超长隧洞TBM施工关键技术研究

"引黄入晋"隧洞工程作为大规模集中采用TBM施工的大型引水工程,创造了TBM累计掘进124 km的新纪录,开创了TBM施工技术在我国广泛应用的先河.文章以此工程为范例,介绍了TBM用于超长深埋岩石隧洞施工的若干关键技术,并就TBM适用条件、隧洞衬砌理论、掘进参数确定等进行了分析和研究,可为其它类似工程提供借鉴与参考.     

超前地质预报在TBM施工中的应用

TBM隧洞施工法与常规钻爆开挖方法相比具有高效、优质、安全、经济、环保和低劳动强度等优点。TBM施工对地质状况非常敏感,在深埋长大隧洞TBM施工中,经常遇到不良地质体,如大规模塌方、涌水,岩爆等,都会严重影响TBM正常的掘进施工。为保证TBM施工安全,需要实时对不良地质体进行超前地质探测和超前地质预报,判断可能发生施工地质灾害的相对位置、规模和严重程度等,以便提前做好技术准备,指导TBM施工。文章介绍了超前地质预报在东北某工程TBM施工中的应用技术。     

支撑式TBM与双护盾式TBM在设计选型中的比较

如何对硬岩隧道(洞)施工中使用的TBM进行设计选型?相信这是每个工程业主和设计院都需要面对的问题.通过对硬岩隧道(洞)掘进中,支撑式和双护盾式TBM的施工方法及设备功能包括对地质的适应性以及初期支护与混凝土衬砌型式、不良地质地段处理方法、出碴运输方式、环境影响等进行比较,并结合辽宁省大伙房输水一期工程输水隧洞施工中TBM的工程实践,提出了弥补支撑式TBM开挖和衬砌不能平行作业的改进构想,提出了采用栈桥式仰拱模板台车和全环内通式模板台车的施工方法.通过改进,可实现一模养生、一模浇注、第三模移动框架梁的作业工序.     

兰州市水源地建设工程输水隧洞TBM1施工段关键技术研究

兰州市水源地建设工程输水隧洞TBM1施工段工程地质条件、工程设计和布置较为复杂,施工中面临连续皮带机出碴、变坡段排水、不良地质段处理、超前地质预报等关键技术问题。通过对上述问题的分析研究,文章提出了针对性的处理措施或方法:重点关注转弯段及上坡段连续皮带机的稳定运行,针对常见故障提出了相应处理方法;设计了TBM支洞下坡段及主洞上坡段掘进的排水系统;TBM掘进过程中采用地质分析、施工地质描述、物探方法相结合的综合超前地质预报方法对掌子面前方的地质条件进行预报,根据预报结果采取针对性的应对措施,避免或减轻地质灾害的发生。TBM1的掘进实践表明,所采取的措施效果良好,保障了TBM1快速、安全施工。     

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用北大核心CSCD

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞.隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式.隧洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题.文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题.通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴.     

抽水蓄能电站地下洞室集群修建TBM关键技术研究与应用

为了解决抽水蓄能电站地下洞室开挖建设周期长、施工难度大、安全风险高的问题，依据其地下隧洞种类特点，提出了大直径小转弯TBM、“精灵”TBM和大倾角斜井TBM三项关键技术，并研制了三种改进型TBM设备，分别适用于交通洞、排水廊道和引水斜井隧洞施工。针对抽水蓄能电站的单电站施工长度短和“电站群”开发规模大的特点，开展了TBM智能掘进关键技术研究；依托云计算平台及大数据收集分析，规划了抽水蓄能电站智能掘进的施工平台体系。搭载振动监测和TBM-SMART智能掘进系统的大直径小转弯TBM应用在抚宁抽水蓄能电站交通洞，实现了掘进数据的分析与共享；搭载地面远程控制、TBM-SMART智能掘进系统和振动监测技术的“精灵”TBM先后应用在多个抽水蓄能电站排水廊道，实现了“电站群”滚动施工。     

