应用HSP法的TBM隧道施工地质预报技术研究

为了减少地质预报工作对施工工序的影响和实现TBM隧道的快捷地质预报,文章结合TBM的施工环境,分析了TBM施工隧道地质预报的重难点,介绍了适用于TBM施工的HSP法原理和探测方案。该HSP法以刀盘滚刀破岩产生的震动信号为震源信号,采取多通道、长时间序列接收,通过相关干涉、聚焦成像等处理技术,获取前方地层特征参数,实现对TBM施工隧道掌子面前方不良地质的探测。通过在某双护盾TBM施工隧道中运用HSP法进行地质预报,预报结论与揭露情况一致性较好。应用结果表明,HSP法是适用于TBM隧道施工地质预报的高效方法之一。     

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。     

超特长隧洞集群TBM试掘进阶段存在的问题与施工技术发展方向

北疆供水二期工程总长540 km,其中隧洞段长度516 km。隧洞采用以TBM为主并结合钻爆法进行施工,其中支洞施工采用2台TBM,正洞施工采用18台TBM和3台盾构。单台掘进长度均超过15 km,最长掘进26km。TBM施工面临着集群掘进、不良地质及极硬岩穿越、超长距离施工等风险和难题,对隧洞的设计与施工技术提出了新的挑战。通过试掘进阶段的工作总结与分析,为进一步提高TBM的安全高效掘进技术水平,文章提出了超特长隧洞TBM施工今后发展的几个研究方向:1)适应TBM快速掘进的实时超前地质预报技术;2)地质适应性更强的TBM装备;3)智能化掘进技术;4)设备状态实时监测技术;5)围岩分级方法及相应的支护体系;6)辅助破岩技术;7)超长距离隧洞独头高压通风技术;8)超长距离皮带运输技术。通过改进TBM设备性能、优化隧洞设计和施工技术,从而提高设备对各种地质的适应能力,实现超长隧洞TBM的安全高效掘进。     

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。     

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。     

隧道超前地质预报多源地震干涉法成像结果影响因素研究

多源地震干涉技术是近年来在地球物理领域新发展的一种探测方法。在隧道超前地质预报中,由于该方法能够直接利用爆破开挖或TBM滚刀破岩所产生的地震波对前方地质情况进行预测,既不影响隧道施工,又降低预报成本,因此具有广泛的应用前景。但由于实际震源的复杂性以及隧道施工环境对数据采集质量的影响,增加了地质预报成像的难度。文章基于数值模拟手段,对该方法在TBM施工及钻爆法施工环境下的理论效果进行了模拟,在此基础上主要对采集时长、震源激发延迟时间、震源点及接收点的位置分布等因素对成像结果的影响进行了研究。模拟分析结果能够为该方法的实际应用起到指导作用。     

地质超前预报在天登寺隧道施工中的应用

地质超前预报可为隧道施工探明地质情况及开挖方案的确定提供准确的依据.文章以地质超前预报在天登寺隧道施工中的应用为例,介绍了地质超前预报的工作原理、内容及数据处理、解译技术.并通过测试分析,指出地质超前预报系统具有操作简便、评估可靠、预测结果快捷直观的特点,对减少施工的盲目性和事故发生率、降低施工成本和缩短施工工期起到了重要的作用.     

兰渝铁路西秦岭特长隧道方案研究

西秦岭特长隧道是目前中国铁路建设史上采用TBM掘进最长的隧道,设计为两座单线隧道,采用钻爆法和TBM相结合的施工方案进行施工。文章结合该隧道的环境及工程、水文地质情况,对方案比选及其TBM施工特点及工程适应性、隧道衬砌断面及其支护参数设计、TBM掘进与同步衬砌、连续皮带机出碴等关键技术方案进行了分析论述,并介绍了TBM设备和隧道的施工概况。     

齐岳山隧道施工中物探与钻探的应用比较研究

在岩溶山区隧道工程的施工过程中,地质超前预报是重要的施工工序,以宜万铁路齐岳山隧道为例,研究了基于地震波理论的TSP203探测设备的应用方法和目前在国内外水平钻探领域功能最完善的RPD-150多功能地质钻机的应用方法;分析比较了地球物理探测和地质钻探方法在隧道地质超前预报中的特点,提出了岩溶山区隧道地质超前预报技术方法的应用原则.研究结果表明:TSP203地质预报系统探测、解译距离远,分辨率高,系统智能化程度高,数据记录基本采用自动记录系统,试验过程简单,对施工影响较小,但是整个系统数据记录与分析比较单一、公式化;RPD-150C多功能钻机系统具有探测准确、探测结果受外界影响小等优点,但是数据分析往往不能对有些数据和图形进行量化,只能作出定性的分析.从而得出结论,RPD-150C多功能钻机系统与TSP203地质预报系统有很大的互补性,综合两种手段,可以及时预测预报到大部分地质不良地段,为隧道工程的施工奠定基础.     

