敞开式TBM步进始发施工技术的研究与应用

TBM(全断面岩石掘进机)工法在岩巷施工过程中具有快速、高效、安全等显著优势,工法通常分为组装-步进-始发-试掘进-正式掘进-接收-拆除等工序,其中步进工序在工法应用中起着至关重要的作用。TBM在开始掘进前、中间转场以及贯通后都需要步进。TBM步进过程的安全、步进线路的精度以及步进速度的快慢对整个项目都具有一定影响。以陕西延长石油可可盖煤矿主斜井工程为背景,成功将整机重量900 t的TBM在斜坡段连续步进260 m,至始发硐室。介绍了敞开式TBM步进始发施工过程中的施工方案和工艺流程,可为类似TBM工程的步进作业提供参考。

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞。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,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、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。文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题。通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及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,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴。

双盾敞开式TBM适应性与工程应用对比分析

为分析验证新型双盾敞开式TBM与传统主梁敞开式TBM的优缺点,以北江引水工程和那邦电站工程2个采用不同敞开式TBM机型的工程为例,首先,从主机结构、支护设备布置、施工优缺点等方面进行理论对比分析;然后,从掘进时间利用率、施工速度、地质适应性等方面进行工程应用效果对比。结果表明:1)双盾敞开式TBM在完整或较完整的Ⅱ类和Ⅲ类围岩条件下的施工速度与主梁敞开式TBM基本相当;2)在Ⅳ类和Ⅴ类围岩或断层破碎带条件下,双盾敞开式TBM的施工速度和适应性较差。建议完整或较完整围岩占比大、断层破碎围岩占比很小的小直径隧洞工程以及小转弯半径隧洞工程的施工,可选用新型双盾敞开式TBM。

断层破碎带敞开式TBM卡机处理与脱困技术探析

新疆某引水工程的大坡度支洞采用敝开式TBM施工,在掘进施工过程中遭遇大断层构造破碎带并发生塌方,TBM刀盘被掌子面坍塌围岩卡死,护盾被破碎体压住,TBM被困。为使TBM快速脱困,首先采用超前预报方法探明前方地质情况,之后加固已支护段的围岩,然后采用流动性大、早强、高强性能的化学注浆材料,对护盾上方及前方围岩进行固结灌浆,将刀盘和护盾周围的松散岩石加固成一个稳定的整体,进而清除刀盘及护盾周围的虚渣,并缓慢转动刀盘向前推进,最终使TBM安全脱困。采用超前地质预报和化学灌浆相结合的方法不仅使TBM顺利脱困,而且与其他脱困方法相比,进一步缩短了脱困时间。

基于TBM掘进隧洞塌方洞段处理措施

地下工程前期地质勘察受地形、地表覆盖及勘察手段等因素影响不可能准确反映实际地质情况,因TBM掘进速度较快、观察掌子面相对钻爆法较难,在遇到不良地质洞段如布置不当很容易造成TBM卡机事故,文章针对TBM掘进深埋、超长、陡坡支洞过程中面对此类情况不同的处理措施对TBM设备安全、工期、经济投资等均有不同程度的影响,文章章结合新疆某输水工程TBM掘进施工支洞遇到的一次TBM卡机脱困施工经验,总结出TBM面对隧洞塌方卡机脱困施工理念,以便供类似工程参考。

深埋、复杂地质条件大直径隧道TBM的设计进展与创新

要提高在深埋、复杂条件下大直径隧道TBM(隧道掘进机)的应用效率,必须正确选择TBM的类型。为了给复杂条件下TBM的选型提供借鉴和指导,总结现有的各类型TBM的特点,分析其在混合地质条件下开挖大直径、长距离隧道的局限性,提出不同地质条件下大直径隧道TBM选型指南,介绍意大利SELI公司开发的3种新型TBM,即紧凑型双护盾通用TBM(DSU Compact TBM)、土压平衡双护盾通用TBM(DSU EPB TBM)和土压平衡单护盾通用TBM(SSU EPB TBM)及其运行特点和适用范围。得出结论:传统TBM没有专门针对复杂地质条件下的大直径隧道的研究与设计;为满足市场需求,必须开发新型TBM;意大利SELI公司开发的3种新型TBM,每种专门针对特定的地质条件,这些新型的TBM能够应对复杂的地质条件,并能克服在不同覆盖层下开挖长隧道时的最常见危险。

敞开式TBM穿越断层破碎带时岩-机作用分析——以滇中引水工程香炉山隧洞为例

敞开式TBM穿越断层破碎带时面临着围岩变形卡机与坍塌失稳的地质灾害风险。以滇中引水工程香炉山隧洞为例,对该施工过程中的围岩力学响应,TBM刀盘、护盾结构受力变化以及初期支护内力状态等开展了三维数值模拟研究。结果表明:(1)断层破碎带的存在使施工过程中其附近一定影响范围内的隧洞围岩变形量增加,围岩塑性区易沿断层带与完整围岩区相交洞段的软-硬界面深入发展;(2)断层带内的围岩收敛变形和拱底处塑性区范围较完整围岩区显著增加,存在机头下沉及围岩"底鼓"的可能;(3)断层带内敞开式TBM卡机风险形式主要为刀盘被卡;(4)仅依靠初期支护无法满足断层带内隧洞围岩的长期稳定,应及时施作二衬以分担围岩变形荷载。