大伙房引水隧洞不良地质洞段围岩变形监测及支护措施分析

文章对采用TBM法施工的超长隧洞中含有断层和破碎带的不良地质洞段围岩进行的收敛变形监测数据进行了非线性回归分析,判断出了支护结构对围岩变形的影响。结果发现,支护初期围岩变形很大,仰供浇筑后围岩变形速率明显减小。因此在TBM施工过程中,对不良地质洞段除了一般的支护措施以外,应及时进行仰拱封闭施工;对不良地质洞段围岩变形进行定量分析,判断支护参数的合理性,为TBM顺利通过后面的不良洞段提供经验教训。本成果对同类工程的施工也有一定的借鉴价值。     

全断面隧洞掘进机在引黄工程南干线国际Ⅱ、Ⅲ标中的应用

引黄入晋工程南干线国际Ⅱ、Ⅲ标段具有地质条件复杂、单洞线路较长等工程特点,主体洞段采用硬岩TBM掘进施工.文章介绍了TBM的应用情况、对不良地质条件的处理措施,并对快速掘进中的地质编录方法进行了总结,可为其它同类工程提供参考.     

基于模糊聚类理论的TBM施工围岩可掘进性分级预测模型

文章针对硬岩掘进机(TBM)在复杂地质条件下的可掘进性,进行了系统及定量的研究;基于模糊聚类理论和施工样本数据分析,建立了以掘进速率为分级指标,包括岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、围岩结构面与隧道轴线夹角和渗水量四项性质指标的可掘进性分级预测模型,将TBM施工围岩可掘进性分为好、一般和差三个性能等级;并在此基础上进一步细化模型粒度,以提高模型的精度和地质适用性。将所建模型应用于西秦岭隧道和大伙房水库输水隧洞工程实际工程效果表明,TBM掘进速率与由模型预测的掘进速率基本相吻合,验证了掘进性分级预测模型的可行性、科学性和有效性,进而对TBM的选型、设计和施工提供了重要的理论依据。     

基于掘进能耗的TBM掘进参数优化研究

TBM掘进过程中,受地质条件的影响,掘进能耗差别较大,研究TBM掘进能耗对于实现经济、高效施工具有重要的意义。文章首先根据TBM工作原理,建立掘进能耗计算公式及掘进参数优化公式;其次以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,分析不同地质条件下的掘进能耗与贯入度的关系;最后根据大量的实测数据拟合贯入度与推力、刀盘扭矩的函数关系,并根据TBM掘进能耗、设备性能及围岩稳定性等对掘进参数进行优化。研究结果表明:随着围岩类别的降低,掘进能耗随之下降,Ⅲ类花岗岩相对Ⅱ类花岗岩掘进能耗下降约45%;掘进能耗随着贯入度的增加而降低,降低幅度逐渐减少;贯入度与掘进推力呈幂数关系,与刀盘扭矩呈线性关系。     

掌鸠河引水供水工程TBM施工段相关工程地质问题探讨

文章介绍了上公山隧洞TBM掘进过程中遇到的断层破碎带、节理密集带、软岩大变形、岩溶、地下水等主要工程地质问题,并详细地论述了相应的工程处理措施;同时指出,虽然TBM对于不良地质条件适应性较差,但只要给予足够的重视,借鉴以往TBM施工中取得的经验与教训,并针对不同的工程地质条件,分别采取相应的处理措施,TBM是可以安全、快速地通过不良地质地段的.     

山西大水网中部引黄工程T2标段先拔头筹完成隧洞贯通作业

<正>2019年7月17日,在埋深580 m的岩层下,罗宾斯直径5.02 m的双护盾掘进机完成最后10 cm的掘进,标志着山西大水网中部引黄工程T2标段23. 4 km长的独头掘进隧洞贯通。这台为T2标段作业的掘进机,是罗宾斯为整个项目(T1, T2和T4标段)提供的三台掘进机中最晚始发的台后起之秀"起,克服了主洞坡度大、掘进距离长、全程大涌水、严重地质破碎带、极强围岩挤压收敛变形、卡机、塌方等诸多困难和风险,高效完成了     

TBM掘进煤矿运输巷道的施工技术

塔山煤矿在矿井开拓时期采用TBM掘进主要运输大巷道,并在施工过程中采用预制钢筋混凝土轨枕代替管片、部分喷混凝土加锚杆支护、将TBM掘进的圆形运输巷道扩挖成城门拱形的主平峒以及在遇到硬岩地段通过更换TBM的刀具,来减少硬岩对刀具的磨损等新的施工技术措施,从而保证了塔山矿井主运输巷道在掘进过程中能快速、高效、优质、安全施工,取得了良好的施工效果,为类似矿井的开拓建设提供了重要参考.     

