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。     

北疆某输水隧洞开敞式TBM卡机脱困施工探析

文中介绍了在复杂、多变地质情况下,敞开式TBM施工掘进中突遇围岩破碎带并发生塌方,造成TBM掘进机卡机事故。通过对TBM卡机原因分析,结合现场卡机段围岩及前方超前地质预报情况,制定切实可行的脱困施工方案,并通过注浆、围岩固结等一系列有效的工程措施,最终在保证工程安全的前提下使TBM安全快速脱困,为今后类似TBM掘进施工提供参考和借鉴。     

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。     

浅谈TBM卡机高效脱困技术

TBM对地质条件差的围岩较钻爆法适应能力差,在地质断层带处可能会出现卡机情况,TBM卡机处理费时、费工,成为制约TBM快速掘进的主要因素之一。本文分析了辽宁省桓清重点输水工程TBM卡机事故原因,针对实际情况,采用管棚支护结合化学灌浆加固松软岩体等方法,减轻了松软岩体对刀盘和护盾的压力和扭阻力,实现了依靠TBM自身脱困的目标,与传统卡机处理技术相比,具有节省工期和投资、安全性高等优势,可为类似工程提供参考。     

TBM卡机防控脱困方案智能决策方法研究

目前深埋长输水隧洞中硬岩掘进机(TBM)卡机防控脱困方案决策过程受卡机机理复杂性、围岩-护盾相互作用全过程监测困难性及人为主观经验等因素影响,导致决策结果的有效性、经济性和及时性有待提高。针对上述技术难题,基于构建的TBM卡机案例库数据,尝试采用支持向量机分类(SVM)方法,预测TBM卡机致灾模式和风险,继尔采取相应预防措施。同时,基于案例推理(CBR)方法,对卡机后脱困方案进行科学决策。智能决策方法应用于新疆某输水工程隧洞关键洞段施工中,准确预测了TBM卡机风险,并提前采取防控措施,避免了卡机事故的发生。同时针对已发生卡机的洞段,决策推荐了卡机脱困处理方案,与现场实际采取的脱困方案一致,有效降低了脱困处理工程费用,并缩短了处理时间。     

引水隧洞断层破碎带TBM掘进卡机处理措施

某引水隧洞工程TBM掘进机施工时,由于遇到不良地质断层破碎带,发生了TBM掘进机卡机事故,严重影响了施工进度及质量。为此,采用地质预报测试方法,结合预报结论来分析卡机原因,提出相应的脱困方案和施工措施,成功解决了TBM掘进机卡机问题,其经验可供类似工程施工参考。     

山西中部引黄工程TBM卡机成因分析及脱困技术

山西省中部引黄工程总干3号隧洞采用TBM施工,由于隧洞埋深大、地应力高、地质条件复杂,设备在不良地质洞段易发生卡机。结合连续两次卡机事故,分析了卡机产生的地质、施工和设备原因,提出了针对不同卡机形式的脱困措施,并详细制订了脱困后的掘进方案,使TBM成功脱困并顺利通过断层破碎带。实践证明,扩挖小导洞是最为有效的脱困措施,当护盾外侧围岩破碎时,可辅以化学固结灌浆,但还需关注卡机前的预控措施和脱困后的掘进措施,才能实现TBM的顺利推进。     

TBM在深埋超长隧洞断层破碎带卡机后脱困施工技术

文中介绍了辽宁省大伙房水库输水工程TBM1标段一次TBM通过断层破碎带时的卡机事故的处理及采取的一系列有效的措施,对类似事故的处理有一定借鉴作用。     

软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究

TBM施工过程中,为防止软岩变形导致卡机事故的发生,需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N-J水电站为研究对象,通过对围岩变形监测数据的反演分析,得到其蠕变参数,并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果表明,TBM在软岩段掘进过程中,围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形,且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加,增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中,在保证安全的前提下尽可能快速通过。     

引汉济渭输水隧洞TBM卡机处理方案研究

引汉济渭工程秦岭隧洞全长98.3 km,越岭段地质复杂,TBM卡机事故成为了阻碍隧洞顺利施工的一大障碍。结合秦岭隧洞此次卡机事故的特点,利用钻孔电视勘测以及三维地震法超前地质勘测对卡机段地质进行了详细的勘明;根据超前地质预报结果结合工程实际制定护盾后方收敛变形区加固方案以及护盾前方断层带处理方案;根据处理方案制定可行的施工措施,为TBM脱困创造了有利条件。     

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。     

高磨蚀性硬岩地段敞开式TBM掘进参数优化和适应性研究

通过论述敞开式TBM的施工特点,结合敞开式TBM在引汉济渭工程秦岭隧洞高磨蚀性硬岩地段施工的具体情况,详细陈述敞开式TBM在隧洞掘进过程中遇到的典型问题及现场采取的施工措施,对TBM在高磨蚀性硬岩地段掘进中掘进速度的影响因素和敞开式TBM适应能力进行分析。结果表明,在高磨蚀性硬岩地段,TBM掘进参数拟定宜采用高转速、低贯入度、高推力、低扭矩的"两高两低"模式。研究成果为引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程后续掘进施工提供了掘进施工依据,且对实现TBM快速掘进提出了具体建议。     

浅谈TBM掘进中的地质灾害及防治措施

开敞式TBM适合于相对较硬岩石掘进,但在软弱围岩的掘进过程中易出现掌子面与临空面围岩失稳、涌水,造成开挖洞室变形、坍塌、掉块等地质灾害。结合辽宁省大伙房水库输水工程TBM2标段施工,从地质和设备特点两方面分析地质灾害产生的原因,并简要论述有关灾害的防治措施。     

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.     

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。     

引红济石工程长隧洞TBM选型探讨

论述了敞开式和双护盾TBM的地质适应范围和技术特点,并通过对敞开式TBM和双护盾TBM的性能、优缺点、工期、投资等方面的综合分析和比较,提出了适应引红济石工程的TBM的形式,对类似的小断面、长引水隧洞的TBM选型有一定的借鉴作用。     

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。     

基于数量化理论I的双护盾TBM掘进速度预测研究

以甘肃引洮一期工程9#隧洞为例,引入数量化理论I的建模原理和方法,建立了定性数据包括围岩类别和地下水情况2个解释变量,定量数据包括单轴抗压强度、抗拉强度、泊松比和变形模量4个解释变量的预测模型,研究了双护盾TBM施工掘进速度的影响因素,并从理论上证实了该预测模型的可靠性。结果表明：在同等围岩力学参数条件下,围岩稳定性越好越有利于TBM的施工,反之则会阻碍施工进度,且阻碍效应会随着地下水的增多而增强;岩石的泊松比、抗拉强度对TBM掘进速度呈显著正效应,而单轴抗压强度和变形模量呈负效应。通过对实测值和预测值的比较发现,二者掘进速度的相对误差绝对值为0.23%~5.38%,平均值为0.39%,说明预测模型用于双护盾TBM掘进速度的预测是可靠的,并可用于同类工程施工进度的预测和工程进度的控制管理。     

科卡科多水电站引水隧洞灌浆加固方法探讨

科卡科多水电站引水隧洞以火山岩和侵入岩为主,岩石性脆且易破碎。2014年1月TBM掘进过程中受多条断层破碎带的影响而发生卡机故障,为了使TBM脱困,对断层破碎带内的围岩进行了灌浆加固处理,开挖了辅助作业洞,选择GU超细水泥浆和YDS-40高渗透环氧化学材料进行复合灌浆,选择了灌浆工艺和方法,灌浆结束后通过钻芯检查进行质量评价。