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。     

不同施工方法对隧洞围岩稳定性评价和围岩类别划分的影响

隧洞围岩类别是由多种地质参数指标决定的,不同的施工方法对围岩稳定性评价和围岩类别划分的影响是不同的。根据隧洞围岩工程地质条件进行围岩分类是工程地质勘察的一项重要基础性的工作。在以往勘察中,对TBM隧洞制定围岩分类尚不成熟,同时,考虑不同的施工方法对围岩稳定性的影响不同,降低或提高围岩分类标准的依据不足。工程设计和施工中应考虑不同施工方法对围岩稳定性的影响,并采取相应的工程措施。     

深埋长隧洞TBM主机选型研究

深埋长隧洞一般采用TBM施工,其主机选型是关系到工程能否顺利进行的一个关键因素,从各型TBM的结构出发,对各型TBM的优缺点和对隧洞主要地质条件的适应性进行分析,提出深埋长隧洞TBM主机选型的主要方法。     

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。     

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。     

TST技术在TBM掘进隧洞超前地质预报中的应用

以巴基斯坦某深埋长隧洞TBM施工超前地质预报为例,系统介绍了TST超前地质预报技术的基本原理、观测系统、现场测试参数设置、数据处理方法及其处理过程,最终获得隧洞掌子面前方100~150m范围内待开挖岩体的地震波偏移图像和地震波速度曲线图像。结合地质分析成果综合解释和判断地震波偏移图像和地震波速度曲线图像中所反映掌子面前方岩体的地质特征及不良地质现象等信息,达到隧洞施工超前地质预报的目的。通过对比分析隧洞桩号9+678-9+578段TST技术预报成果,说明其与超前水平钻探结果、TBM推力与贯入度参数大小、开挖后地质编录成果等吻合较好,完全符合客观地质实际,为工程设计与施工提供了科学依据,满足了隧洞安全施工的需要。由此表明TST超前地质预报技术可适用于TBM施工的深埋长水工隧洞的预报工作,还可获得良好的应用效果,为类似工程提供了很好的借鉴范例。     

深埋长隧洞TBM施工不良地质的超前预报和应对措施

深埋长隧洞受勘探条件的限制,难以准确预判掌子面前方的地质情况。介绍几种隧洞施工超前地质预报的方法和工程处理措施,能够较好地解决深埋长隧洞TBM施工中不良地质带来的问题。     

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。     

香炉山深埋长隧洞TBM选型研究

随着中国大规模基础建设的推进,越来越多的深埋长隧洞采用TBM施工,而TBM选型是TBM施工方案中关键问题之一。以滇中引水工程香炉山隧洞为例,重点从穿断层、软岩大变形、涌水突泥等不良地质洞段施工难易程度、卡机风险,以及超前加固和超前地质预报操作便利性等方面进行综合分析,推荐优先选用两台敞开式TBM,并针对具体地质情况、施工特点,提出了TBM相应的功能配置。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

滇中引水工程香炉山隧洞勘察关键技术

滇中引水工程地质构造背景与地震地质条件极为复杂。香炉山隧洞全长62.60 km,最大埋深1 450 m,穿越滇西北横断山脉及金沙江与澜沧江两大流域分水岭,跨越多条区域性深大断裂,是滇中引水工程中单洞最长、埋深最大隧洞,也是目前国内在建水利工程中施工难度最大、地质条件最为复杂的大深埋超长隧洞。结合香炉山隧洞复杂地质条件、存在的主要工程地质问题,以及可能产生的地下水环境影响风险,系统地总结了香炉山隧洞勘察研究过程中采用的基于3S技术的地质遥感解译、大地电磁测深、千米级深孔勘探测试、复杂岩溶区大埋深超长隧洞选线、地下水三维渗流场数值模拟等勘察关键技术和研究方法,创新性地研发了千米级深孔地应力测试技术、深部岩体水文地质参数测试技术以及适用于复杂地质条件下大埋深隧洞的超前地质预报关键技术;形成了一套较为系统、全面的大埋深超长隧洞勘察关键技术研究方法,为类似工程勘察研究工作提供了重要参考及借鉴。     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到 TBM 安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。     

全断面掘进机施工隧洞的围岩地质条件

我国目前的地下工程围岩分类法,对于全断面隧洞掘进机施工都不完全适用。文中从隧洞掘进机施工的特点和总结山西引黄工程等双护盾式掘进机隧洞施工的经验入手,以GB50086等国家标准为参照,提出以岩体结构、地下水、围岩强度应力比、能否形成围岩承载圈和毛洞稳定情况等为衡量指标的掘进机施工适宜性分类方法。可供同类工程施工、衬砌设计和制订相关标准参考。     

