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。     

深埋输水隧洞硬岩岩爆防控技术研究

硬岩岩爆是输水工程深埋隧洞设计和施工难点。文章例举了引汉济渭和锦屏二级的岩爆危害,分析了岩爆发生以高地应力和高抗压强度为基础的特征,总结了岩爆分级、发生范围、发生时间、表现形式等基本特点。提出了理论预判法、现场监测预报、综合预判和经验判别等的岩爆风险识别和预警的常用方法。研究提出了岩爆防控的主动措施和被动措施,包括高压喷水、超前应力释放孔、拱架支撑等。建议在深埋硬岩隧洞施工过程中加强监测和预报预警,制定TBM掘进岩爆防控专项方案,加强应力释放和支护措施,优化施工工序,加强施工作业安全管理。     

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。     

TBM通过强岩爆洞段的施工

介绍了四川锦屏二级水电站引水隧洞TBM通过强岩爆洞段施工所采取的措施,包括导洞开挖选型、掘进参数的确定、掘进注意事项、结果分析等。结果表明,由于措施合理,TBM顺利通过强岩爆洞段。     

大型TBM通过岩爆洞段导洞开挖技术研究

锦屏二级水电站隧洞埋深较大,具备发生强烈至极强岩爆的地质条件.强岩爆给隧道掘进机(TBM)带来很大的冲击,也给现场的人员带来很大的安全隐患.为保证TBM顺利通过岩爆段,确保人员和设备安全,现场对强岩爆段进行了钻爆先导洞预处理,再采用TBM开挖的试验.试验段掘进获得了TBM通过岩爆段的掘进参数,为后期的施工积累了经验.     

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。     

敞开式TBM大坡度隧洞施工技术分析

以敞开式TBM在-11%大坡度隧洞施工中的应用为例,介绍了TBM设备的构造与工作机理,通过分析工程的施工特点和难点,提出了TBM改造、掘进作业方法、难点分析及应对措施等施工对策,并对工程揭露的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩支护进行了阐述。随着我国隧洞工程建设的蓬勃发展,国家应尽快出台TBM规范标准,指导规范施工,树立中国TBM的品牌地位。     

高埋深隧洞TBM设备的选购

锦屏二级水电站1号TBM(全断面隧道掘进机,下同)在试掘进过程中,为了在高埋深隧洞的围岩状况下更好地发挥快速掘进的优势,进行了大量设备改造工作。通过对1号TBM设备改造和效果的分析,明确了在高埋深隧洞TBM设备选购或施工过程中应关注的几个要点,如L1区设备清渣能力、L1区应急支护能力及手段等,为高埋深隧洞TBM设备选型提供参考,以期在设备选购过程中提前解决TBM设备在高埋深隧洞掘进中可能遇到的岩爆、应力坍塌等不良地质问题,为TBM在高埋深隧洞中的顺利掘进打好基础。     

秦岭隧洞岩爆应力解除爆破及支护参数优化

针对引汉济渭工程秦岭隧洞具有超长、大埋深、地质条件复杂、高地温、高地应力、施工通风及运输距离长等特点,开挖施工过程中岩爆的预防和处理是难点,在施工过程中,运用理论分析及现场试验等方法,通过对开挖前岩爆产生地段的预报解除和开挖后支护参数优化,减小岩爆对工程安全和进度的影响。以引水隧洞4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,通过微震监测预报数据,对应力解除爆破前、后监测数据进行对比分析,进行岩爆段开挖前应力解除爆破和开挖后支护参数优化,提出轻微、中度、强烈岩爆的有效防治措施。结果表明:应力解除施工方案可以避免或大幅降低岩爆的发生概率、烈度与规模,具备对应力集中部位预测准确、应力解除到位、解除效果可靠的优点,同时在开挖后对轻微、中度、强烈岩爆段采取不同支护参数,能够有效地减小岩爆造成的破坏,保证隧洞围岩稳定和地下结构安全。     

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。     

TBM施工工法在水电站引水隧洞的应用研究

辽宁省某水利工程引水隧洞存在技术难度高、埋深大、洞线长以及沿线地质灾害突出等特点,有必要选择安全快速的掘进方法确保项目预期发电目标的实现和工程的安全施工,对此深入分析论证和调查研究了TBM工法。结果显示:TBM施工技术在岩石的变形、破坏特征、耐磨性和可钻性等方面具有良好的可行性;相对于传统的钻爆法TBM施工在处理不良地质条件时具有一定的优势,尤其是对于遇地下水、岩爆和大变形等情况能够更好的保护人员与设备的安全;结合超前预报技术方法和先进的技术工艺,TBM施工可有效地处理大中型水电站施工时遇到的一些技术难题。     

大伙房水库输水工程TBM施工支护衬砌的优化设计

1工程简述辽宁省大伙房水库输水工程,主体工程为一条超长输水隧洞。输水隧洞全长85·32 km,采用3台TBM与新奥法联合施工,前21·61 km采用新奥法施工,后63·71 km中除有2 km采用钻爆法施工TBM通过外,其余采用3台TBM施工,每台TBM的掘进长度在18~20 km左右,TBM掘进开挖的隧洞洞径为8·0 m。2设计阶段的支护衬砌设计在设计阶段,TBM施工段均采用双护盾式掘进机,根据国内外的工程实例,其对应的支护型式大都是采用预制混凝土管片支护。本工程也采用预制混凝土管片支护。本工程开挖洞径8·0 m,为大口径TBM施工的输水隧洞,这在国际上并不多…     

