TBM在不同特性硬岩中的掘进速度

最近，韩国用TBM修建了一座引水隧洞，该隧洞位于抗压强度大于260MPa的围岩中。本文探讨了此类硬岩中TBM的净掘进速度和围岩特性之间的关系。分析得知测得的掘进速度与Schmidt硬度和RMR（RMR）为岩体等级－－校者注）互成比例。可以把围岩的这两种特性和现场应力情况看作很好的预测TBM在硬岩中的掘进速度的定量指数。     

TBM刀具岩石磨蚀性CAI值调整系数的应用

为研究TBM掘进不同岩层的刀具消耗规律，解决川藏铁路隧道TBM施工概预算定额刀具消耗量的适用问题，根据岩石磨蚀性指数特性，结合引汉济渭、高黎贡山TBM掘进现场实测数据成果，分析等效石英含量、单轴抗压强度、完整性等不同条件下刀具磨蚀消耗量的变化规律，并结合应用案例研究推导其与岩石磨蚀性CAI指数的对应关系。在此基础上，推导并验证不同CAI值条件下刀具消耗量调整系数，证明通过石英含量、单轴抗压强度等相关参数推导CAI指数的可行性，为概预算定额中岩石磨蚀性CAI值调整系数的应用提供了理论基础。     

基于围岩力学参数的TBM净掘进速率多元回归预测模型

TBM净掘进速率与围岩地质条件密切相关，特别是岩体力学参数。为研究TBM净掘进速率与围岩力学参数之间的内在联系，以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景，选取岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、泊松比、变形模量等围岩力学参数，进行TBM净掘进速率与围岩力学参数相关性分析，得到相应的拟合关系式。在单因素分析的基础上，经过线性处理，建立TBM净掘进速率的多元线性回归预测模型。研究结果表明： TBM净掘进速率与围岩力学参数之间具有明显的线性相关性，TBM净掘进速率随单轴抗压强度、单轴抗拉强度和变形模量的增大而减小，随泊松比的增大而增大； TBM净掘进速率多元线性回归预测模型总体上精度较高，其预测误差在15%以内，且对不同围岩类型具有较强的适用性。研究成果能够为TBM施工性能评估提供新的参考。     

TBM施工隧洞围岩分类方法的探讨

针对TBM施工隧洞中的围岩分类问题,指出TBM施工条件下的隧洞围岩分类应针对围岩的可钻掘性,充分考虑影响TBM掘进效率的主要工程地质因素,提出了在《工程岩体分级标准》围岩稳定性基本分级的基础上,依据岩石的单轴抗压强度、岩石的耐磨性和岩体的完整性,将TBM施工条件下的隧洞围岩分为A(好)、B(一般)、C(差)3个级别,对于当今隧洞围岩分级方法的进一步发展,以及提高我国TBM施工隧洞的设计和施工水平具有一定的实用价值。     

全断面岩石隧道掘进机滚刀磨损影响因素分析

为了有效控制和降低全断面岩石隧道掘进机施工时滚刀的磨损,较准确地预测滚刀的磨损量,通过室内实验和现场实验从地质影响因素和机械影响因素2个方面对滚刀磨损问题进行了分析。通过水泥试样实验,得出等效石英含量EQC和单轴抗压强度UCS单独对岩石磨蚀性的影响规律;通过现场岩样实验,得出两者共同对岩石磨蚀性的影响规律。通过对比进口与国产TBM的刀盘刀具布置,得出滚刀破岩面积对磨损速率的影响规律;通过统计现场掘进参数与刀具磨损数据,得出场切深指数FPI对滚刀平均磨损速率的影响规律。研究结果表明： 岩石对滚刀磨损的地质影响是岩石等效石英含量和单轴抗压强度共同作用的结果;破岩面积是刀盘刀具设计参数对滚刀磨损的敏感指标;场切深指数是设备掘进参数对滚刀磨损的敏感指标。     

盾构在矿山成洞段推进技术

深圳前湾燃机电厂过海管廊盾构工程,其中接收井段管廊隧道共有358 m,岩石平均单轴抗压强度达98 MPa、最大达108 MPa的硬岩地层,采用盾构法施工存在较大难度.为减少施工风险,拓展泥水平衡盾构在较长距离与硬岩地层中的施工配套技术,开展了专项课题研究,采用了钻爆开挖与初期支护、盾构机空载推进拼装管片通过、管片背后注浆的施工工艺,并取得了圆满成功.介绍了盾构在矿山成洞段的推进技术.     

