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。     

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。     

软弱地层敞开式TBM大规模塌方成因及处理措施研究

综合应用TSP地震波检测、CFC超前探水和现场岩石的点荷载试验等多种手段,对新疆某引水隧洞敞开式TBM穿越软弱地层发生的大塌方原因进行综合分析,认为绢云母片岩和黑云母石英片岩在刀盘切削作用和震动影响下沿节理面和裂隙面岩层松动、错落,导致围岩大面积失稳坍塌。针对敞开式TB M穿越软弱围岩大塌方的成因,提出松散岩体初步加固,强化初期支护体系,建立喷射混凝土作业平台,建立刀盘覆盖层,塌方空腔回填的完整综合处理措施。敞开式TBM穿越软弱围岩大塌方段的空腔内部施作拱顶"保护壳"的处置技术,充分利用腔体内部空间,提高了拱顶保护壳的施工效率,成功指导了塌方段的处理和后续段的安全施工,可为类似工程提供参考。     

敞开式TBM施工隧道掘进段空气温度计算方法

以敞开式隧道掘进机(TBM)施工隧道为研究对象,基于热力学原理,分析掘进段热害影响因素,建立敞开式TBM掘进段空气温度的计算模型,对不同围岩级别、不同岩温下掘进段内空气温度进行计算研究。结果表明:自掘进开始,TBM掘进段内空气温度迅速升高,在掘进20min时升高至接近最大值并保持基本稳定,停机后空气温度迅速下降;掘进段空气温度随围岩温度的升高和围岩级别的提高显著上升;通风对掘进段内空气有明显的降温效果;围岩温度为18℃,Ⅱ级围岩无通风时掘进段空气温度为39.9℃,通风量为60m3·s-1时下降至27.9℃,通风控制空气温度低于28℃规范限值;围岩级别Ⅱ级,60℃岩温无通风时掘进段空气温度为81.9℃,通风量为60m3·s-1时下降至46.9℃,但空气温度仍然较高,可采用在正常施工通风基础上增加洞内局部降温措施。     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及支护系统优化研究

研究目的:大伙房输水工程特长隧洞主洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞。由于隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式。隧洞穿越区域水文地质条件复杂,通过对TBM合理选型和支护系统优化,来解决隧洞开挖过程中面临的围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题。研究结论:通过对大量文献资料和工程实例的研究,对大伙房特长隧洞所穿越区域的主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,特长隧洞决定选用敞开式TBM,锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构。对大伙房输水工程特长隧洞的建成发挥了重要的保证作用,也为今后类似工程提供参考和借鉴。     

青岛地铁1号线双护盾隧道掘进机应用中的新问题及对策

以青岛地铁1号线工程为背景,针对双护盾隧道掘进机(TBM)应用过程中出现的复杂条件下TBM快速出渣、TBM连续掘进与车站相互干扰、特殊线路条件下TBM掘进、复杂条件下TBM始发等新问题进行了系统的分析和研究。提出了具有创新性的洞内翻渣方案、极限小净距掘进处理措施、平移始发技术等对策,取得了良好的应用效果。研究成果进一步拓展了TBM在城市轨道交通特殊线路条件下技术的应用。     

敞开式全断面隧道掘进机通过不良地质地段的措施和施工方法

研究目的:铁道部1997年引进的两台TB880E型TBM由德国Wirth公司生产,该机型的结构及技术性能参数以西安安康铁路秦岭特长隧道为设计对象,主要适用于硬岩隧道的掘进施工,属敞开式硬岩TBM。TBM如何通过软弱围岩是一个世界性的难题。研究方法:结合西安南京铁路桃花铺1号隧道的工程实践,研究预防TBM施工事故的措施和施工方法。研究结论:提出了“超前探测,支护紧跟,调整参数,适速推进,减少扰动”20字方针。对于施工过程中出现的各种坍方如何处理进行了说明,总的处理措施是“及时喷锚,加密钢架,搭焊钢管,网板结合,封闭坍腔,回填密实”。TBM顺利、安全通过不良地质地段的措施和方法在桃花铺1号隧道的掘进后期得到很好的验证。     

秦岭隧道建造关键技术

秦岭隧道全长18 46km,是目前中国最长的山岭铁路隧道,有4km埋深超过1000m,80%处于极硬岩石地段。施工中,首次引进敞开式全断面挖掘机(TBM)。对适合隧道地质条件和TBM施工的施工方法、工艺参数、围岩分级标准、支护参数、圆形衬砌结构及仰拱预制块设计进行研究,TBM掘进最高速度达531m·月-1。解决平导洞钻爆法施工独头通风9000m的问题,创造钻爆法硬岩快速掘进456m·月-1的国内最高记录。采用弹性整体轨道技术,减少运营环境下隧道维修作业。隧道内一次铺设无缝线路,缩短了施工周期。     

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.     

