双护盾TBM施工隧洞岩爆特征微震监测研究

为了研究深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆特征,以某公路隧道为例对微震监测成果进行了统计整理,并在此基础上分析了微震事件与掌子面位置、岩体完整性以及隧洞埋深等之间的相关关系,获取了该工程岩爆事件发生的规律。成果表明,在隧洞采用双护盾TBM开挖过程中岩爆事件并非主要集中在掌子面附近,岩爆存在一定的延迟性和超前性,岩爆发生与开挖过程的时间效应及距离范围存在一定规律。同时,岩爆的能量等级和发生频次与岩体结构及隧道埋深也存在关联性。深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆规律的研究对类似工程具有一定的借鉴意义。     

锦屏二级水电站引水隧洞TBM开挖方案对岩爆风险影响研究

 为了提高施工效率,降低现场施工人员和设备的风险,锦屏二级水电站1#、3#引水隧洞采用大断面TBM进行施工。超大埋深TBM全断面施工,对于等级较强的岩爆,仍然可能会给TBM设备带来一定伤害。为此,通过微震实时监测和数值分析等手段,开展了TBM施工速度、导洞施工等TBM开挖方案对岩爆风险的影响研究。结果表明,降低TBM施工速率,有利于降低岩爆发生的风险;导洞施工+TBM联合施工对于极强岩爆风险的防范是十分有利的。研究成果可为TBM安全快速掘进提供重要的参考价值,也将为其他工程提供借鉴,具有重要的工程价值。     

深埋隧洞TBM掘进微震与岩爆活动规律研究

以锦屏二级水电站TBM开挖的深埋隧洞为工程背景,基于微震监测数据和岩爆实例,研究了深埋隧洞TBM掘进过程中微震与岩爆时空分布特征及岩爆孕育过程微震演化规律。结果表明:(1)微震活跃期和岩爆高发期处于TBM作业时段及停机后的1 h以内;微震活动范围主要介于掌子面后方3倍洞径至前方0.4倍洞径之间,其峰值位于掌子面后方0.8倍洞径附近;而岩爆主要发生在掌子面后方2倍洞径以内,尤其是掌子面后方1倍洞径以内是岩爆高发区;可见,微震与岩爆具有良好的时空相关性。(2)在时间序列上,微震能突增现象,以及累积视体积快速上升而Schmidt数急剧下降的现象均属微震活动异常,属岩爆前兆。(3)在空间序列上,微震事件逐渐向某个区域高度集结且大震级高能量事件不断增多的现象属微震活动异常,预示高岩爆风险,属岩爆前兆。     

不同开挖方式下深埋隧洞微震特性与岩爆风险分析

在分析钻爆法和TBM法开挖下围岩应力状态的基础上,基于锦屏二级水电站深埋隧洞微震监测数据,对比研究了钻爆法和TBM法开挖条件下深埋隧洞的微震特性及岩爆风险。结果表明:1钻爆法开挖引起的围岩应力集中距洞壁较远,形成的应力梯度较小;而TBM法开挖引起的围岩应力集中临近洞壁,形成的应力梯度较大。2钻爆法开挖时围岩应变能主要集中在爆破后数小时,尤其是在1 h内释放,而TBM法以连续的方式开挖卸载,剧烈的能量释放伴随着施工全过程。3TBM法开挖导致的事件震级及震源破裂尺度均比钻爆法开挖引起的大。4钻爆法开挖时,围岩积聚的应变能大多以岩体破裂的形式耗散,以岩爆形式显现的较少;而TBM法开挖时,围岩应变能常逐次释放,导致事件频繁发生,而且部分应变能以岩爆形式显现,一般地,同一小范围内常多次发生轻微岩爆,高等级岩爆孕育过程中常伴有低等级岩爆,如中等岩爆发生前伴有轻微岩爆,强烈岩爆孕育过程中伴有轻微和(或)中等岩爆,以此类推。综合上述研究结果认为,在具有强岩爆风险的深埋隧洞中,就防治岩爆而言,钻爆法优于TBM法。     

秦岭隧洞4#支洞微震规律与岩爆预警研究

引汉济渭工程秦岭段4#支洞在开挖过程中多次遭遇岩爆的危害,为尽可能对岩爆风险区域进行有效的预报,减少开挖施工风险,利用微震监测技术对4#支洞进行了连续监测。构建秦岭隧洞4#支洞微震监测系统,实时监测开挖过程中隧洞围岩的微震信息,探究4#支洞围岩微震活动规律及其与岩爆灾害的关系。在此基础上,以岩爆经验预测为基础,提出基于微震前兆信息的岩爆要素综合预测方法,对岩爆的风险、范围、等级进行综合预测。研究结果表明:引汉济渭4#支洞岩爆大多数均存在明显的前兆信息,岩爆区域通常与微震事件的集中区域重合;岩爆发生前夕,高震级事件不断发生,同时b值有减小趋势;采用岩爆要素综合预测方法,在4#支洞测试洞段进行了17次预报,准确率达到76%。     