敞开式-土压式双模式TBM模式转换分析

敞开式-土压式双模式TBM拥有敞开和土压两种掘进模式,具有较强的地质适应性,既能在硬岩地质下高速掘进,又能适应软岩地层保压掘进,而复合式TBM模式转换技术是双模式TBM能否实现其双模功能的关键,在遇到地质条件变化时通过对掘进模式的转换,改变掘进模式以保证施工安全、提高施工效率。该文以重庆轨道交通环线使用的双模式TBM为例,简要阐述了双模式TBM从敞开模式转换为土压模式的施工步骤,为双模式TBM模式转换提出有益建议。

TBM步进机构对比分析及滑板式步进技术的应用

文章总结了多种TBM步进形式及其适应性,并以某海外工程TBM施工步进为背景,系统介绍了滑板式步进机构的组成和步进原理,重点论述滑板式步进机构工作原理、操作流程、步进保障措施、步进效果等,总结TBM步进机构的适用性及选型注意事项,为同类型TBM工程的前期准备工作及步进机构的选择提供借鉴。

双盾敞开式TBM针对性设计与工程应用

敞开式TBM(Tunnel Boring Machine)适用于以自稳围岩为主的隧道施工,具有施工速度快、优质、安全、环保等优点,应用越来越广泛,小直径敞开式TBM应用总体较少。为了解决小直径敞开式TBM结构设计与设备布局困难、作业空间狭小、初期支护施作困难等问题,提高小直径TBM适应性,研制了新型敞开式TBM,即双盾敞开式TBM。广州北江引水、十堰水源等工程实践证明,双盾敞开式TBM总体设计合理,具有作业空间友好、法向锚杆锚固效果显著提升、系统喷混到掌子面距离显著缩短等优势,在自稳能力较好地质条件下具有非常高的适应性,实现了持续、均衡、快速施工,但不良地质条件下还需要从设备技术和施工技术方面继续深入研究。

钢管片支护技术在敞开式TBM施工中的应用

敞开式TBM通常是在稳定性较好的岩石中施工,利用撑靴撑紧洞壁以承受掘进反力及反扭矩,采用锚杆、钢拱架、钢筋网和钢筋排进行初期支护,再通过向隧洞壁喷射混凝土完成开挖岩石表面封闭,不采用管片支护,可应对常规地层及小断层,当遇到长距离破碎带时,由于支护模式单一,无法发挥施工优势,导致设备进尺缓慢,施工滞后。通过对传统敞开式TBM护盾系统、开挖系统、支撑推进系统、注浆系统和物料运输系统等改进而研制的双模式多功能TBM,保留原敞开式TBM全部功能的同时具备钢管片支护能力,有效地解决敞开式TBM快速通过破碎带问题。

特长隧道“一洞双机”TBM高效掘进关键技术及应用

为降低特长隧道“一洞双机”模式下2台TBM同时施工的相互干扰,实现2台TBM协同、高效、快速施工,以北疆供水二期工程某标段为背景,针对TBM组装洞结构形式、皮带机出渣、有轨运输、隧洞施工排水等方面,基于“独立运行、统一管理”的思路,形成“一洞双机”TBM高效施工关键技术:1)TBM组装洞结构优化关键技术;2)双向多级皮带机出渣关键技术;3)综合互通型有轨运输关键技术;4)汇流式梯级抽排水关键技术。从应用效果来看,优化后组装洞结构形式合理,满足2台TBM同步组装的需要,并有助于实现皮带机、有轨运输、施工排水等关键技术系统的建立。在掘进施工阶段,各系统运行良好,有效应对了“一洞双机”模式下2台TBM施工干扰大、效率低等问题,实现了2台TBM的长期稳产、高产。

TBM工作形态转换施工技术研究

敞开式TBM施工长大隧洞时,在应对小规模不良地质段尚可采取降效施工方式通过,但在遭遇极软岩、大规模断层破碎带等地层时,可能出现撑靴部位塌方、围岩大变形等不利工况,引发TBM反推力不足、刀盘卡死等风险,影响施工安全和工程进度。因此,针对中铁十九局集团有限公司承建的某引水隧洞工程因遭遇不良地质对敞开式TBM在洞内进行一系列改造,使敞开式TBM兼具单护盾功能。本文重点论述TBM的敞开式与单护盾式两种工作形态自由转换施工工艺,实现快速转换效果。双形态TBM的成功使用,验证了其施工的可靠性,也便于后续类似工程引用和借鉴。

双模式全断面掘进机探讨

为适应地质的复杂性以及中国国情,探讨双模式全断面掘进机的未来发展趋势,并举例说明双模式全断面掘进机的设计理念,详述其主要结构及适用范围。与单模式掘进机相比,双模式全断面掘进机地质适应性广、设备利用率高、施工成本低,是隧道掘进设备技术发展的主要方向之一,具有良好的发展前景。

文得根输水工程施工方案比选

文得根水利枢纽至乌兰浩特输水工程线路为71.268 km无压隧洞。输水线路作为文得根水利枢纽重要组成部分,其施工方法的选择对工程的投资,工程对当地的环境保护以及对施工单位的施工组织有着重要的影响,本文结合工程实际情况及自身特点,从传统钻爆法(施工支洞出渣)和掘进机为主与钻爆法配合的施工方案(含掘进机机型比选)两个施工方法入手,论述其各自优缺点,最终选择适合本工程最优的施工方法指导实际施工。