基于TST法的盾构隧道三维超前预报应用

受强干扰、管片衬砌和刀盘结构的影响,传统地震波法超前预报技术在盾构隧道内的使用存在局限性。为解决盾构施工隧道内开展三维地震波法超前预报施工困难及震源选用的难题,开展了基于TST(Tunnel Seismic Tomography)法的三维超前地质预报技术应用研究。采用了实验研究和案例研究的方法,开展了盾构隧道内三维观测系统设计研究和常用震源对比实验,并针对某过江通道工程盾构隧道内开展三维地震波法超前预报案例进行研究,对预报成果开展掘进参数和渣样的双重比对验证。研究表明:1)基于管片衬砌优化的三维阵列式观测系统,数据采集可与盾构施工并行开展,能节约2 h施工时间;2)盾构施工隧道内宜采用可控冲击震源,震源参数可采用重复频率1~25 Hz,冲击时长100 s;3)在某过江通道工程盾构施工隧道内成功开展了三维超前预报,提高了掘进机的施工效率和对地质条件的适应性,可对后续超前处置等施工环节提供积极的指导作用。

基于物探技术的TBM施工隧洞地质超前预报方法

相较于先导孔超前预报方法,基于物探技术的地质超前预报方法具有无损、快捷、全局直观等优点,其理论和现场工作技术在传统钻爆法施工隧洞中日臻完善。近年兴起、发展的TBM(Tunnel Boring Machine)施工技术引领了隧洞开挖的创新方向,然而,因大型机械占据有限施工空间,一些超前预报方法无法适应TBM作业方式。通过技术升级和理论创新,近年来出现了一些适应于TBM掘进的地质超前预报方法。通过选取TGS360Proc超前预报法、BEAM超前预报法、三维激发极化超前预报法、HSP超前预报法、ISP超前预报法,对其基本原理、现场工作方法及其适应性和优缺点进行了分析探讨,对TBM施工前方预测提供技术指导,降低TBM卡机或被埋的事故风险。

基于三维超前地质预报的瓦斯隧道穿越破碎段施工技术

隧道穿越瓦斯、破碎段施工往往伴随着诸多挑战。依托仁寿经沐川至屏山新市段高速公路五指山隧道,利用三维超前地质预报技术,建立掌子面前方围岩的破碎三维预报图,以揭示开挖工作面前方不良地质。根据三维超前地质预报结果,针对断层破碎带及瓦斯地段提出施工控制技术,并对隧道支护结构及岩土体内部情况进行监测,监测结果进一步印证了三维超前地质预报技术的可靠性以及不良地质段施工措施的有效性,可为其他相似工程提供技术参考。

TBM掘进前方不良地质与岩体参数的综合获取方法

TBM在穿越断层、破碎带、岩溶发育区等不良地质时有时出现突涌水、塌方、卡机等灾害事故,导致TBM掘进效率低下、工期延误甚至是TBM机械损坏和人员伤亡。出现上述问题的一个主要原因就是TBM工作环境极为复杂,难以提前获取前方不良地质与主要岩体参数。因此,提出了一套以地球物理超前地质预报和基于"岩-机关系"预测岩体主要参数的解决方法。在该方法中,采用三维地震超前预报技术远距离识别和预报断层、破碎带、大型溶洞等不良地质;采用三维激发极化获取掌子面前方含、导水地质构造;采用机器学习的手段挖掘TBM机械电液参数与主要岩体力学参数的关系,并初步实现了TBM前方岩体单轴抗压强度的预测。以上述三种方法为核心,提出了TBM前方不良地质与主要岩体参数的综合获取方法及其流程,在实际工程中得到了验证。实际案例表明,综合获取方法可为TBM安全、高效掘进提供前方不良地质和单轴抗压强度信息,并为TBM掘进方案决策提供依据。