TST在曾家湾隧道地质超前预报的分析研究

由于隧道施工的复杂性、危险性,加强施工过程的风险和安全防范,采取正确和有力的安全措施和工艺,避免隧道施工过程中发生安全事故,造成人员伤害和设备损坏。地质超前预报的方法众多,都是以地震的反射和散射为理论基础,随着不同检测设备的出现以及应用,普遍存在技术缺陷,存在误报和预报位置不准确的风险,造成不可控制的灾害和事故,要达到地质超前预报的准确、客观,必须拥有科学的理论基础,可靠的数据处理系统,合理的检测技术流程,本文通过对TST系统进行客观的技术评价和合理分析,以及在曾家湾隧道施工中的应用,促进隧道超前预报的良好发展,推广TST方法在隧道超前预报中的广泛应用。     

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。     

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.     

TSP系统在隧道超前地质预报中的问题及其改善处理

TSP系统作为一项比较成熟的超前地质预报技术,已被广泛应用在隧道施工过程中.文章以地震波反射理论为基础,简要介绍了TSP超前地质预报系统的工作原理及相应工作流程,总结了影响TSP预报效果的各种因素;并通过分析大量的TSP实测数据和典型案例,对该方法在数据采集、资料处理和解释等方面容易出现的各种问题进行了综合研究,提出了改善TSP系统超前地质预报可靠性的相应对策和措施,可为隧道超前地质准确预报提供参考.     

基于多源地震干涉法的隧道超前地质预报技术数值模拟研究

目前的隧道超前地质预报方法预报距离短、测试频率大,增加了测试风险和施工风险;同时,由于各种方法对测试环境要求的差异,造成准备工作繁琐,占用了较长的施工时间,影响了正常施工。文章将地震干涉技术应用到隧道超前地质预报中,提出了基于多源地震干涉法的隧道超前地质预报新技术,该技术以隧道一端开挖爆破作为震源,在隧道另一端接收信号,通过相关处理成像,实现对隧道未开挖部分的一次性预报。文章采用有限差分法实现了该预报方法的数值模拟,模拟了岩溶、断层两种不良地质体模型,准确预报出了溶洞、断层,验证了该预报方法的有效性和准确性。     

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。     

基于属性识别理论的隧道施工超前地质预报可靠性分析

超前地质预报技术是探测隧道开挖掌子面前方不良地质、降低施工风险的一项重要技术措施。为确保超前地质预报技术探测的地质信息可靠、准确,文章建立了基于属性识别理论的隧道施工超前地质预报可靠性评价模型,在综合分析预报可靠性影响因素的基础上,从预报方案、预报作业人员、预报设备、预报环境、预报管理5个方面考虑,选取综合预报方法数量、作业人员从事预报工作时间、预报设备维护频率、与预报无关设备及人员数量、预报管理合理性作为评价指标,对各影响因素评价指标进行定性与定量描述,并对其进行等级划分;对于预报可靠性评价模型中各指标权重的确定,采用简单关联函数法来确定各评价指标所占权重;通过现场跟踪调查获取的各评价指标值及构造的属性测度函数计算隧道预报区段的单指标属性测度与综合属性测度,进而应用置信度准则对隧道预报区段的预报可靠性进行评价;最后通过工程实际应用表明属性评价结果与现场实际预报的可靠性情况一致。     

高压、富水岩溶隧道施工地质预报探讨

在新大瑶山隧道工程中,建立了隧道施工地质预报机构和地质信息系统,采用了宏观控制预报、准确预报、验证预报三级预报方法.由于利用了以野外地质调绘、洞内CCD地质编录、超前水平钻探、TSP203及直流电法为主要探测手段的综合预报技术,提高了预报的科学性、准确性,降低了预报成本.     

大断面TBM组装洞室设计与施工

TBM在隧洞内组装,受场地、空间限制,对组装进度影响很大,因而组装洞室设计与施工、关键设备选型、组装方案、场地布置等就愈发显现其重要性;同时由于组装洞室断画大、工程量大、施工工艺复杂、施工质量要求高,因而需要予以高度重视.文章以锦屏二级水电站引水隧洞为实例,介绍如何根据设备参数、地质条件和组装方案进行大断面TBM组装洞室的设计及施工,可供类似工程借鉴.     

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。     

富水复杂地层中长距离大坡度煤矿斜井TBM选型

文章以某矿井主斜井采用TBM施工为背景,分析指出了该工程所面临的主要问题和技术挑战,并对各类型盾构和TBM在该工程中的适应性进行了理论对比分析,提出了煤矿长距离斜井施工采用双模式TBM的设备机型。鉴于煤矿斜井TBM施工面临的长距离、大坡度、大埋深、有毒有害气体危害、富水复杂地层及施工进度要求高等问题,文章对双模式TBM的主要功能设计及设备的选型配置进行了研究,提出了双模式TBM应对不同技术问题的设计方案和设备配置技术措施。