极端恶劣地质条件下TBM施工技术与管理探讨

随着TBM法隧道施工规模的扩大,不可避免地面临着诸多恶劣地质条件,如极强岩爆、严重破碎围岩、大变形等,TBM施工安全、进度、成本与投资都会受到极大的影响。针对极端恶劣地质条件下TBM施工技术与管理,结合在建和即将开工项目所面临的恶劣地质以及以往的TBM施工实践,对地质勘察与工程总体筹划、施工技术、施工管理进行研究,提出超前地质预报、及时合理的初期支护、超前处理、合理控制工期与投资、完善适应TBM施工特点的相关规范等建议和措施,以期促进TBM工法科学发展和可持续发展。     

敞开式TBM安全快速通过隧洞强岩爆地层施工技术——以引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM施工段为例

岩爆为深埋隧洞施工的主要灾害之一，为有效解决敞开式TBM在强岩爆地层施工中安全风险高、效率低这一核心问题，依托引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM段在岩爆防治措施上的多年实践与研究，形成具有针对性的强岩爆防治技术体系。研究结果表明： 1）引进微震监测岩爆超前预测系统后，通过监测实施过程中数据的不断分析与修正，能大致推断出掌子面前方约15 m范围内围岩可能出现的岩爆等级； 2）采取合理的超前钻孔应力释放预处理措施，可以降低围岩出露TBM护盾后岩爆发生的规模与频率； 3）通过对治理工艺进行优化，可实现高岩爆风险区围岩的快速封闭； 4）采用合理的支护材料，能有效防止滞后性强岩爆对初期支护体系的破坏。系统的防治体系有助于强岩爆地层的施工安全管控，也可达到加快施工进度的目的，对类似工程具有一定借鉴意义。     

深埋隧洞TBM超前地质预报及预处理关键技术研究

为有效解决复杂不良地质条件造成的施工风险，系统开展TBM施工超前地质预报工作，综合采用TRT7000、TSP203、超前地质钻孔、微震监测等技术手段，结合地勘、地面物探及已揭露围岩特征，实现对不良地质的准确有效判识；针对隧洞沿线实际地质条件，对TBM设备进行优化设计，提高TBM设备应对断层破碎带、突涌水、挤压大变形及岩爆等灾害的能力；在此基础上，提出TBM施工灾害超前预处理技术方案，以减少卡机现象，避免埋机等事故风险。     

高黎贡山铁路隧道彩云号TBM的创新性设计与应用

高黎贡山铁路隧道作为大瑞铁路的关键性控制工程,具有“三高四活跃”的地质特点，为应对TBM施工过程中可能遇到的断层破碎带、突泥涌水、岩爆等灾害，正洞TBM设计实行了变截面可抬升开挖技术，创新了前置式自动化混喷技术、隐藏式常态化超前钻探技术以及水岩一体超前预报技术。实践表明，在掘进过程中TBM的创新性设计发挥了显著作用，可为同类地质条件TBM设计与应用提供经验。     

关于高原铁路某隧道敞开式TBM开挖直径的探讨

为探讨高原铁路某隧道不良地质条件下敞开式TBM开挖直径是否适应的问题,结合已建、在建工程存在的问题及施工数据,分析TBM法隧道初期支护变形侵限的原因,且通过对比分析工程地质数据、衬砌参数,认为不良地质条件下TBM护盾收缩及初期支护体系形成支护能力周期长是造成初期支护侵限的主要原因。预测当TBM开挖直径为10.2 m时,该高原铁路隧道TBM段Ⅲ级围岩中等及以上岩爆段、Ⅳ级围岩（节理密集带）、Ⅴ级围岩（蚀变岩）存在初期支护侵限的风险。提出如下建议： 1）设计TBM开挖直径时考虑护盾收缩量; 2）在强烈岩爆段、节理密集带、蚀变岩等情况下,采用钢管片施作初期支护以提供临时支撑,缩短支护能力形成周期,并将TBM开挖直径适当增大为钢管片安装预留空间。     