TBM掘进技术的发展与展望

快速、安全、文明施工是隧洞建设者们的理想,现代隧洞掘进机(TBM)的问世实现了隧洞建设者们的理想.这项技术经过50多年的发展,在国外已被广泛采用.国内TBM技术的发展经历了50～70年代的自力更生时代和80年代后期的技术引进时代,目前正在全国广泛推广应用.随着TBM掘进技术的不断发展和完善,它将为地下建筑业的发展注入新的活力,加速公路、铁路、水利、水电、煤矿、城市交通等建设,为扩大人类的生存空间,在时间和空间上缩短人与人之间的距离做出贡献.     

中天山隧道TBM掘进施工适应性研究

文章结合TBM在南疆铁路二线吐库段中天山隧道中的应用,根据该隧道的地形地质条件并借鉴西康铁路秦岭隧道的实践经验,分析了TBM的工程适应性;依据勘察设计施工中实测的地质参数和掘进速度,探讨了主要地质因素对TBM掘进效率的影响,对如何使TBM适应地质条件,以及如何采用针对性措施提高掘进速度进行了分析研究。结果表明,隧道围岩的工程地质对TBM掘进效率影响显著;采用高质量和耐磨性能的刀具、增大TBM总推力是提高TBM掘进效率的有效途径。     

双护盾全断面掘进机在万家寨引黄工程中的应用

山西省万家寨引黄工程是一项大型跨流域调水工程,其一期工程157 km隧洞中有122 km采用6台双护盾全断面掘进机施工,这是继英吉利海峡使用11台掘进机之后,一个工程中使用最多的情况.在南干线5#隧洞施工中,创同类断面TBM月成洞1 8211.51 m的世界新记录.文章就双护盾全断面掘进机在万家寨引黄工程中的应用进行了较全面的介绍,对长隧洞快速施工和掘进机通过不良地质地段的处理有一定借鉴作用.     

基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型

净掘进速率是TBM施工速度的主要评价指标,与围岩物理力学性质、TBM掘进参数之间存在一定相关性。文章以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,基于现场实测数据,选择岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、岩石耐磨性CAI值等岩体指标,以及刀盘推力和刀盘转速等掘进参数,进行TBM净掘进速率与有关影响参数之间的单因素相关性分析,得到相应拟合公式;基于TBM净掘进速率与岩体指标、掘进参数之间的相关性,利用多元非线性回归方法建立了TBM净掘进速率预测模型。通过将兰州水源地建设工程输水隧洞实测TBM净掘进速率和预测结果进行对比,验证了TBM净掘进速率预测模型的合理性。研究结果表明:(1)在复杂的多种地质条件下,TBM净掘进速率与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩石耐磨性CAI值、刀盘推力以及刀盘转速呈负相关关系,与泊松比呈正相关关系;(2)干湿状态对岩石耐磨性CAI值有一定影响,饱和状态下岩石耐磨性CAI值与TBM净掘进速率之间的相关性更显著;(3)建立的多元非线性回归预测模型,预测精度较高,可为相似地质条件下TBM净掘进速率估算提供参考。     

硬岩隧洞掘进机(TBM)刀具的管理

文章对硬岩隧洞掘进机(TBM)刀具的管理内容进行了分析,使施工技术人员和生产管理人员能够清楚地认识到只有对刀具进行管理,那么在TBM施工中才能够降低生产成本,节约检修时间,提高掘进效率,从而为企业带来巨大的经济效益。     

南水北调西线第一期工程深埋长隧洞技术研究

南水北调西线工程地处青藏高原东南部,规划从长江上游调水170亿立方米,经输水隧洞穿越巴颜喀拉山分水岭入黄河上游,为西部大开发提供水资源保障.调水工程区海拔3 500m,寒冷缺氧,地质条件复杂.第一期工程调水40亿立方米,线路总长260 km,其中隧洞长244km.文章简要介绍了隧洞工程的地质条件、掘进机选型、掘进速度以及施工通风技术等.根据国内外隧洞的技术发展趋势,对未来长隧洞施工作了初步研究.