高地应力下大断面隧洞进口段施工技术研究

以超埋深、高地应力条件下的锦屏二级水电站隧洞工程建设为背景,对高地应力下大断面隧洞进口段施工技术进行研究.在对引水隧洞和施工支洞的围岩地质、断面和施工条件等因素进行分析的基础上,运用隧道工程理论,结合锦屏水电站的施工要求,提出了先用工字钢型钢钢架分别在1#、2#施工支洞和引水洞洞口加强支护后开挖大断面引水隧洞的进洞方案,并给出了开挖方法和步骤.工程实践表明,给出的大断面隧洞进口段开挖方案、方法及作业顺序是合理的,施工方法是科学的,可以确保在复杂条件下大断面隧洞开挖时围岩的稳定以及支护与地下结构的安全.     

锦屏二级水电站特长隧洞群施工通风方案选择

锦屏二级水电站7条深埋特长隧洞需同时施工,其中4条引水隧洞中2#和4#隧洞采用钻爆法施工,1#和3#隧洞采用TBM施工,2#和4#隧洞需由1#或3#隧洞TMB自带通风设备的返程风供风,通风方案选择关系到工期和投资。对该水电站特长隧洞群第一阶段施工过程中4条引水洞掘进时的通风方案进行分析,提出两种可行方案,并应用Fluent软件对两种方案的通风效果进行了数值模拟分析和比较。研究结果表明:若2#引水洞和4#引水洞的新鲜风都由3#引水洞取风,会导致2#引水洞供风量不足,及3#引水洞排污风量不足;2#引水洞和4#引水洞分别从1#引水洞和3#引水洞取风可以避免上述问题,为较佳方案。     

大埋深TBM主驱动密封洞内修复及改造关键技术研究

为解决某TBM在大埋深、高地应力地层掘进时出现的主驱动密封多次失效的设备故障问题,首先分析大埋深、高地应力对TBM主驱动的不利影响,以及主驱动密封失效原因,提出主驱动密封系统结构优化方案;针对TBM大埋深掘进难题,采取增加主驱动防尘挡板和增加皮带溜渣板等设备优化措施。采用本文提出的基于大埋深TBM掘进工况下的主驱动防积渣工艺措施以及主驱动密封结构改造方案,顺利解决了现场主驱动密封失效问题,保障了设备的高效运行,可为后续类似TBM故障处理提供参考。     

不同坡度下TBM隧道施工对围岩及地表影响分析

TBM 在迎坡向上掘进时,随着坡度的增大,掘进机与接触岩土体间摩擦力增大,且掘进力的竖向分力增大,会对 TBM 隧道周围围岩体的应力、变形以及地表沉降产生一定的影响,因此研究大纵坡 TBM 施工时坡度对围岩及地表的影响具有重要意义。以重庆市轨道交通 9 号线刘家台—鲤鱼池区间双线隧道施工为例,基于力学平衡公式以及有限元模拟,将纵坡坡度设定为参数变量,分析 TBM 迎坡掘进不同坡度时对隧道周边地层稳定性的影响;探究 TBM 在不同坡度隧道开挖时引起的围岩应力变化规律,以及围岩竖向、横向变形和地表沉降规律,进而得到控制 TBM 迎坡掘进的安全措施。该研究成果可为大纵坡 TBM 施工安全提供可靠依据。     

深埋长大隧洞高地应力岩爆段施工关键技术探讨

针对深埋隧洞高地应力岩爆的具体特征,结合现场实践进行试验论证和工艺改进,探讨在TBM法和钻爆法两种开挖方式下岩爆主动防治的方法,总结出了一套适用于高地应力岩爆段的施工应对措施和灾害控制技术,运用实施效果良好,可供类似工程参考。     

高地应力下高强预应力锚杆快速施工技术研究

在超埋深、高地应力条件下的锦屏二级水电站大断面隧洞的施工中,仅采用普通支护技术不能满足支护及工期的要求。通过对隧洞围岩地质、断面条件、TBM吊装特殊要求的分析,结合隧洞开挖及支护理论,提出了涨壳式高强度预应力中空注浆锚杆的快速支护施工方法及其锚杆布置形式及参数。实践表明,高强度应力锚杆快速施工技术可保证高地应力条件下特大断面隧洞开挖围岩稳定和地下结构的安全,同时可满足较为紧张的工程建设工期的需要。     