高地应力区大直径TBM掘进岩爆风险控制

锦屏二级水电站1#,3#引水隧洞采用TBM掘进,中部深埋洞段岩爆风险突出。为制定合理可行的掘进方案与岩爆防治措施,在前人研究基础上,结合工程实际情况,采用多种数值分析手段,评价不同形式导洞开掘,对降低岩爆风险的影响。3种导洞开挖方式均可以显著地降低TBM掘进的岩爆风险,选择何种形式的导洞主要从设备和经济效益角度进行决策。据此提出高地应力区大直径TBM掘进岩爆风险控制措施,施工中结合钻爆法导洞预处理、应力解除爆破并辅以及时、系统、高质量的支护,降低岩爆风险,确保施工及结构安全。     

深埋隧洞TBM掘进微震实时监测与特征分析

 针对深埋硬岩隧洞TBM掘进过程中开展微震实时监测存在的困难与不足,对现有微震监测技术进行优化与改进,并在锦屏II级水电站3#引水隧洞TBM施工洞段开展微震实时监测。监测结果表明：(1) TBM施工环境噪音复杂,但主要噪音特征明显,可通过建议的滤波方法有效滤除。(2) 围岩的微震活动和TBM掘进及掘进速率具有明显的关系,TBM掘进速率增加,围岩微震明显活跃;TBM掘进速率降低,围岩的微震活动明显降低;微震平静期发生在TBM检修期间,最活跃期发生在TBM检修后掘进4～6 h。(3) 一些岩爆发生前,微震事件和能量释放在空间上由随机离散状态变得相对集中,在时间上微震事件的数量和能量有一个迅速增加的趋势;视体积有突增趋势,能量指数有突然下降迹象。(4) 在深埋隧洞TBM掘进过程中进行微震实时监测,可以获得岩爆发生前的有效微震信息,获得岩爆发生前微震活动的演化特征与规律,为岩爆的发生提供较为准确的预警信息。因此,通过微震监测预测预报深埋隧洞TBM掘进过程中岩爆的发生是可行的。     

隧洞工程岩爆特征分析及施工方法

隧道掘进中有时会产生岩爆现象,文章对某深埋隧洞施工中岩爆发生地段的地质构造、地应力特征、断面足寸以及地下水情况进行了探讨,并在此基础上提出了防治岩爆的一些方法,可供工程实用参考.     

特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能关键技术研究

抽蓄工程TBM隧洞施工具有岩爆等难题。排水廊道隧洞、探洞、交通中导洞等洞室特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能等难点对特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能关键技术要求非常高,通过理论研究、数值分析、现场试验和监测反馈等手段,对不同工况岩爆释能参数和效果进行研究分析,形成一套抽蓄工程TBM特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能成套技术,并成功应用于浙江衢江抽水蓄能项目、浙江永嘉抽水蓄能项目,形成了一套抽蓄项目抽蓄工程TBM特殊地质TBM施工隧洞岩爆释能的工艺标准和施工方法。     

隧洞工程TBM法施工计算机模拟研究

TBM（全断面掘进机）在隧洞工程施工中得到了广泛的应用，把循环运行网络（Cyclic Operation Network）理论与计算机模拟技术相结合，可以对隧洞工程TBM法施工过程进行模拟，通过对多个施工方案模拟结果进行技术经济分析，可以得到最优的施工方案，从而提高工效、缩短工期、降低费用。     

引汉济渭秦岭输水隧洞施工技术初探

引汉济渭秦岭输水隧洞全长81．625km,最大埋深2000m,具有地质条件复杂、埋深大、地应力高、地温高、施工通风及运输距离长、反坡排水困难等特点,隧洞施工难度堪称世界之最。该工程39．13km拟采用2台TBM施工,42．495km采用钻爆施工。本文针对引汉济渭秦岭输水隧洞工程的地质风险,提出了TBM施工的适应性设计及相应施工措施。     

基于Web方式的TBM隧洞施工数据库系统

以“南水北调工程成套设备研制项目”为依托，以．NET为平台，结合UML统一建模语言和COM 技术研发了基于网络的TBM隧道施工数据库系统。该系统反映掘进速度、掘进机工作状态参数、各施工工序循环作业时间、岩性与地质条件、围岩变位等主要施工信息，并解决TBM优化运行、运输方案优选及掘进后跟进支护系统的问题。     

