超大规模硬岩矿山源头推动TBM应用的设计创新与思考

西鞍山铁矿是一座超大规模开采矿山,采用TBM施工胶带斜井、斜坡道是该技术在国内地下铁矿山首次应用。TBM施工与钻爆法施工在勘察、设计和施工等方面均有较大差异,本文基于应TBM施工铁矿井巷工程,结合设备性能与开拓系统工艺需求,在斜井线路规划、曲线半径选择、始发场地设计、始发段与接收段支护、正常段支护选型、巷道底板处理、硐门设计形式等开展了应用创新。同时结合项目设计、施工中遇到的问题,对适用于矿山工程的TBM施工勘察技术要求、施工方案的选择及提高TBM施工断面利用率进行了分析与探讨。

浅埋河谷段TBM施工应用与适宜性评价

TBM施工技术应用于隧洞开挖,技术上已经成熟,并广泛应用于深埋长大隧洞施工中。影响隧洞TBM施工的因素基本清楚,一般认为穿越浅埋河谷段隧洞采用TBM施工容易发生围岩塌方、涌水事故,不适宜采用TBM施工。为了研究浅埋河谷段TBM施工适宜性,通过两个典型的穿越浅埋河谷段隧洞TBM施工的工程实例,对比详细的工程地质条件,分析塌方的原因,进行TBM施工适宜性分析,结果表明,隧洞上覆弱风化岩体大于1倍洞径段进行适当的工程处理后,采用TBM施工是适宜性的。

水电工程TBM洞挖料资源化利用对策与思考

针对TBM洞挖料的综合利用率偏低、难以满足新形势下更高水平的绿色施工要求等问题,结合TBM洞挖料的材料特性及处理现状,分别从混凝土骨料、堆石坝筑坝材料及其他用途等方面开展了TBM洞挖料潜在利用方式的可行性讨论,提出了TBM洞挖料资源化利用需要关注的问题、常规处理手段及未来应用趋势,研究结果可为推动TBM洞挖料综合利用研究和创新实践方向提供参考。

渗流-应力耦合作用下穿断层破碎带TBM输水隧洞结构安全研究

为分析敞开式隧道掘进机(TBM)穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性,依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程,采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型,研究了隧洞开挖支护过程中断层破碎带处围岩的稳定性和支护结构的受力特性及其变化规律。结果表明:隧洞围岩由于卸载作用其孔隙度最大值较初始状态增大了0.88%,渗透系数最大值较初始状态增大了2.59%;隧洞围岩孔隙水压力随开挖支护过程先下降—再平缓—最后回升至稳定;围岩塑性区出现在沿径向1 m范围内,等效塑性应变极值出现在围岩腰线处;锚杆应力在衬砌进行支护时达到峰值,其最大值为182.90 MPa;衬砌内、外缘均处于受压状态,衬砌环向应力值随开挖支护过程先出现最大值,随后略微减小至稳定,其值在6.66~11.92 MPa范围内;衬砌的变形整体上表现为向内收缩,收缩量从顶拱和底拱处向腰线处逐渐减小,其值在0.67~1.35 mm范围内;随着排水量的增加,围岩最大径缩量逐渐增大,衬砌外水压力折减系数逐渐减小。研究结果可为穿断层破碎带TBM隧洞工程结构设计及其安全施工和运营提供参考依据。

基于模糊证据推理的TBM隧洞施工安全风险评价

为确定TBM隧洞施工安全状态及关键影响因素,结合TBM隧洞施工特点,构建了TBM隧洞施工安全风险评价指标体系,提出了基于二元语义的组合赋权法,引入多级相交情况下的模糊正态分布作为模糊评价等级的隶属度函数分布,构建了TBM隧洞施工安全风险综合评价模型,并以南水北调安阳市西部调水工程为例进行分析。结果表明:施工安全风险水平处于中等风险,其中安全事故风险为较低风险;技术风险、设备风险、管理风险和自然风险为中等风险;地质风险为较高风险,应重点控制。