双护盾TBM在深圳地铁应用中存在的问题及对策

为解决双护盾TBM在城市地铁施工中始发困难、极限小转弯半径、穿越极硬岩及断层破碎带等工程难题，结合双护盾TBM在深圳地区的应用需求，研究双护盾TBM在深圳地铁施工中存在的问题及对策。1)提出双护盾TBM在R260 m极限小转弯半径施工中的刀具磨损消耗规律、步进控制措施及测量顶台振动解决方案； 2)提出一种分体始发技术方案以解决双护盾TBM始发场地狭小、空间受限问题； 3)提出在210 MPa极硬岩工况下双护盾TBM的针对性设计及刀具优化改进措施； 4)提出双护盾TBM穿越断层破碎带掘进参数建议及应对策略。     

川南地区典型砂岩强度特性分析

以四川宜宾市高县的典型砂岩为研究对象，进行基本物性试验、矿物成分分析、饱和与烘干两种状态下的点荷载和单轴抗压强度试验，分析含水状态对砂岩强度的影响和点荷载强度指数I_s(50)与单轴抗压强度UCS间的转换关系。结果表明:饱和状态下砂岩I_s(50)在0.89～1.36 MPa，均值1.14 MPa，UCS为19.98 MPa，烘干状态下I_s(50)在2.07～2.82 MPa，均值2.43 MPa，UCS为43.98 MPa；试样I_s(50) 与UCS在饱和后衰减比例基本一致，约55 %，工程实践中可利用点荷载强度了解其软化特性；公路沿线典型砂岩建议采用UCS=17.53 I_s(50)作为两种强度之间的转换关系。     

岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度相关性分析初步探讨

隧道施工期关于岩石坚硬程度指标的准确获取，是隧道围岩快速分级面临的实际问题，现行规范要求采用岩石单轴饱和抗压强度作为岩石坚硬程度的定量指标。为寻求关于岩石单轴饱和抗压强度最优的替代方案，对岩石单轴饱和抗压强度的不同替代方案和指标的优缺点进行分析比较，并通过使用里氏硬度计对不同岩性的岩石进行室内试验分析，研究泥岩类岩石和砂岩类岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度之间的关系。利用数理统计软件SPSS24.0对岩石的里氏硬度值及单轴饱和抗压强度值进行回归分析，指出里氏硬度值与岩石单轴饱和抗压强度二者存在相关关系，且相关性较强，并构建不同岩性的岩石在饱和状态下单轴抗压强度与里氏硬度值的回归预测方程。     

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。     

中国TBM施工技术进展、挑战及对策

总结我国近30年来TBM设计与施工技术的发展历程,可归纳为以下5个阶段:1)研发探索和试用阶段;2)以国外施工承包商为主体,采用国外设计制造TBM施工我国隧道工程阶段;3)独立进行TBM招标采购和选型设计,并建立起自主的TBM施工队伍阶段;4)与国外厂家联合设计制造TBM,工程应用和自主施工快速发展阶段;5)实现TBM国产化,面向国内外TBM工程市场自主施工阶段。通过我国不同时期TBM施工的典型工程,介绍我国在复杂地质、大坡度、高海拔、不同直径、不同机型、超长隧洞TBM施工方面取得的经验、技术积累和业绩,展示我国TBM在穿越断层破碎带、软弱变形、岩爆、涌水等不良地质洞段取得的一系列施工新技术,以及最高月进尺1 868 m、平均月进尺超过600 m和掘进作业利用率超过40%的掘进技术水平。分析TBM在极硬岩、大断层破碎带、软弱大变形围岩、强岩爆围岩、涌水突泥洞段、高地热隧洞和超长隧洞工程中施工面临的风险和挑战,并提出一些相应的技术措施和对策,期望这些措施和对策在未来大量实际工程中进一步得到实践验证、优化和改进,不断积累和创新TBM设计与施工新技术。     

TBM施工条件下隧洞围岩分级方法研究与应用

隧洞围岩如何分级(或称分类),才能满足TBM施工条件下的隧洞施工需要,是一值得研究的问题。结合大伙房输水工程对TBM施工条件下的隧洞围岩分级,主要针对工程岩体的可掘进性进行研究,并在此基础上进行支护结构设计,这对TBM隧洞围岩的分级方法进一步研究和TBM隧洞施工都有利。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

