PPS-TBM导向系统的应用与管理

国内近几年引进的隧道全断面硬岩掘进机（TBM）采用的施工导向系统均以PPS导向系统为主。结合输水隧洞TBM项目实际情况,介绍TBM的PPS导向系统的工作原理,总结该系统在安装过程中的操作步骤与应注意的施工细节,提出系统运行过程中的管理维护内容与措施;对系统出现的安装故障、测量误差超限、全站仪测量视线不通、全站仪测距板故障等施工故障排除技术和系统运行中的硬件故障检查技术进行了经验总结,以期为类似工程提供借鉴。     

锦屏电站引水隧洞12.43m大直径TBM组装洞室设计与施工

据地质条件和TBM的形式、安装方式及采用的吊装设备, 以及刀盘直径、TBM组件尺寸等因素, 在充分考虑扩大洞室的功能特性、施工方法、衬砌结构等的组装、始发需要, 并考虑TBM主机大件的摆放、部件转运所需的卸车区域等设计洞室的断面、长度、支护形式、衬砌结构、桥吊运行基础等,就施工过程提出有力的措施,以保证施工质量、安全与速度。上述设计方案与施工措施,为确保大直径TBM洞内顺利组装奠定了基础。     

“一洞双机”TBM组装洞结构形式优化分析与探讨

北疆供水2期工程某标段采用“一洞双机”的TBM施工组织模式,即2台TBM的组装及掘进施工均通过同一个组装洞进行,这对组装洞的结构形式提出了新的要求。为便于TBM组装及快速掘进施工,采用工程类比与数值计算相结合的方法,首先,从2台TBM同时组装与快速掘进施工等需求出发,分析原组装洞设计形式的缺陷; 然后,提出优化方案,并对结构变化较大的部位（主支洞交叉口处）进行结构受力验算,确保结构稳定。按照优化方案修建的TBM组装洞完成了2台设备的同时组装任务,并在后期掘进施工中初步达到了连续、快速掘进的目标,缩短了工期。     

TBM集群化施工项目设备采购与施工过程管理模式探析——以辽宁重点输水工程为例

为解决多台TBM集群化施工项目在TBM设备采购、施工全过程TBM管控、刀具和配件供应、设备维护维修及TBM重大技术方案论证等方面存在的问题,总结辽宁重点输水工程8台TBM采购及施工过程中TBM设备运行管控的管理模式和管理经验,提出以建设单位为主导的TBM设备集中统一管理模式,统一组织承包商进行TBM集中采购招标,全过程参与TBM设计联络会议、设备监造、现场组装调试及试运行、施工运行等管理工作,协调建立刀具和备件统一供应机制,主导TBM重大技术方案研讨论证,为施工承包商提供全方位的资金、技术和管理支持。实践证明,TBM集群化施工项目采用以建设单位为主导的TBM设备集中统一管理模式,以专业技术团队为后盾,可为TBM设备正常运行提供有力的技术支持,为加快施工进度、缩短工期提供有力保障。     

某隧洞工程TBM不良地质处置探究

为解决某隧洞工程面临的断层破碎带、软弱围岩大变形、塌方、大坡度、涌水突泥、岩爆、高地热等不良地质问题,设计具有电液混合脱困、刀盘扩挖、护盾延长、超前钻机、应急排水、空气冷却装置等功能的敞开式TBM,并在实际应用中增加螺旋清渣机、钢拱架顶升等功能,与拦水坝、超前注浆、管棚支护等施工手段相结合,有效度过最大涌水量达772.57 m3/h的涌水段、232 m的岩爆段、445 m的蚀变段、塌方段、60 m的涌泥涌沙段,最后根据实际应用效果,指出针对性设计存在的不足和需要改进的地方。     

复合地层TBM隧道施工引起建筑物沉降规律研究

浅埋复合地层TBM下穿建筑物施工过程中,豆砾石吹填注浆及软硬岩交界面所处位置均对建筑物沉降具有重要影响。为探明两者对建筑沉降的影响规律,采用数值模拟及现场监测的方法进行分析,得出以下结论： 1）由于围岩基本处于无支护状态,隧道开挖后到豆砾石吹填完成前建筑物沉降最大,约占总沉降的70%; 2）豆砾石可压缩性较强,吹填完成后建筑物依然会出现一定的下沉,约占总沉降的30%; 3）浅埋单护盾TBM隧道施工中,软硬岩交界面位置对建筑物沉降具有重要影响,依据影响程度将交界面所处区间隧道的位置关系分为3种,并给出相应的建筑物沉降控制措施。现场监测与数值分析均显示地表注浆和豆砾石及时回填注浆对控制建筑物沉降具有重要意义。     

地应力对TBM滚刀破岩力影响室内试验研究

为研究地应力对隧道掘进机(TBM)滚刀破岩力的影响,采用北京工业大学研制的机械破岩试验平台分五个双向等围压模拟地应力对重庆青砂岩进行室内全尺寸线性切削试验。结果表明,围压对TBM滚刀破岩的影响可划分为三个阶段,即强化效应阶段、损伤效应阶段和破裂效应阶段。本文深入揭示围压对盘形滚刀受力性能的影响,为川藏线地应力条件下TBM开挖时刀盘动力参数设计与施工运行参数优化提供参考。     

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。     

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。     

基于FLAC^3D的季节性冻土隧道明洞边坡支护失稳评价研究

为了研究季节性冻土地区隧道明洞边坡支护在应力场、温度场和水分场耦合作用下的冻融变形规律,文章利用FLAC^3D有限差分软件对蛟西隧道明洞边坡喷锚支护破坏现象进行数值分析。研究结果表明:温度场变化、开挖坡度大小是影响边坡稳定性的重要因素;温度不同,边坡支护变形量不同,但变形规律相同;冻胀融沉引起边坡各点的变形量在坡肩处最大,在软弱岩土层附近变形量波动较大;满足边坡冻融时稳定性且符合经济合理性的最佳边坡开挖坡度为1∶1。研究结果与实测结果一致,表明了失稳评价模型能准确、科学地预测明洞边坡支护的安全状态,于工程施工具有较好的理论指导。