竖井TBM开挖排风竖井施工技术

TBM是目前最先进的洞挖施工设备,主要用于平洞施工,但在竖井应用无先例,宁海抽水蓄能电站首次在排风竖井中成功应用竖井TBM施工技术,排风竖井从上至下一次开挖支护成型,实现了竖井全面机械化、智能化作业,提升了竖井开挖支护施工本质安全水平,创新了竖井施工工法,具有很好的借鉴意义,现将竖井TBM施工情况进行总结分析,供交流借鉴。

铁路隧道建造过程TBM施工碳排放量计算研究

随着国家“双碳”目标的提出,隧道工程施工碳排放核算至关重要。本文建立碳排放因子数据库,使用碳排放因子法编制隧道碳排放定额,建立铁路隧道TBM法开挖的碳排放量计算模型。根据LCA理论,将整个施工碳排放划分为建材生产、现场施工及建材运输三个阶段以进行相关计算,得出各阶段碳排放总量并分析各主要的碳排放量来源。结果表明:(1)TBM法隧道施工碳排放强度为173.593kgCO_(2)/m^(3),划分的三个阶段碳排放分别占比52.60%、44.44%、2.96%;(2)建材生产阶段主要碳源为钢材和水泥,现场施工阶段碳排放量主要来自盾构机、轴流通风机等电力机械。

不同岩体条件下双护盾TBM施工性能分析

针对复杂地质条件下城市地铁隧道双护盾TBM的掘进性能评价,依托青岛地铁6号线创石区间左、右线TBM施工段,对全线施工数据进行收集与分析,研究不同围岩类别下双护盾TBM掘进参数与施工性能参数的变化规律。不同围岩类别下TBM利用率分析表明,双护盾TBM对岩体质量较差的围岩段具有良好适应性。分析了不同围岩类别下各掘进参数与工程破岩比能SE间关系,贯入度与SE的相关性最好,更适合作为评价TBM掘进过程中能量消耗的指标,且在不同围岩类别下,贯入度与工程破岩比能SE呈较好的负幂指数关系,在Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ类围岩类别下,当贯入度分别>2,5,8,10mm/r时,其对应的工程破岩比能SE在较低水平。

TBM豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响

双护盾TBM采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行支护施工,豆砾石回填灌浆层的性能和密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标。以西北某双护盾TBM施工的引水隧洞为工程依托,基于室内试验研究了不同部位豆砾石回填灌浆层的力学性能,并通过数值模拟分析了豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响。结果表明:受灌浆密实度不均匀的影响,豆砾石灌浆体的弹性模量和单轴抗压强度存在较大差异;在衬砌与豆砾石不存在脱空状态的条件下,豆砾石回填灌浆层参数取值不同对衬砌受力分布规律影响不大,但衬砌各个部位的应力有所变化;衬砌与豆砾石脱空部位受力状态与不脱空时存在显著差异,在脱空部位管片出现了较为明显的受力情况,部分区域应力超过衬砌混凝土的抗拉强度设计值,衬砌混凝土可能出现裂缝。在隧洞施工中应重点关注衬砌与豆砾石之间结合是否紧密,加强豆砾石回填、灌浆的质量监督。

TBM施工技术在金属矿山长距离运输巷掘进的应用

金属矿山长距离运输巷采用钻爆法施工时出渣运输困难、安全管理难度大、施工进度慢,采用TBM施工能有效克服以上不利因素。以某金属矿山长距离运输巷施工为例,结合项目自身特点,确定TBM设备从辅助斜坡道运输至施工中段进行地下组装,然后开始中段运输巷道施工;TBM施工完成一个中段巷道后,再向上施工措施巷道至上部中段,施工完成后拆机经斜坡道运出至地表。采用TBM施工后巷道断面为规整的圆形,围岩未受到爆破震动影响,工作面安全状况较好。TBM施工每月进尺450~500 m,施工进度大幅度提高;同时,采用铺轨电瓶车牵引梭车出渣,不使用铲车、无轨出渣车等燃油设备,工作面环境得到极大的改善。

长距离引水隧洞TBM掘进及施工布置研究

依托位于新疆维吾尔自治区的某水电站工程,开展在该工程中应用全断面隧洞掘进(Tunnel Boring Machine, TBM)施工的技术分析,论证在地层岩性复杂、掘进距离长等条件下,引水隧洞采用TBM施工的可行性。据此拟定施工场地布置、施工支洞布置、辅助洞室的开挖及TBM出渣方案。工程中TBM掘进长度为11.35 km,最大埋深为260 m,隧洞开工至今施工基本顺利,工程进度满足预期要求,对指导工程后续施工具有重要意义,亦可对长距离引水隧洞TBM掘进及施工布置的设计思路提供参考。

