地段TBM法施工刀具消耗分析

随着国内地下长大隧道施工数量不断增加,TBM硬岩掘进机在长大隧道的施工技术逐渐成熟,不同地质情况下刀具消耗数量差别极大,如何在高磨蚀地段合理预测刀具消耗数量,成为TBM施工招投标阶段及施工过程中刀具成本预测的难题,以引汉济渭工程秦岭隧洞TBM段岭南工程为依托,根据前5000m掘进段工程的围岩强度、石英含量与现场刀具实际消耗情况,实践研究岩石强度、石英含量与刀具消耗之间的关系,为TBM在类似地质情况下刀具消耗数量的准确预测、工程投资、施工成本控制、现场施工进度和设备管理提供较好的参考依据。     

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。     

滚刀直径对引汉济渭秦岭隧洞TBM刀具磨损影响实验研究

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,施工进度严重滞后于计划进度。为了降低刀具的磨损,必须研究刀具磨损的影响因素,而滚刀直径的大小对滚刀的磨损较为敏感。结合工程实例及岩性,通过缩尺滚刀实验,对不同滚刀直径下的滚刀磨损进行实验分析,结果表明,滚刀直径的变化对其磨损速度影响不明显,但在高磨蚀硬岩地层中,小直径滚刀容易发生卷边而导致磨损量逐步增大,大直径滚刀可以增加滚刀的允许磨损量,延长滚刀使用时间。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

深埋长输水隧洞TBM卡机事故分析及处理措施

引红济石隧洞工程中采用双护盾TBM掘进，因遭遇断层、岩体破碎带、软弱围岩共同作用造成多次、重复卡机事故。从卡机处岩性、地质构造、地下水、隧道开挖与软弱围岩挤压变形等方面，系统分析了卡机原因；并针对卡机事故的一般规律，提出了两套卡机脱困的解决方案。工程实践表明，所提方案不仅可较理想地解决卡机事故，同时还可为TBM在围岩坍塌地段的施工提供宝贵经验。     

引汉济渭工程隧洞施工若干技术问题探讨

基于引汉济渭工程隧洞施工实际,结合我国现有技术规范要求,对比分析了引汉济渭工程隧洞动态设计、超前地质预报、隧洞开挖方式、隧洞支护时效及衬砌与掌子面距离等五个方面的问题,得到了适宜引汉济渭工程隧洞施工特点的动态施工技术方法。针对不同围岩条件实施隧洞动态设计,采用了不同的开挖和支护方式。对物探发现的异常区进行钻探验证,以提高地质超前预报及涌水预测精度。地质复杂区段按照"物探先行,钻探验证,有掘必探,先探后掘"的原则组织施工。在实际施工中,应提倡利用围岩在无支护条件下的允许暴露时间也就是围岩的自稳时间实现短距离的掘进与支护分离。对硬岩(Ⅰ—Ⅲ)围岩采用"钻爆设计、光爆施工、工序组织、快速施工"的思路,对软岩(Ⅳ—Ⅴ)围岩采用"围岩量测、确保安全、遵守设计、按部就班"的思路。     

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。     

敞开式TBM隧洞通风系统布置及除尘效果研究

为了研究敞开式TBM施工通风布置方案并提高通风除尘效果,以引汉济渭秦岭输水隧洞TBM工程为依托,利用数值计算软件FLUENT对不同送风风速,不同送风管位置下的洞内除尘效果进行了计算研究,并将模拟计算与现场实测结果对比,优化了施工通风系统布置。研究结果表明:粉尘质量浓度从拱架作业区至主控室逐渐增大,随着到掌子面的距离增加,粉尘浓度降低;送风风速越大,洞内粉尘危险浓度区域越广,敞开式TBM内人员集中作业区的粉尘质量浓度越小;送风管距掌子面越远,人员集中作业区粉尘浓度越高,送风管布置在距掌子面15 m时,作业区粉尘浓度最低。优化方案将送风风管和除尘风管分别布置在距掌子面15 m和25 m,送风风速和除尘风速为40 m/s和15 m/s时,作业区粉尘质量浓度可控制在2 mg/m~3规范限值以下。     

特大断面TBM组装洞室爆破施工技术研究

为确保TBM组装洞室施工安全,对已建成的陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程TBM组装洞室在施工过程中的爆破施工技术进行剖析、研究和优化。通过光面爆破,采用分层分步开挖的方式,在开挖前对爆破孔位的布置、装药参数以及爆破顺序等进行周密的设计,再根据围岩情况和实际爆破效果进行及时的优化,使最终的开挖断面满足设计及规范要求,保证施工安全和质量。结果表明:各断面平均每次爆破开挖进尺为2.73~4.10 m,无欠挖,爆出石渣块度为15~40 cm,适合装渣、运输要求;周边炮眼痕迹保存完整,残孔率为77%~82%,在开挖轮廓面呈均匀分布,爆破衔接台阶平均4~7 cm。需要根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况修正眼距、用药量,尤其是在Ⅳ类围岩以上且节理裂隙较为发育的洞段,要做到每排炮调整。研究成果为类似特大断面的TBM组装洞室爆破开挖施工提供借鉴。     

穿黄工程深厚覆盖地层下高压旋喷土体加固施工工艺比选

南水北调中线工程穿黄隧洞盾构始发端头高喷加固主要保证破除洞门处竖井地下连续墙时的安全和在盾构机进入掘削面之前能使地层自稳及防止地下水流入,存在加固效果、成桩直径等难点,为确保盾构机始发施工的安全,通过多种高喷工艺试验进行高压旋喷土体加固施工工艺及施工参数的比选。经试验分析,最终选定双高压旋喷桩地基加固技术并对技术参数进行了优化。     

万家寨引黄工程总干线#6、#7、#8隧洞TBM施工缺陷处理

全断面双护盾TBM掘进机及其配套的六角形管片设计不适宜用于土层、断层破碎带、溶洞与膨胀岩等不良地质条件的施工，然而在长隧洞中，往往很难避免上述不良地质条件，只有进行有效的事后处理，才能保证隧洞安全输水，同时也拓宽了该类掘进机的使用范围，在万家寨引黄工程总干线#6、#7、#8隧洞施工过程中，采用TBM法施工通过Q2、Q3黄土洞段和N2红粘土洞段时，针对所出现的施工质量缺陷进行了有效的处理。     

中国首台单护盾TBM设备优化改造研究

甘肃省引洮供水一期工程总干渠7号隧洞围岩主要由上第三系Ⅴ类软-极软岩组成,采用单护盾TBM开挖掘进施工,针对围岩特性、设备运行状况与功能缺陷,以及遇到的各类问题,对设备主机机头刀盘及盾体进行了全面优化技术改造,并重点对盾体前伸护盾结构进行了三维有限元分析。施工实践表明:设备优化技术改造获得成功,技术性能得到全面提升,有效提升了施工效率、质量及安全,取得平均月成洞进尺1 094.0 m的优异成绩,创造了中国首台单护盾TBM在含水疏松粉细砂极软岩地层中的开挖掘进施工记录。可为各类盾构机的设计制造和工程运用提供良好借鉴。