深埋TBM隧洞岩性界面区围岩破坏特征与支护技术研究

为保证深埋TBM隧洞岩性界面区域的安全、高效施工，综合应用现场调查、微震监测等手段开展顺隧洞轴向岩性界面区域的围岩破坏特征、微震活动特征研究，并在此基础上开展岩性界面区域破坏围岩支护技术研究。研究结果表明： 1）由于岩性界面区域应力集中，开挖卸荷后围岩更容易破坏，且隧洞围岩南硬北软的特征导致不同类型的破坏以蚀变带为界分布在隧洞两侧，破坏分布具有明显的区域性； 2）岩爆、结构型塌方破坏与微震活动具有良好的空间相关性； 3）当岩爆等级较低时，以结构型塌方为主体进行支护，随着岩爆等级升高，支护及防控的主体逐渐过渡为岩爆。     

高黎贡山隧道敞开式TBM穿越高压富水软弱破碎蚀变构造带施工技术

为解决敞开式TBM在高压富水软弱破碎蚀变构造带不良地质条件下围岩变形、钻孔困难、支护困难、刀盘被卡、护盾被卡、突涌掩埋设备等工程难题,结合大瑞铁路高黎贡山隧道2台敞开式TBM在滇西南极端复杂地质条件下的施工情况,以PDZK221+481处高压富水软弱破碎蚀变构造带处治为例,从初期支护加固措施、钻孔技术、超前加固措施、侧壁导坑泄水降压措施、TBM卡机脱困技术、不良地质掘进支护措施等关键技术方面进行研究。总结出对于此类不良地质,可采用高位小导洞探测地质、侧壁导坑超前泄水降压、原位超前管棚及注浆加固、盾体区域扩挖释放护盾脱困、掌子面化学注浆加固后清理刀盘周边释放刀盘脱困、初期支护加强等综合处理技术通过,同时提出侧壁导坑断面形式及支护措施、管棚工作室断面及支护措施、超前加固支护措施等。     

复杂地质条件TBM研制关键技术及应用

为解决高黎贡山隧道出口段软岩收敛卡机、破碎坍塌、岩爆片帮、高温热害、突泥涌水等不良地质TBM适应性差的问题，采用TBM适应性设计方法，提出并采用变截面抬升式开挖、水岩一体超前预报、隐藏式常态化超前钻探、前置式自动化湿喷、加强型大范围初期支护、通风系统强制制冷、刀盘刀具优化设计、物料快速运输等关键技术方案，联合研制出国产最大直径TBM（9.03 m）； 针对现场应用测试存在的部分问题，对TBM创新设计方案进行优化改进，使国产最大直径TBM在复杂地层前期应用中，取得月进尺400 m以上的掘进业绩。     

厄瓜多尔CCS水电站TBM法施工引水隧洞工程地质条件及问题初步研究

TBM法隧洞施工具有快速、高效、安全和环保的技术特点,但TBM施工地质适应性差,往往由于工程地质条件原因影响TBM的掘进效率,在TBM施工之前非常有必要对工程地质条件进行研究。以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,分析岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性和岩体的完整性等指标,得出该隧洞的地质条件适合TBM施工的结论。并根据工程区域的工程地质条件,分析施工可能遇到的工程地质问题,主要包括岩爆、断层破碎带塌方、软岩大变形、涌水、高地温及有害气体5个方面,并针对性地提出在各种不良地质条件下的预防措施和施工对策。     

汶川震中区桃关#2隧道施工地质分析及对策

桃关#2隧道为映汶高速公路控制性工程，地处汶川震中区，隧道地质条件复杂，隧道开挖过程中遭遇崩塌堆积体、断层、软弱破碎带、岩爆及地下水等多种地质问题，严重影响了隧道施工进度及施工安全。从宏观及微观地质构造方面探讨上述地质问题的成因，找出工程地质变化的规律性，通过恰当的施工期地质超前预报技术，及时发现了隧道存在的复杂工程地质问题，并提出科学合理的对策措施。     

