高压富水硬岩地层双护盾TBM前置式超前注浆堵水技术研究

晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超前注浆控制难度大等问题,难以形成有效的止水帷幕结构。对隧洞水文地质条件、突涌水情况及超前注浆技术进行系统研究分析,提出双护盾TBM前置式超前注浆堵水工艺,通过优化注浆设备,在掌子面处实施超前注浆堵水。开展现场注浆试验,对坚硬岩面钻孔施工、注浆材料、注浆参数控制及注浆段长优化等技术进行研究,并根据现场试验信息,不断优化注浆设备及工艺。通过对晋中引黄输水隧洞实施前置式超前注浆堵水技术,洞内平均出水量降至3 702m~3/d,降幅达75.9%,同时在一定程度上提高了TBM施工效率。实践证明该技术方法有效。

浅谈双护盾TBM始发施工技术

为了解决城市轨道交通工程中双护盾TBM由于始发不当造成TBM卡机、栽头甚至设备损坏的问题,本文介绍了双护盾TBM在不同的施工条件下始发时所采取的施工技术工艺,分析了其各自适用条件和优缺点,提出了利用双护盾TBM自身特点,针对不同始发条件采取不同的启动模式始发的观点,得出了双护盾TBM在有始发洞条件和无始发洞条件下分别采取相应施工工艺以达到安全、稳定、快速始发的目的的结论。

特长引水隧道小断面双护盾TBM快速施工技术

依托南亚某国特长引水隧道工程,对影响小断面双护盾TBM施工进度的地质条件、资源组织、技术方案、环境等因素进行分析,通过科学的管理理念和多种技术措施,以及适宜的制度建设和精细化的过程控制,提升掘进效率,TBM施工进度屡次实现重大突破。

双护盾TBM穿越断层卡机分析及脱困工艺应用

TBM对不良地质围岩适应能力较差,遇到断层带处可能出现卡机情况,TBM的卡机处理费时、费工,成为制约TBM快速掘进的主要因素之一。对东山供水工程施工十一标双护盾TBM穿越F14断层时的卡机过程、地质条件、原因、脱困对策和工艺、脱困后的措施进行了详细地介绍和总结,可为类似工程提供参考。

双护盾TBM管片壁后豆砾石与底部灌浆同步回填技术研究——以青岛地铁6号线某工程为例

为解决双护盾TBM管片壁后回填豆砾石不及时、回填效果差、灌浆滞后等问题,考虑TBM盾尾的结构形式、与围岩和管片的位置关系,针对性设计一种耐磨、易拆卸、高弹性、封堵效果良好的新型TBM盾尾封堵板,提出豆砾石与底部灌浆同步回填技术,并在青岛地铁6号线某区间进行现场试验,验证该技术的可行性,得到浆液配比、灌浆量、灌浆点位等关键指标。结果表明:1)封堵板的安装能够使豆砾石提前吹填,实现底部同步灌浆;2)采用水灰比为2.3∶5的浆液稠度低于13 cm,能够满足向豆砾石孔隙渗透的要求,又能避免因稠度不足而导致的灌浆过程中的流失;3)灌浆点位建议设在管片4点钟和8点钟(时钟方位)位置,位置过高或过低都容易导致浆液流失。

基于围岩分类HC评分的双护盾TBM施工速度预测模型

针对双护盾TBM施工速度预测问题,以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,采用现场实测数据统计分析的方法,基于《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)的围岩分类HC评分值,研究了TBM净掘进速度、TBM利用率与围岩分类HC评分值的相关性,进而建立了双护盾TBM施工速度预测模型。结果表明:①TBM净掘进速度与HC值呈二次函数关系,相关性系数为0.84,随着HC值的降低,TBM净掘进速度呈现增加的趋势;②TBM利用率与围岩HC值呈二次函数关系,相关性系数为0.82,TBM利用率随着HC值的增加有先增大后减少的趋势;③围岩的HC值为41~46时,TBM的施工速度达到最高,日进尺可达到45 m以上,当HC值<41时,TBM施工速度随着HC值的降低而降低,当HC值>46时,TBM施工速度随着HC值的增加而降低;④预测施工速度与实际施工速度吻合较好,平均误差为5.2%,最大误差<10%,说明预测模型可靠,可用于双护盾TBM施工速度预测。

双护盾TBM破碎带施工地表沉降规律分析

为了探究双护盾TBM在破碎带地层掘进对地表沉降及周围环境的影响,确保TBM的安全顺利施工,降低发生地面塌陷等灾害的风险,依托青岛地铁4号线某双护盾TBM区间,采用FLAC3D软件建立了破碎带地层开挖模型,并结合现场实测地表沉降数据,分析了双护盾TBM穿越断层破碎带不同稳定状态围岩段的地表变形。研究表明:断层破碎带围岩稳定区段的实测沉降数据与模拟结果基本一致,沉降槽近似呈正态高斯分布,沉降影响范围为4倍洞径;围岩失稳区段的实测沉降值与沉降速率远大于模拟值,沉降影响范围为5倍洞径;洞周失稳区段的沉降主要发生在管片拼装完成且未进行豆砾石回填注浆阶段;掌子面失稳造成的出渣量超限致使地面沉降增大,出渣量越大则地面沉降越大。

