顶部导洞法TBM卡机脱困技术研究与应用

研究目的:TBM已在我国地下工程建设领域中得到广泛应用，但对于复杂地质条件，TBM卡机问题仍十分突出，施工中曾多次遭遇连续卡机、长期卡机、突水涌泥、设备报废、工法改变等不同程度的困难，不但造成工期延误，还使工程建设成本大幅度增加，因此研究复杂地质条件下TBM卡机防控技术以及TBM卡机后的安全快速脱困技术十分必要。高黎贡山隧道全长34 538 m,进口采用钻爆法施工，出口采用TBM法施工。TBM施工中，一般地质条件下掘进比较顺利，但遇到断层破碎带、岩性接触带、节理密集带、风化蚀变带、软岩挤压带等复杂地质条件时，仍发生了19次卡机事故，其中正洞8次、平导11次，严重影响TBM的正常掘进，特别是严重卡机时，常规的脱困方法难以奏效，需要研究安全有效的脱困技术，从而保证TBM的正常掘进。研究结论:(1)顶部导洞法是处理TBM卡机的一种有效脱困方法；(2)采用顶部导洞法处理TBM卡机时，导洞净空宽度宜为120 cm、净空高度宜为130 cm,管棚工作间宜在拱部120°范围内设置，管棚直径宜为76 mm,环向间距40 cm,仰角1°～3°,长度宜一次穿越隧道前方破碎带；(3)本研究成果可在类似隧道T...     

双护盾TBM掘进过程中隧道围岩强度及变形测试研究

双护盾TBM掘进作业过程中,由于护盾和刀盘的阻挡,使得围岩面、掌子面与掘进机内部几乎隔绝,难以直接对围岩的强度及变形特性进行有效测试,从而未能实时判断围岩的稳定性.以西南某隧道双护盾TBM掘进施工为背景,采用直接观察、测尺以及改进型回弹仪,通过衬砌管片上的预留注浆孔分别对围岩的岩性特征、变形及强度进行联合测定,对围岩的稳定性进行评定.研究结果表明:结合直接观察围岩体岩性,对于稳定性围岩,其回弹测试换算的抗压强度与围岩到衬砌管片内侧的距离呈现出反相关性;对于大变形围岩,则呈现出近似的正相关性;三者综合评价围岩的强度及变形特性效果较为稳定,对于较完整围岩适用性较好.     

DSUC型双护盾TBM小净距段掘进技术研究

西镇站~青岛站区间TBM掘进隧道开挖线净距逐渐变小,左右线隧道开挖线净距由6 m逐渐减小,左右线出洞处隧道开挖线净距最小为0.56 m。右线TBM隧道先行掘进施工,待左线TBM掘进时,左线TBM撑靴需要的顶推力会对右线隧道洞壁产生较大反力,将会对小净距隧道先行掘进隧道管片及周边围岩产生较大影响。通过合理控制掘进技术参数,采取对先行洞安装可移动式台车支撑体系和管片背后注浆等措施,对先行隧道管片及周边围岩进行加固,同时加强对先行隧道管片及可移动式台车支撑体系监控量测,确保左线TBM掘进顺利通过了小净距段。     

引汉济渭工程TBM卡机脱困技术

介绍了引汉济渭秦岭输水隧洞岭北工程TBM穿越断层破碎带时刀盘和护盾被卡,采用小导洞结合反向大管棚施工技术帮助TBM完成脱困,以及在卡机处理过程中使用的超前地质探测方法和支护安全监测方法,对今后类似事故的处理具有一定的借鉴意义。     

双护盾TBM掌子面突涌水全断面超前多孔同步钻注堵水技术

双护盾TBM法施工隧洞掌子面发生突涌水，极易造成TBM长时间停机，不仅会降低TBM工作效率，还会恶化TBM工作环境。为解决输水隧洞掌子面突涌水技术难题，依托晋中引黄输水隧洞工程，针对掌子面涌水情况，制定了基于不同涌水量、围岩等级的超前注浆堵水方案分类标准，并提出了全断面多孔同步注浆技术及超前注浆堵水处理方案；通过全断面对称分区孔位钻孔、渐进型式注浆，提高了施工效率，取得了较好的突涌水堵水效果，可为类似工程提供借鉴。     

西秦岭隧道不良地质段TBM施工技术

TBM能否快速、安全地通过不良地质段,对于减少工程投资,缩短工期有着非常重要的作用.不良地质段TBM掘进时,超前地质预报是前提.根据地质情况应选用适当的掘进方案及参数,遇到软弱破碎段围岩段及坍塌时应采取相应的处理措施.     