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...     

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.     

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。     

复杂地质条件下TBM卡机原因及脱困措施研究

为解决高黎贡山隧道正洞断层破碎带TBM无法掘进的难题,针对掌子面围岩呈泥沙状、盾体周边围岩破碎的问题,提出采用超前地质预报的方法进行地质探测。首先判断前方围岩地质特性,然后采取化学注浆的方法对盾体周边及掌子面进行注浆加固。针对露出护盾的破碎围岩、刀盘出现超量出渣的问题,提出盾尾破碎围岩加强初期支护、刀盘底部清渣及刮渣口进行加密的方法来进行应对处理;进一步就破碎围岩处理问题提出采用小导洞扩挖、掌子面化学注浆的方法对破碎岩体及刀盘前方的破碎围岩进行处理,通过实践验证,采取上述方法可以有效地实现TBM脱困。TBM脱困方法可为TBM在破碎地层掘进中提供有效的规避措施,也可为其他类似工程处理TBM卡机问题提供借鉴。     

浅埋软岩铁路隧道洞口施工技术

堡上隧道进口位于山谷冲沟的中心,系超浅埋地段,围岩结构软弱松散,进洞困难,在施工中采取边仰坡加固、地表回填、地表锚杆及超前小导管注浆固结等综合技术措施,顺利穿过浅埋、软弱围岩段,实现安全进洞。     

敞开式全断面隧道掘进机开挖软弱破碎围岩隧道的施工方法

西安-南京铁路桃花铺1号隧道是继西康铁路秦岭特长隧道之后采用敞开式掘进机施工的又一座长大铁路隧道.结合工程实践,总结了TBM进入软弱破碎围岩的判别方法、遇到的主要问题,提出了"超前探测,管棚注浆,调整参数,适速推进,减少扰动,防止坍塌"的施工原则,和"密排拱架,搭焊钢管,网板结合,及时喷锚,封闭塌腔,回填密实"的处理措施.     

重庆轨道交通6号线敞开式全断面岩石掘进机施工过站方案研究

介绍重庆轨道交通6号线一期工程敞开式全断面岩石掘进机(TBM)试验段的工程情况.结合敞开式TBM的机型特点和总工期要求,综合考虑TBM施工段所经过的区间及车站施工的具体情况,提出了敞开式TBM在城市轨道交通工程施工中掘进过站、步进过站以及步进通过车站中板的过站方案,保证TBM在站内能不停机、不等待、快速施工、顺利过站,...     

TBM穿越富水构造风化破碎带脱困处理方案研究

TBM因其具备施工快速、作业安全、机械化程度高等优良特点,近年来在我国火成岩地区长大隧道施工中得到了广泛应用,而受制于有限的超前地质预报手段以及无法进行有效的超前预加固,亦致使其在软弱破碎地层中卡机频发.TBM卡机原因众多,如穿越断层破碎带、岩性接触带、软弱围岩溜坍等;由于围岩工程地质条件的差异,TBM脱困处理方案也有...     

新建双洞TBM隧道与既有钻爆法隧道近接分区研究

依托重庆轨道交通5号线歇台子—石桥铺区间双洞TBM隧道,采用FLAC 3D软件模拟TBM隧道施工,运用摩尔-库伦准则,综合考虑围岩塑性区分布、隧道间夹土层应力变化,分析了双洞TBM隧道与既有钻爆法隧道的近接分区。结果表明:TBM隧道先行洞对钻爆法隧道的影响范围约为钻爆法隧道等效直径的1.5倍;TBM隧道后行洞对钻爆法隧道的影响范围约为钻爆法隧道等效直径的1.0倍。据此,对新建隧道近接影响区域设计与施工时可采取增强配筋20%、回填灌浆、超前注浆等措施来保证施工安全。     

地铁敞开式TBM过站施工技术

在城市地铁首次应用敞开式TBM过站时,从车站设计角度出发,针对不同施工方法及不同施工阶段的车站,阐述了TBM掘进、步进、中板步进时,车站设计相应的处理措施,并提出了有关建议。     

中天山隧道敞开式TBM施工技术

长大隧道采用TBM(tunnel boring machine)掘进施工是未来长大隧道施工的首选方案.实现TBM掘进与衬砌同步施工能有效利用时间、缩短工期.针对中天山隧道特点,提出中天山隧道敞开式TBM施工关键技术,为未来TBM在长大隧道施工积累了宝贵的施工经验.