深埋隧洞岩爆防控技术及典型工程应用现状综述

结合岩爆的分类、机制、评价预警方法及防控原则,对深埋隧洞施工期岩爆主动和被动防控措施进行了梳理,重点分析其作用机理、适用范围与防控效果。对比了钻爆法和全断面隧道掘进机(TBM)法施工下岩爆的不同特征规律及防控重点,调研了典型水工隧洞的岩爆防控技术应用情况,包括锦屏二级水电站引水隧洞、引汉济渭工程秦岭隧洞、N-J水电站引水隧洞和滇中引水工程香炉山隧洞。结果表明:岩爆的主动防控措施包括钻孔应力释放、超前应力解除爆破、先导洞、高压喷水、钻孔注水、超前锚杆和预应力锚杆支护;被动防控措施包括喷锚支护、钢支撑、钢筋网(柔性钢丝网);钻爆法的岩爆防控重点是及时封闭支护,TBM法则需通过主动防控规避强烈-极强岩爆;当前大型水工隧洞的岩爆防治普遍采取主动+被动联合防控,主动措施以超前应力释放为核心,被动措施则采取“喷锚网+钢拱架”共同加固围岩,且注重使用快速柔性支护型式;岩爆的动态防控、量化精准防控以及发展更高效的超前应力释放技术和柔性吸能支护体系是值得进一步研究的方向。     

锦屏二级水电站引水隧洞主要工程地质问题分析

对锦屏二级水电站引水隧洞在前期试验洞施工建设过程中遇到的工程地质问题进行分析研究。概述了锦屏二级水电站引水隧洞地应力场、岩爆及其监测预报的情况,并对隧洞高外水压力和涌突水问题进行分析研究;提出通过加强初期支护防治岩爆和“以堵为主、堵排结合”的涌突水防治措施。     

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。     

深埋水工隧洞岩爆微震监测预警研究

为了避免或降低潜在的岩爆风险,以陕西省引汉济渭工程秦岭输水隧洞为研究对象,采用加拿大ESG微震监测技术获取分析岩爆监测信息,对TBM隧洞微震监测设备的安装、传感器阵列布置、数据无线传输的方案进行了优化。通过长期监测结果和实际开挖情况对比发现:TBM洞段和钻爆法洞段80%以上的岩爆可提前预测,准确率分别达到90. 96%和83. 3%。     

降低大直径双护盾TBM在不良地质洞段卡机风险的对策研究

双护盾TBM在穿越断层、高地应力以及软弱地层等不良地质洞段时,围岩快速、较大的变形容易挤压护盾而导致双护盾TBM卡机,影响TBM的正常掘进,进而影响工程的工期。对西藏某公路隧洞双护盾TBM掘进期间四次卡机事故进行了分析,针对不良地质洞段的具体情况,从TBM设备选型、超前地质预报、策划地质缺陷处理措施及施工单位专业地质工程师培养等方面提出了解决措施并予以实施,降低了大直径双护盾TBM不良地质洞段卡机风险,使双护盾TBM施工的优点得到了更好的发挥。     

大断面超长输水隧洞的施工特点

文中扼要地介绍了大伙房水库输水工程的地质条件、工程本身及其设计上的一些特点,即:输水隧洞长85.32 km,开挖洞径8.00 m,是目前世界在建同等规模最长的隧洞;具有十分优越的输水条件;隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方案施工;并根据具体条件,分别采用逆坡掘进和顺坡掘进、洞外组装TBM直接进洞和洞内组装TBM方式;在国内首次采用了连续皮带机出渣方案;选择与地质条件相适应的开敞式隧洞掘进机;单机连续掘进长度按20 km左右控制;而且在TBM施工段中间设置了施工支洞,从而确保了TBM单机掘进长度等。     

超长深埋隧洞施工布置方案研究

针对新疆某大规模输水工程无压输水隧洞地质条件复杂、施工通道布置条件差等问题,在总结国内外地下隧洞施工能力、相关控制指标和设备制造水平现状,分析各种施工方法特点、设备能力水平和施工风险的基础上,结合本工程建设条件确定该隧洞的施工布置原则。据此拟定隧洞施工段落划分、施工通道布置,明确主洞及支洞的布置特性。最终确定本工程隧洞共布置 17 条施工支洞,其 中 TBM 施工段布置 11 条,钻爆法施工段布置 6 条,单台 TBM 掘进长度 18 ～ 23. 64 km,独头一次掘进最长距离 20. 67 km。隧洞开工至今施工基本顺利,施工布置方案的合理性处于检验阶段,可对超长深埋隧洞施工布置原则的确定及施工布置设计的思路提供参考。     

隧洞有机仿钢纤维喷射混凝土研究与应用

锦屏二级水电站引水隧洞埋深大(最大埋深2 500 m左右)、地应力量级高,隧洞开挖以后围岩普遍出现破裂损伤,严重时出现片状破坏和波速显著降低等现象。普通喷射混凝土施工存在一次性喷射厚度不够、需反复施喷、喷层易脱落、同围岩粘聚力不满足设计要求、岩爆洞段抗冲击韧性不足等问题。根据喷射混凝土配合比优化试验成果,选用了纳米有机仿钢纤维混凝土作为引水隧洞工程主要喷射混凝土类型之一,主要应用于TBM掘进洞段、钻爆法潜在岩爆洞段、或高应力问题突出的洞段,可实现快速支护、起强快、回弹少,且具有较强的抗冲击韧性,对地下水发育洞段也较适应,对隧洞安全快速掘进具有重大意义。