高黎贡山隧道高适应性TBM设计探讨

为了应对高黎贡山隧道“三高四活跃”的特殊地质条件,研制高适应性TBM迫在眉睫。通过对高黎贡山隧道TBM施工段地质特征的勘察,总结了高黎贡山隧道的主要不良地质条件,分析了TBM施工存在的软弱破碎和大变形围岩洞段TBM卡机、高地应力掌子面与护盾后方岩爆、围岩收敛挤压变形支护破坏、高压突涌水和高温热害等方面的施工风险。提出高适应性TBM的针对性设计方案,包括TBM支护系统设计、刀盘刀具设计、应对涌水设计、应对高地热设计以及其他适应性设计的初步方案。研究结果可为高黎贡山隧道高适应性TBM的设计选型和制造提供参考。     

陡峭地形隧道“晚出洞”施工探讨

山区高速公路隧道进出洞口大部分位于地质条件复杂、地理位置险峻地带,施工过程中为确保安全,设计安全风险系数较高,设计一般为双向掘进,洞内出洞,施工过程一般比较谨慎保守。通过隧道超前地质预报分析,结合现场实际情况,依靠超前小导管对围岩进行超前支护,将施工方案由双向掘进洞内出洞优化为单向出洞。该文以文马高速公路土司城隧道出洞施工为依托,采用超前小导管代替大管棚超前支护,对独头掘进隧道"晚出洞"技术进行了分析与探讨。     

高黎贡山隧道破碎地层TBM施工技术与应对方法研究

为解决大瑞铁路高黎贡山隧道出口段岩石破碎地质影响TBM施工的问题，针对掌子面前方破碎围岩，提出掌子面前方化学灌浆加固、小导洞开挖及超前管棚等方法联合帮助TBM脱困，同时提出护盾向前延伸、刮渣口限粒板加密的TBM设备改进应对方法； 针对破碎围岩露出护盾后易塌落问题，提出隧道顶部加强初期支护和化学灌浆、隧道腰部立模灌浆、隧道底部机械化清渣的应对方法。现场实践表明： 采用上述方法，有效降低了TBM在破碎地层掘进刀盘被卡的风险，即使刀盘被卡也能在可控的时间内及时脱困； 同时还有效提高了TBM通过破碎地层的施工速度。     

岩石掘进机关键技术展望

经过5个阶段的发展,TBM在我国的应用正在不断推广,应用前景十分光明,挑战也十分严峻。简要总结我国TBM研究与应用的5个发展阶段和应用前景,分析TBM施工面临的6大挑战： 地质多样化带来更多的地质风险; 应用领域亟待拓展; 设备技术发展赶不上施工需求的变化; 施工进度不均衡; 施工环境越来越严苛; 存在不合理的施工合同。从TBM设计制造及施工应用的9个方面提出展望： 核心部件国产化; 提升各种地质条件下的破岩能力; 提高出渣能力及可靠性; 提升初期支护及超前加固性能; 研发异形断面TBM; 圆形断面TBM开挖隧道的空间合理利用; 大力推动TBM周转使用和再制造TBM应用; 研究极端恶劣地质条件下TBM施工技术; 促进国产配套施工设备研发应用。只有不断深入研究TBM设备与施工的关键技术及前沿技术,有效解决设备设计制造和施工过程中遇到的难题,才能不断提升我国TBM设备与施工技术水平,避免陷入关键技术受制于人的窘境,促进我国TBM事业持续健康发展。     

大直径硬岩掘进机(TBM)在吉林中部城市引松供水工程四标TBM3的应用

为了研究中铁工程装备集团有限公司自主研制的首台TBM的各项技术特点与工程适应性,结合TBM在引松供水工程总干线四标段的掘进施工情况,分析了TBM掘进地层特点以及主要设计参数。引松供水工程四标段掘进岩层复杂多变,富含大量断层破碎地层以及风化灰岩地层,部分地层岩石强度大且石英含量高,对TBM刀盘及刀具要求极高,TBM刀盘面板采用270 mm厚板设计,且刀座基座直接在刀盘面板上加工而成,刀具按非线性方式布置且刀间距控制在82~90 mm;设计了有效的TBM初期支护系统和材料运输平台,并且搭载了激发极化超前地质预报系统。工程掘进结果表明： 该台TBM刀盘设计可靠性强且能保证高效破岩,创造了最高月进尺1 226 m、日进尺70.8 m的优异成绩,TBM在不良地质下支护高效快速,超前地质探测结果可靠,各系统运行情况良好。     