双护盾TBM换步过程中盾尾上扬故障分析及解决方案

双护盾TBM是一种典型的敞开式硬岩掘进机,具有隧道开挖、渣土输出、管片拼装支护、管片背面豆砾石回填及注浆等功能,可一次性安全、高速地完成隧道施工,能大大缩短隧道施工工期。本文以用于山西中部引黄工程中的双护盾TBM为研究对象,该设备在工程施工过程中出现TBM换步过程中盾尾上扬,致使已拼好的管片发生错台,严重影响管片拼装质量,影响施工进度的故障,详细分析了原因,并圆满解决这一故障,期望能给类似TBM设备故障提供借鉴及启发,达到优化系统设计的目的。

双护盾TBM在杭州输水通道中的应用与实践

为解决双护盾全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)在输水通道施工中遇到的穿越构筑物、断层破碎带以及硬岩地层中掘进等施工难题,本文以杭州某输水通道工程为例,研究双护盾TBM在硬岩地层中掘进、穿越构筑物及断层破碎带等施工技术。提出了基于双护盾TBM研发、刀盘优化和掘进参数控制的双护盾TBM硬岩掘进技术。通过超前地质预报提前探测前方围岩情况、完善施工排水系统、合理控制TBM掘进参数的双护盾TBM穿越断层破碎带施工技术和通过采取注浆加固、刀盘扩挖、控制掘进参数的双护盾TBM下穿构筑物关键技术,保证了华东地区首台双护盾TBM的顺利施工。

双护盾TBM关键掘进参数相关性分析

在城市隧道的修建过程中,TBM工法较传统的明挖法、矿山法等施工方法具有开挖速度快、地层扰动小等优点,逐渐得到了广泛的运用,但目前TBM工法在实际应用中还存在着参数设置被动、滞后的问题。随着建设需求的提高和隧道建设领域施工技术研究的深入,这一问题愈发得到重视。本文收集了某TBM法施工深埋隧道区间的实际掘进参数,通过数理分析方法,对TBM掘进时的重要掘进参数进行统计分析,总结掘进参数之间的匹配规律,结果表明在围岩性质较好的区段进行掘进时贯入度是影响TBM设备掘进速度的主要因素,过断层破碎带时掘进参数间关联程度增大,TBM掘进成效影响因素构成更加复杂。

双护盾TBM步进始发方法探讨

大在采用双护盾硬岩掘进机(TBM)进行隧洞开挖施工时,TBM的步进、始发是其中的一个很重要的环节。由于受施工现场的空间条件、地形地质条件等多种不利因素的制约,以及TBM本身结构特点的限制,如何实现TBM的快速步进、始发是TBM施工的一个重要课题。本文以菲律宾卡利瓦项目为例,通过分析探讨缩短TBM步进始发洞的设计长度,TBM采用分体组装调试、夹轨器步进,以及环形反力架始发的方法,实现TBM快速步进、始发的目的,为类似TBM项目的步进始发提供有价值的参考。

双护盾TBM导向系统稳定性研究

文章通过双护盾TBM导向系统在施工中系统稳定性影响因素的分析,对导线布置、全站仪、后视棱镜及倾角传感器抗震安装方式等提出建议,以便解决双护盾TBM导向系统稳定性问题。

双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术应用研究

作为一类新型的隧道建设施工技术,双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术,能够充分利用硬岩掘进机械盾构掘进功能,实现隧道掘进施工效率和实施质量的大幅提升。针对双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术展开研究,在介绍技术原理基础上,对常见典型问题进行分析,阐述实施过程的技术难点,基于技术创新角度,构建双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术在隧道盾构工程应用的优化策略,以期为相关地铁隧道建设工程提供帮助。

双护盾TBM穿越不良地质施工工程案例

青岛地区具有典型土岩及软硬岩复合地层,TBM的引入为克服该地层提供了利器,特别是由青岛本土生产的升级版双护盾TBM,增强了其软、硬岩复合地层中的适应性。在穿越青岛地铁6号线中德工业园站~生态园站区间120mⅥ级强风化地层且拱顶存在富水砂层地段时,通过打出TBM单双护盾模式转换、超前地层预加固、掘进参数调整等一套“组合拳”的方式,有效避免了TBM在不良地质段卡机、栽头风险的发生,突破了Ⅵ级强风化采用传统矿山法施工的束缚,大大缩短了工期,提高了施工效率及安全性。双护盾TBM在穿越Ⅵ级强风化-拱顶富水砂层不良地层的可行性得到了成功验证。