TBM技术在输水隧洞工程中的应用研究

输水隧洞工程是众多水利工程中的一个重要环节,其存在施工场地地质条件复杂、施工量大、施工效率低、风险系数较高等施工难点。TBM技术一种十分高效的隧洞掘进技术,机械化程度和自动化程度都很高,具有安全、高效、优质、快速等施工特点。本文对输水隧洞施工做了简单介绍,简要探析了TBM技术的基本工作原理,深入分析了TBM技术在输水隧洞工程中的应用,以期提升输水隧洞工程施工效率和质量。     

小断面深埋TBM隧洞穿越不良地质段卡机脱困措施研究

为探究小断面深埋TBM隧洞在穿越不良地质段卡机脱困措施,以垣曲二期抽水蓄能电站建设前期的地质勘探平硐为工程背景,总结工程实践经验,提出了正常围岩段以关注刀盘扭矩突变值为主,及时停机处置。对于小规模的不良地质体,要以快速通过、控制变形、减少出渣为原则进行施工。对于大型破碎不良地质体,通过超前加固和及时支护控制围岩塌方和变形,同时加固掌靴处围岩稳定性提高推进力可以避免卡机事件的发生。如果出现了由于塌方引起的卡机,盾顶小导坑辅助脱困技术可以解除卡机。     

深埋超特长输水隧洞TBM集群施工关键技术探析

北疆供水二期工程中的西二、喀—双、双—三隧洞总长516.19 km,设计采用18台TBM分段掘进,其中喀—双隧洞单洞长283.27 km,是目前世界在建最长的输水隧洞。深埋、超特长、TBM集群施工是该隧洞工程建设的显著特点,结合区域地质构造特征、工程地质条件和大量地质勘探成果,分析了存在的主要工程地质问题,提出了TBM结合钻爆法联合分段掘进的施工组织方案。并围绕深埋隧洞施工支洞及TBM进入通道型式的选择布局、超特长隧洞分段施工及TBM掘进方案优化设计、TBM集群施工及配套系统高效运行管理、地质灾害预测预报及风险防范控制、软岩变形控制及断裂破碎带安全掘进等工程建设中的重点、难点及关键技术问题,开展了分析讨论。可供TBM设计制造和长隧洞工程建设借鉴参考。     

TBM隧洞管片衬砌封闭环与外侧限位器关键技术研究

结合达坂隧洞工程地质情况,针对双护盾TBM施工,大断面六边形(四块)管片衬砌豆砾石回填灌浆镶嵌式整体受力结构的特点,结合现场施工中管片错台等信息综合计算分析,提出了管片纵缝外侧限位器、豆砾回填灌浆封闭环、软弱围岩钢花管固结灌浆等创新技术,解决了一直困扰国内外TBM施工技术人员侧管片外移、豆砾石灌浆结石不密实、软弱围岩加固岩体等影响主洞衬砌结构施工安全的技术难题,对双护盾TBM应用于复杂地质条件积累了丰富经验。     

深埋隧洞岩爆孕育规律与机制：即时型岩爆

论述深埋隧洞岩爆孕育过程的现场原位综合观测试验思路和方法,给出利用该方法观测到的岩爆孕育时空演化规律以及基于观测结果的关于岩爆孕育机制的认知成果。通过一系列现场深埋隧洞开挖过程中的多元信息综合观测试验,揭示深埋隧洞的即时型岩爆(隧洞开挖卸荷效应影响过程中的隧洞掌子面及其附近的围岩,开挖后几小时到几天内发生)的裂纹(萌生、扩展、张开和闭合过程)、变形、弹性波、声发射和微震时空演化规律及其在时空上的分布特征。通过对监测的微震信息进行矩张量分析,认识即时型岩爆中应变型和应变–结构面滑移型2类岩爆的孕育机制差异性：前者主要是拉张破裂引起,后者主要是拉张破坏、剪切破裂与拉剪–压剪破裂引起,剪切破裂主要沿着硬性结构面发生,形成爆坑边界。该研究成果为针对时空演化规律的深埋隧洞岩爆的预测和动态调控提供了重要基础。     

深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测

采用有限元软件,数值模拟分析了相同侧压系数、不同埋深工况下的深埋隧洞围岩应力变化规律,初步判别了岩爆可能性及岩爆发生部位,对隧洞的设计及施工过程中岩爆的防治具有一定的指导作用。     

高地应力区隧洞施工岩爆防治技术例析

本文以锦屏二级水电站引水系统引水隧洞洞群施工中岩爆防治技术应用为例,详细阐述了岩爆的形成及岩爆防治的措施,为高地应力区隧洞施工岩爆防治提供了宝贵经验。