铁路隧道疑难工程地质问题分析——以30多座典型隧道工程为例

以30多座在施工中发生与地质因素有关的工程事件为例,归纳为15类疑难工程地质问题： 高压富水岩溶、软弱围岩大变形、太古界硬质变质岩大变形、侵入岩脉蚀变风化破碎岩体塌方和突泥、富水逆掩断层破碎带大规模突泥、层状地层大规模顺层塌方、中更新统老黄土崩塌、新第三系地层突泥涌砂、泥岩页岩可燃气体燃烧和爆炸、白云岩剪涨裂缝突砂涌砂、岩溶地面沉降、含石膏地层围岩变形、断层破碎带与软岩层面组合围岩变形、新第三系粉质黏土岩（土）垂直节理坍塌变形及石英砂岩断层破碎带突水涌砂。分析各类疑难工程地质问题发生的原因,总结其工程地质特征。针对高压富水岩溶的分类、断层破碎带突水涌砂和大变形问题、高压地下水的防治、高位选线、大变形及大变形分级标准、挤压大变形和卸荷大变形、隧道顺层偏压构造的危害、5种围岩变形失稳类型的特征对比、隧道围岩压力现场实测、岩溶地面塌陷、Q2老黄土和N2黏土层垂直节理渗水崩塌、N2弱胶结地层“流变”、石膏地层隧道衬砌开裂以及非煤系地层的可燃气等14类问题进行讨论,并从依法合规性、地质不确定性、专项地质工作、工程劣质岩、修订围岩分级和纳入规范等方面提出6条建议。     

重庆地区典型土石混合体回填土区隧道围岩分级研究

为对重庆地区典型土石混合体回填土区隧道围岩进行分级，通过室内基本物理性质试验获得土石混合体回填土的天然密度、干密度、含水率、含石量等基本物理参数指标，通过室内大型直剪试验和大型三轴试验获得土石混合体回填土的强度和变形等力学特性随含水率、含石量、围压等因素的变化规律，并基于室内试验结果，分别以含水率和含石量为分类指标，对重庆地区土石混合体回填土进行分类，提出适用于重庆地区土石混合体回填土的围岩分级指标和方法。主要结论有： 1）重庆地区的土石混合体回填土属于级配不良的土体； 2）随着含水率的增大，土石混合体的黏聚力和内摩擦角都逐渐降低，且均表现为先快后慢的规律； 3）随着含石量的增大，土石混合体的内摩擦角呈慢-快-慢的增大规律，而黏聚力呈先快后慢的降低规律； 4）对于重庆地区的土石混合体回填土，其围岩分级指标重点选用含水率和含石量； 5）对重庆地区土石混合体围岩进一步细分为Ⅳ、Ⅴa、Ⅴb 3级，其中Ⅴa级和Ⅴb级分别为Ⅴ级稍好和Ⅴ级稍差围岩。     

节理密集带地质硬岩TBM刀盘损坏形式及对策

为解决硬岩TBM在硬岩节理密集带地质段施工时,刀盘刀具损坏严重、施工效率低下、施工成本增加问题,针对中天山铁路工程硬岩TBM节理密集段现场施工情况,分析刀盘刀具的主要损坏形式及主要原因,并采取相应的改进措施,使硬岩TBM在节理密集带地质段掘进顺利进行,保证了施工进度,降低了施工成本,对类似工程具有一定的借鉴作用。     

基于主成分分析与BP神经网络的TBM围岩可掘性分级实时识别方法研究

TBM 围岩可掘性等级实时在线识别和预警对TBM 安全高效以及智能化掘进意义重大,基于新疆EH 隧洞工程直径为7. 0 m 的敞开式TBM 实际掘进数据与地质数据, 通过TBM 掘进性能与施工风险的特征参数指标对围岩进行可掘性分级。在对不同围岩 下区分度较好的掘进参数进行主成分分析之后,获得表征围岩可掘性等级的2 个主成分指标,并在此基础上构建BP 神经网络对围 岩可掘性等级进行识别。同时,为提高模型响应速度,设计了一个MATLAB 程序,从而获得了实用性较强的围岩可掘性等级实时识 别方法。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。