城市轨道交通隧道双护盾TBM施工适应性研究

双护盾TBM施工具有速度快、安全性高等优点,已成为山岭隧道建设的重要选择。通过对已建的双护盾TBM隧道调研得到了双护盾TBM施工中常见的问题,并结合青岛地铁2号线提出了基于地质适应性、线路适应性、周边环境适应性的双护盾TBM城市轨道交通隧道适应性分析方法。研究得出了以下结论:采用双护盾TBM施工的隧道多为特长、深埋隧道,施工过程中受高地应力和地下水影响,经常发生卡机、涌水、渗水等灾害;和山岭隧道相比,城市轨道交通隧道采用双护盾TBM施工时灾害发生率更低且处治措施更为灵活;双护盾TBM施工技术在城市轨道交通隧道建设中具有速度快、对环境影响小的优点;针对施工过程中出现的回填层质量较差和TBM过站与车站施工协调难度大的新问题提出了设置止浆环和曲线过站的处治方式。

破碎围岩中输水隧洞双护盾TBM卡机分析及其脱困措施

为分析复杂工程地质条件下的TBM卡机事件原因及其脱困措施,以兰州市水源地建设工程输水隧洞T9+199.5附近典型的双护盾TBM卡机事件为例,首先通过详细调查卡机事故现场情况,确定此次卡机事件为TBM前盾、伸缩盾外壳受岩体挤压而造成;其次基于地质分析和计算力学方法,得到岩体的挤压变形主要由破碎围岩的碎胀导致,卡机部位主要为拱顶右上方和拱底左下方;最后结合力学分析结果和工程经验,选取侧导坑法作为卡机脱困方法,实现了此次TBM卡机的顺利脱困。研究结果可为类似TBM卡机原因分析及工程处理措施提供参考。

双护盾TBM在软弱地层中的掘进模式选择

双护盾岩石掘进机(TBM)采用双护盾模式掘进时,支撑靴的支撑压力常会造成围岩的破坏进而引发其他事故,针对青海"引大济湟"工程中双护盾TBM在软弱地层中掘进模式的选择问题,提出模拟双护盾TBM掘进过程的三维有限元模型,分析支撑压力作用下围岩的破坏机制及不同地应力分布情况下支撑压力对软弱围岩的影响。分析结果表明,支撑压力作用下围岩的破坏形式主要为剪切破坏和拉裂破坏。在浅埋自重应力场下,当侧向压力系数λ<1时,支撑压力一般会使软弱围岩的塑性区有较大程度的扩展,且在隧洞埋深较小时还可能造成大面积拉裂区的出现;其次,对支撑压力导致塑性区扩展的围岩临界强度的分析表明:在自重应力场下应采用单护盾模式或掘进参数降低的双护盾掘进模式掘进。在埋深较大且地应力侧向压力系数λ≥1时,支撑压力对围岩的影响相对有限,一般不会导致新塑性区的产生,但可能造成旧塑性区的进一步破坏,此时,可谨慎地采用双护盾模式掘进。

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。

挤压地层双护盾TBM围岩变形及应力场特征研究

为研究挤压地层双护盾隧道掘进机(TBM)作用下围岩变形及应力场特征,采用FLAC^(3D)建立了完整模型,并详细阐述了隧道掘进机(TBM)施工过程中的模拟方法,重点分析了隧洞纵横断面内围岩位移场、应力场、塑性区特征。模拟结果表明,两腰下部范围内的围岩与TBM护盾发生接触并产生挤压,拱顶并未接触;受刀盘与护盾连接处的尺寸高差和前后护盾的锥度影响导致仰拱围岩内出现3次加卸载,仰拱内部环向应力和径向应力均大于拱顶和两腰,而且其主应力方向与径向线斜交,受扰动剧烈,但仰拱下方70°范围内的围岩基本处于弹性状态;横向断面内围岩塑性区自上而下逐渐减小,且距掌子面越远塑性区范围越大,但后盾塑性区范围变化不大。

双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践

为提高以中微风化岩质地层为主的青岛城市轨道交通区间隧道工程的施工速度和安全性,改善工作环境,加强施工过程中的风险与环境控制,以青岛地铁2号线Ⅰ期工程为背景,针对岩质地层城轨交通工程埋深浅、地质变化大、城市密集建(构)筑物周边环境复杂等外部特征,以及隧道线路短、曲线半径小、施工组织复杂等自身特点,对采用双护盾TBM施工方法的城轨交通区间隧道工程设备研发制造、隧道结构型式和现场施工方案进行研究,研发制造首台城轨交通紧凑型双护盾TBM,设计城轨交通双护盾TBM隧道结构,并提出城轨交通区间隧道双护盾TBM始发、到达、过站、转场、快速施工等土建技术方案。