锦屏二级水电站特大断面隧洞围岩稳定性研究

以超埋深、高地应力条件下的锦屏二级水电站隧洞施工为背景,对特大断面隧洞开挖围岩稳定性进行研究.依据围岩地质和断面形状与尺寸,结合隧道工程理论与方法,确定了监测断面并在各断面安装埋设了锚杆应力计、多点变位计和反射膜片,通过对TBM组装洞现场监测并对实测数据进行分析,得出了施工过程中围岩应力和位移及其变化规律.结果表明,围岩的应力和变形都在可以接受的范围内,处于稳定状态.说明施工方法、作业顺序和支护形式及其参数是合理的,能够保证在恶劣条件下开挖时围岩的稳定以及地下结构安全.     

高地应力下特大隧洞开挖支护形式及其参数研究

以超埋深、高地应力条件下的锦屏二级水电站隧洞中TBM组装洞的施工为背景,对特大断面隧洞开挖支护形式及其参数进行研究.通过对组装洞的围岩地质、断面形状及几何尺寸、施工方法及作业顺序进行分析,运用隧洞施工理论,提出了特大断面TBM组装洞室、为开挖必须增加的横通道等较为薄弱的位置和环节的支护方案,给出了包括锚杆布置、喷射混凝土、钢筋网、衬砌、配筋设计等支护参数.工程施工结果表明,优化后的开挖支护形式及其参数能够保证高地应力条件下特大断面隧洞开挖时围岩的稳定和地下结构的安全.     

高地应力下TBM转渣系统及其施工技术研究

通过对隧洞围岩地质状况、断面形状及几何尺寸、施工条件等多方面进行综合分析,运用隧道理论,结合锦屏二级水电站引水隧洞实际情况,确定了适合于高地应力下特大断面TBM转渣系统布置及设计方案,给出了施工台车的结构与尺寸,提出了转渣系统的开挖施工技术和相适应的支护结构及参数.结果表明,转渣系统能够满足TBM出渣需要,转渣系统开挖技术和支护结构及其参数可确保开挖过程中和开挖后围岩稳定.     

高地应力岩爆对TBM施工的影响及对策

锦屏二级水电站引水隧洞工程埋深大，地应力高，在采用TBM法施工中碰到了高地应力导致的岩爆问题，对施工进度、设备和人员安全影响较大。总结TBM施工过程中岩爆发生规律，通过各种支护形式的现场试验，对防止岩爆的主要对策进行了探索。     

阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术研究

阳山隧道是蒙华铁路的重难点控制性工程,2号斜井正洞小里程方向穿越高地应力近水平岩层,在施工过程中出现初支变形、底板隆起,甚至出现垮塌,严重影响了隧道施工安全。针对阳山隧道2号斜井正洞小里程方向高地应力现场表现情况,确定了该段地应力测试结果,采用了微台阶与限阻器相结合的施工工法,通过对典型断面初支拱顶下沉、水平收敛情况监测分析,发现限阻器变形可以吸收来自围岩的构造应力,消除了高地应力引起的初支拱顶开裂剥落、格栅钢架扭曲变形等病害。研究结果表明,该工法是阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术,为后期同类隧道施工提供了宝贵的施工经验。     

高地应力状态下硬质碎裂岩隧道变形机理研究

高地应力状态下硬质岩隧道产生岩爆,软质岩隧道产生大变形,在山区隧道建设中会经常遇到,也进行过大量的研究,但关山隧道硬质闪长岩在施工中遇到罕见的、特殊的大变形问题。通过对隧道区地质环境背景、岩石成分、岩体结构面特征、原地应力大小研究,配合理论分析,直观地解释硬质碎裂围岩的变形破坏特征与机理,为采取经济、合理的支护措施提供依据,隧道变形控制良好。     