长大深埋水工隧洞设计关键技术研究与实践

在分析我国长大深埋隧洞发展历程及研究现状的基础上,阐述了长大深埋隧洞工程遇到的主要工程地质问题,并结合多年积累的调水工程设计、施工、管理等经验,总结已完工及在建的高埋深长隧洞遇到的实际情况,针对突涌水、突泥和涌砂、岩爆、围岩大变形、高地温、高地应力、高外水等多种极为复杂的工程地质问题进行了分析和探讨。结果表明:在长大深埋隧洞设计前期,结合工程主要地质问题进行TBM设备选型至关重要;设计及施工过程中采用数值模拟、试验研究、超前地质预报、现场监测等手段,对高外水、软岩大变形、岩爆、高地温等不良地质洞段进行分析研究并动态调整设计;不良地质条件掘进易采用三低(低推力、低转速、低贯入度)、一快(快速掘进)、一连续(掘进)、宁慢勿停的掘进原则,可以避免国内外类似工程灾难性的后果发生。     

乐滩水库引水灌区窑瓦-六浪隧洞TBM施工段工程地质勘察与研究

通过对乐滩水库引水灌区工程区域地质发育史、地层岩性、地形地貌、地质构造、水文地质条件、岩溶水动力条件、勘探试验资料、隧洞开挖涌水量预测、TBM施工隧洞围岩分类等进行了全面系统的分析评价,得出了陈村-北四段属浅埋隧洞,绝大部分洞段岩溶不发育,北四-六浪段隧洞埋深一般150-300 m,绝大部分洞段位于地下分水岭之下,地下水位季节变化带埋深约70 m左右,隧洞围岩岩溶一般为弱发育-不发育,仅局部洞段岩溶较发育的结论。因此,只要对局部岩溶发育段做好超前地质预报,发现溶洞及时处理,采用TBM施工是可行的。     

香炉山隧洞5#支洞应急抢险段围岩参数反演及稳定性分析

在建的滇中引水工程香炉山隧洞5#支洞穿越活动断裂带,地质条件极为复杂,施工过程中发生过严重的涌水突泥灾害,围岩稳定问题极为突出,严重制约施工进度和工程安全。为深入系统地研究5#支洞应急抢险洞段合理的围岩力学参数及隧洞稳定性情况,充分利用现场监测及物探资料,采用基于神经网络和遗传算法的位移反演方法确定了应急抢险洞段围岩的力学参数;并在此基础上,模拟施工开挖支护全过程,进行了围岩稳定性分析。结果表明:在当前开挖支护条件下,5#支洞应急抢险洞段整体处于稳定状态,除桩号K0+501—513洞段右边墙围岩变形量较大外,其余部位围岩变形量整体<15 cm;塑性区深度在2~5 m范围内;支护结构受力整体处于正常水平。相关研究结果对于5#支洞后续洞段或相近条件隧洞安全快速施工具有指导意义。     

浅埋隧道围岩受力计算分析及隧道衬砌支护研究

浅埋段软弱围岩自稳能力较差,隧道开挖时受到扰动较显著,当支护没有充分保障时,浅埋段发生延伸至地表塌陷灾害事故的可能性远高于深埋段。文章基于Hoek-Brown破坏准则对围岩压力的浅埋段有效影响范围进行了推导,得到了浅埋段围岩压力随位置变化的变化规律,本次研究的评价方法在隧道施工中具有较强的可靠性与适应性,能够为其他砂泥岩隧道工程施工设计提供相应指导,能确保隧道建设与公路运营安全。     

隧道施工超前地质预报研究进展

随着隧道工程的发展,距离特长、埋深特深、地质条件特复杂的隧道工程逐渐增多,因而隧道施工过程中产生的安全问题也随之增多。隧道施工超前地质预报则是确保隧道施工安全的关键保证,如何更加准确地对掌子面前方不良地质体进行预测预报,国内外学者展开了一系列理论分析、模型模拟以及试验研究。通过总结地质分析法、地震波法、电磁法、电法等一系列超前地质预报技术的研究进展,分析了这些技术的原理与优缺点,对现阶段隧道掘进机(TBM)施工环境下的超前地质预报技术进行了讨论。以“地质调查与物探技术相结合、长中短距离相结合、洞内外相结合、定性与定量分析相结合、经验法与专家系统分析相结合”五结合为原则提出了综合地质预报体系,并以地震干涉法超前地质预报这种新型技术为基础,探讨了相关领域的研究重点以及未来的研究方向,以期为推动隧道工程中超前地质预报技术的应用和发展提供借鉴与参考。