盾构/TBM隧道DOSO系统超前地质预报应用

自1825年世界第1台盾构机诞生以来,盾构/TBM作为一种安全、高效的工程机械装备,提高了隧道建造技术水平,隧道及地下工程建设取得长足发展。盾构/TBM隧道施工中面临复杂地质环境,由于存在的异常地质体极易导致掌子面突水突泥、开挖面失稳,使盾构/TBM发生“栽头”“陷落”。为避免因地表沉降过大或坍塌引发的盾构/TBM隧道施工风险,应采取科学有效的方法对盾构前方进行超前地质预报。在贵阳地铁3号线四方河—皂角井区间盾构/TBM隧道施工中采用双震源重叠地质预报观测系统（DOSO系统）进行超前地质预报,在左、右线共开展9次超前地质预报试验研究,结合盾构/TBM总掘进推力、掘进速度、掘进扭矩,以及渣土采样、开仓检查等手段对预报结果进行验证。验证结果表明,DOSO系统能提高隧道超前地质预报效率与结果的准确性,可为盾构/TBM掘进及类似工程超前地质预报提供参考。     

敞开式TBM在软弱围岩中掘进反力保障措施

敞开式TBM掘进时推力和扭矩均通过撑紧洞壁的撑靴抵消,在软弱围岩条件下,经常会出现撑靴打滑、无法撑紧洞壁等现象,不能为TBM掘进提供可靠的反力,严重影响TBM掘进效率及成洞质量。结合工程实践,系统研究敞开式TBM在软弱围岩地质条件下掘进反力保障技术,确保撑靴撑紧洞壁时具有合理的接地比压,开发了局部沙袋填充、整体沙袋支垫、枕木支垫、喷射混凝土回填、现浇混凝土回填、注浆加固等措施,具有良好的应用效果。     

基于摩尔-库仑准则的双护盾TBM掘进参数研究

研究目的:青岛地铁在国内首次将双护盾TBM应用于城市轨道交通工程,并取得成功,拓宽了双护盾TBM的应用领域。本文结合双护盾TBM在青岛地铁2号线的应用,基于Mohr-Coulomb准则,根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力、围岩强度之间需要满足的力学协调性,针对不同围岩级别,对双护盾TBM施工中掘进参数及模式选择进行研究,从而为双护盾TBM选型及适应性分析提供依据。研究结论:(1)对于Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级围岩地层,刀盘推力可由撑靴提供,可采用双护盾掘进模式;(2)Ⅴ级围岩(软岩、强风化)条件下,撑靴撑力、围岩承载力及刀盘推力三者不能满足力学协调性,滚刀无法成功破岩,故无法实施双护盾模式施工,可采用单护盾掘进模式,由管片方式提供反力;(3)根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力和围岩强度之间的力学协调性,得到不同围岩级别下相应的掘进参数;(4)该研究成果可为城市轨道交通工程TBM施工提供理论参考。     

隧道穿越富水泥岩断层破碎带超前帷幕注浆技术

郑万高铁巴东隧道穿越的三叠系中统巴东组泥岩,具有一定膨胀性,遇水软化,自稳性差,在三峡库区被称为"易滑地层",并且隧道洞身穿过50 m长断层破碎带,采取有效的地层加固措施极为必要。在对泥岩基本地质特性分析的基础上,针对性地提出了超前帷幕注浆方案,并结合洞身超前管棚提高帷幕胶结体的承载能力,最后通过钻孔成像、现场监测等方法对帷幕注浆效果进行评价。实践表明,帷幕注浆后,掌子面围岩加固止水效果良好,有效保证了富水泥岩断层破碎带的稳定性,确保隧道施工安全。     