国内首台再制造TBM下线 “中国第一铁路长隧”将添利器

正国内首台由中铁隧道集团再制造的TBM(隧道掘进机)近日在重庆下线,随后将被用于在建的中国第一铁路长隧——大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道。该台TBM直径6.36 m,曾在重庆轨道交通6号线累计掘进6 652 m,设备缺损老化。为完全满足高黎贡山隧道地质要求,同时兼顾标准件的维修更换和施工环境的改善,在恢复原机性能的基础上进行了适应性改造升级。例如:为适应极为复杂的地质条件,强化了超前钻探及探测系统;为适应岩爆可能导致的垮塌,增强了支护系统;为适应软岩变形地质,增大了顶护盾的收缩量;增     

引松供水4标TBM连续穿越灰岩的施工技术研究

为应对吉林引松供水4标7 km灰岩隧洞段的特殊地质条件,引松开敞式TBM的针对性设计和克服不良地质风险的施工技术研究显得尤为重要。首先,针对引松4标长距离掘进、大断面施工、快速掘进及强支护量等工程特点,对TBM进行超前地质预报系统、支护系统等方面的针对性设计制造。其次,对于通过灰岩地段各种不良的地质风险,分别制定相应的施工和处理措施。通过对TBM的针对性设计以及不良地质地段恰当的施工处理措施,使TBM顺利地通过了7 km灰岩地段,既节省了开支,又缩短了工期。     

隧道穿越倾斜煤层采空区段施工力学特征分析

为研究隧道穿越倾斜煤层采空区段时，采空区围岩的力学变化对隧道超前加固措施及支护结构的影响，采用Flac 3D软件模拟计算隧道穿越采空区的各施工阶段，分析采空区围岩施工力学特征的动态变化过程及隧道支护结构的受力特征。结果表明： 1）隧道在穿越上覆煤层采空区时，采用超前小导管注浆加固能有效阻止围岩的变形破坏； 2）中隔壁拆除后，初期支护结构承担了大部分围岩应力，拱腰及拱脚部位最小主应力值分别增加了13%、41.3%，改善了隧道结构的受力条件； 3）在采空区段锚杆轴力最大值为226 kN，发挥了很好的锚固作用； 4) 隧道穿越下伏煤层采空区时，采用填石注浆的加固改善比例为154.3%，治理措施较为合理。隧道二次衬砌结构的施作更是隧道安全的保障。     

应用地质雷达在海南东线高速公路大茅隧道左洞中的超前地质预报

简要介绍地质雷达探测原理和在大茅隧道中使用的仪器及超前探测预报方法。在施工过程中自始至终应用地质雷达进行超前地质预报。通过探测，首先对隧道掌子面前方数十米内的地质情况作出准确、全面、系统的判断，从而确定不良地质体的空间位置。再综合考虑地质因素、地压因素和主动支护因素，提出措施建议，及时指导施工，使得对隧道前方做到情况明、决心大、方法对。实践证明。地质雷达应用于隧道超前地质预报，解决一些工程地质问题是行之有效的方法。     

高速公路顺层路堑边坡超前支护技术研究

鄂西山区地质条件复杂,雨量充沛,顺层路堑边坡施工过程中极易发生滑塌。文中以恩施土家族苗族自治州某高速隧道出口左、右两侧顺层高边坡为依托,针对2处边坡开挖过程中发生不同程度的顺层滑塌现象,对顺层路堑边坡的超前支护技术展开研究。根据2处边坡的工程地质条件,对2处边坡的稳定性进行评价分析;并分别提出抗滑桩、钢轨桩+抗滑挡墙的超前支护处治方案.通过对2种超前支护处治方案对比分析可知,抗滑桩的超前支护处治方案效果更为显著,且更加经济环保。