西宁至成都铁路甘青隧道TBM施工方案研究

根据甘青隧道"海拔高、地质条件复杂、生态环境脆弱、辅助坑道设置条件差"等特点,分析钻爆法施工存在的技术问题,并开展TBM施工可行性研究。基于地勘资料,逐段分析TBM施工的风险及对策,得出隧道进口段较适宜TBM施工,但大直径TBM施工风险较高,推荐采用小直径TBM快速施工平行导坑方案;针对断层破碎带、节理密集带等特殊地层,提出设置辅助坑道来提前施工,然后TBM步进通过的方案。并从施工难度及风险、施工通风、施工排水、辅助坑道条件、运营维护及防灾救援、施工工期、工程投资等方面综合分析论证,推荐采用"钻爆法单洞双线隧道+贯通平行导坑(进口敞开式小直径TBM)"方案。     

TBM工程适应性研究与挑战及应对思路

隧道掘进机(TBM)以其快速、优质、安全的施工特点已被我国工程领域广泛认可,且正在不断扩大应用范围甚至迎来"井喷式"发展趋势。为拓展TBM应用领域和范围,从地质适应性、支护结构、构筑物结构强度与耐久性、掘进速度、综合成洞速度、成本6个方面分析各机型的工程适应性,研究TBM发展所面临的挑战并从设备、隧道设计和施工三方面提出了初步思路,以期为相关单位和工程提供参考,促进TBM施工健康发展。     

TBM液压系统的隐形因素探讨

影响掘进机施工效率的因素很多,隐形因素往往是看不见的抽象因素。结合陕西省引汉济渭秦岭输水隧洞岭北段使用的海瑞克S-795掘进机工厂监造、预组装、调试等实际情况,对掘进机的液压系统的隐形因素进行收集、分析和总结,有助于提高掘进机的利用效率,以期对为以后掘进机洞内组装、调试、掘进施工提供借鉴和指导意义。     

高海拔超长铁路隧道TBM施工断面优化的探讨

TBM(Tunnel Boring Machine)施工的高海拔超长隧道面临开挖断面较大和TBM直径统一的问题,考虑采用刚性接触网、减小疏散通道宽度、缩小净空有效面积等措施对TBM施工隧道内轮廓和断面进行优化。通过建立TBM施工隧道衬砌和底部结构模型、高海拔隧道内接触网模型,对TBM施工隧道断面进行对比分析及优化。研究结果表明:160 km/h等级TBM施工隧道断面尺寸受控于接触网安装要求,采用刚性接触网时隧道开挖断面面积比采用柔性接触网时减小9.88 m^2;200 km/h等级TBM施工隧道断面尺寸受控于空气动力学要求,净空有效面积采用48.00 m^2时隧道开挖断面面积比设计规范要求减小4.64 m^2;TBM+刚性接触网可显著降低隧道工程造价、减少隧道弃渣量,有利于TBM同步衬砌技术实施,提高隧道防灾能力。     

高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力.基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移.利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律.该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合.采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性.计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+ 900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态.     

引汉济渭工程岭北TBM无扩大洞室刀盘边块更换技术

本文以陕西省引汉济渭工程岭北TBM施工段为依托,为解决TBM在狭小空间内较大部件更换维修困难难题,开展大直径TBM刀盘边块在狭小空间内更换技术研究。通过大量研究,创新性提出新刀盘边块更换方法——基坑法,即通过专用设备配合TBM固有性能,在无扩大洞室工况下完成刀盘边块更换。经岭北TBM刀盘边块更换实例证明,此方法操作简单、适用性高,尤其在狭小空间内更具有优越性,且能节省大量维修时间,有效提高施工工效,可为同类TBM施工提供有益借鉴。     

开敞式TBM在管涔山隧道施工的适应性研究

研究目的:根据朔准铁路穿越管涔山脉的关键控制性工程—管涔山隧道,受地形条件控制,不宜采用斜井,从而需对该隧道采用开敞式TBM施工的适应性进行研究。研究方法:结合隧道的地质、长度、断面、场地、运输组织等条件,研究TBM的适应性、施工方案、施工工期及施工风险。研究结果:管涔山隧道具备实施开敞式TBM条件。研究结论:(1)开敞式TBM能够适应管涔山隧道施工。(2)管涔山隧道可以采用TBM洞外组装、软岩地段矿山法施工、步行进洞后掘进施工方案或TBM洞内组装、直接掘进、软岩地段矿山法施工方案。(3)采用开敞式TBM施工最短工期为42.5月。(4)虽然可以采用开敞式TBM施工,但仍然存在一定的风险。