中天山隧道TBM施工破碎围岩段新型注浆加固技术

在TBM掘进施工中,造成TBM卡机的原因非常复杂,包括地质构造状况、设备运行状态、掘进操作水平及施工掘进参数等,其中地质因素是最主要的影响因素。针对地质因素所引起的隧道围岩坍塌或围岩变形过大,最有效的解决措施就是围岩注浆。本文针对中天山隧道节理密集段围岩坍塌或软岩段变形过大,为避免再次发生卡机事故,以提高隧道施工效率,对中天山隧道围岩注浆技术进行了研究,内容主要包括注浆材料、注浆设备、注浆工艺、注浆效果等。     

山岭隧道高压富水断层破碎带注浆施工技术

研究目的:山岭隧道断层破碎带地层岩性复杂,围岩破碎,在地下水补给源充分的条件下,极易发生高压突水等地质灾害,严重影响施工安全和进度。为了有效地预测和治理隧道断层破碎带涌水,防止发生隧道突发涌水等地质灾害,需要对断层破碎的地质特征以及处理措施进行深入研究。研究结论:隧道注浆堵水的方式一般要结合现场开挖揭示围岩情况和前方地层超前预报结果合理选择。隧道高压富水断层破碎带应采取超前预注浆堵水措施,以达到降低围岩的渗透系数,减少地下水流失的目的。注浆结束后应采取施作检查孔等方法对注浆效果进行检查和评定。     

长管劈裂注浆在浅埋大断面岩溶隧道加固中的应用

石马寨隧道进口浅埋段穿越岩溶发育地带,地层强风化遇水易崩解且伴有大量孤石,提出多种加固方案并进行比选。综合环保、经济等因素,最终采取隧道洞内掌子面长管劈裂注浆对围岩拱部进行加固,结合超前锚杆及超前排水孔等措施防止掌子面失稳。通过注浆量控制、检查孔试验、现场监控量测综合判断围岩加固效果,围岩达到稳定状态,效果良好。现场施工工艺、控制措施以及加固效果评估方法可为类似地质情况下工程施工提供借鉴与参考。     

胶州湾海底隧道综合超前地质预报与注浆方案选择

研究目的:胶州湾海底隧道为我国在建的第二条海底隧道,隧道围岩复杂多变,地下水与海水有水力联系,其中海域段穿越10条断层破碎带,断层破碎带及其影响带内围岩破碎、裂隙水发育,如何准确探测不良地质体及对其进行有效处理,是保证隧道安全如期建成的关键,因此,对不同地质体应采取有针对的地质预报和处理措施.研究结论:(1) 根据地质风险分析结果,采取了针对性的综合超前地质预报技术,保证了探测方法的合理性和结果的可靠性;(2) 为了准确探测不良地质体,建立了完善的超前探测程序和管理方式;(3) 根据超前探测结果结合水量和水压大小,提出了注浆堵水方案选择标准及效果评价方法,保证了安全经济地处理不良地质体.     

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。     

贵瓮高速公路建中隧道施工难点及治理措施

溶腔、洞室和软弱破碎带是岩溶地区隧道施工的难点和重点。贵瓮高速建中隧道在施工过程中出现了围岩与设计情况不符以及溶洞塌方等问题,严重影响了施工进度。为此,通过对国内典型岩溶隧道设计施工案例进行分析借鉴,结合建中隧道的工程地质条件,在围岩与设计情况不符段进行方案修改,加强支护;在溶洞塌方段进行掌子面封闭、深孔注浆、回填混凝土等治理措施。经采取上述措施后,拱顶沉降和隧道周边位移均小于控制标准,效果良好。     

地质实测预报在凤凰山隧道施工中的应用

TSP203plus系统是一种新的隧道地震探测仪．可对隧道掌子面掘进前方进行长距离超前地质预报．便于更准确和有效地指导隧道施工。介绍了利用TSP20aplus超前地质预报系统．在黄织线凤凰山隧道所出现的（溶洞、围岩富水、断层和软弱岩层）4种典型不良地质体施工中的应用。     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。     

广州地铁二十二号线南西区间盾构隧道施工关键技术研究

针对广州地铁二十二号线南漖站-西塱站区间土压平衡盾构法在掘进过程中遭遇的痛点问题,详细介绍了盾构掘进的工程情况,分析了砂层地层的喷涌性质、刀盘结泥饼和管片质量缺陷产生的因素及相应措施,通过超前注浆加固、刀盘结泥饼处理、盾构带压开仓、盾体脱困及变形处理较好地解决了工程实际问题,对类似工程具有参考意义。