TBM技术在抽蓄地下硐室群中的应用

国内抽水蓄能电站地下洞室开挖通常采用普通钻爆法施工,具有安全隐患大、施工时段长、劳动力投入大、机械化程度低、工序转换多、作业环境差等诸多缺点。抽水蓄能电站地下硐室群采取TBM技术开挖,可缩短整体洞室开挖工期,并提高抽蓄电站建设的安全性和可靠性,有利于促进抽水蓄能电站设计一体化和模块化,保证洞室安全、质量和进度,为类似工程提供经验。

TBM Construction Process Simulation and Performance Optimization

Long tunnel excavation with tunnel boring ily affected by uncertainties and needs to be adjusted machine （TBM） is a complex and stochastic process. It is eas- according to specific geological conditions in different tunnel sections, which makes the construction scheduling and management difficult. Based on the rock mass classification, this paper estimates the penetration rate. Using the rate, a cyclic network simulation （CYCLONE） model of TBM boring system is established, and the advance rates under different geological conditions are determined. Then, the impact of different cutter head thrust, which is chosen in reasonable range according to previous experiences, on pro- ject schedule is analyzed. Moreover, the simulation model of mucking system is built to determine the number of muck trains and rail intersections reasonably, regarding the efficiency of muck loading and material transporting. Based on the interaction and interrelation between TBM boring system and mucking system, the combined CY- CLONE model for the entire tunneling process is established. Then reasonable construction schedule, the utilization rate of working resources, and the probability of project completion are obtained through the model programming. At last, a project application shows the feasibility of the presented method.

大直径轨道TBM施工质量控制关键技术研究

隧道掘进机(TBM)施工是现代轨道交通隧道工程中被广泛应用的一种技术,为保证隧道施工的安全性、可靠性和经济性,需要对TBM施工进行全面的质量控制。文章依托重庆轨道交通十五号线二期工程礼学路站—金山寺站区间施工,主要围绕TBM掘进、管片拼装、壁后填充注浆等方面进行研究,提出运用气压掘进模式、管片拼装、同步注浆、二次注浆等控制技术,经实践运用,试掘进期间管片错台、上浮等问题得到有效解决,保证施工质量安全。

金属矿山TBM地下始发硐室群设计及关键施工技术研究

针对金属矿山TBM地下始发硐室群建设重点技术,分析TBM地下始发硐室群设计依据,提出一体化组装始发与分体组装始发硐室群组成布置及各硐室结构参数计算方法。以某金属矿山TBM工程为例,综合考虑TBM设备、组装吊装设备、地质条件因素及安全因素等,分别得出两种方案中始发硐室群各硐室结构参数,最后通过分析工程量、工期等,比选得出最优方案,并根据最优方案介绍TBM始发硐室群施工关键技术。研究结论可为类似工程提供借鉴依据。

超前探测技术在TBM施工隧洞中的应用研究

TBM施工时常会遇到复杂的地质环境,为了将地质灾害影响的程度降到最低,在TBM施工过程中,对隧道开挖工作面前方的地质条件进行超前预报变得尤为重要。以新疆某引水隧洞工程为实践背景,介绍地震波法超前探测技术和激发极化法超前探测技术的基本原理及其特点,分析TBM施工隧洞掌面前方的断层破碎带的超前探测应用的可行性,阐述地下水的发育状况。研究结果表明:在TBM施工隧洞中,地震波法超前探测技术和激发极化法超前探测技术的综合应用具有可行性和实用性,可为类似工程中的TBM安全快速掘进提供参考。

深井煤矿高地温高瓦斯浓度下TBM安全掘进关键技术研究

本文以陕西高家堡矿井西区辅助运输大巷项目为背景,对高地温高瓦斯浓度下巷道安全掘进施工展开了深入研究。文中针对高地温提出了考虑多条件的掘进工作面需风量计算方法,并为局部通风机的选型提供了指导;针对高瓦斯浓度问题,提出了可快速安装的施工监控系统;针对潜在的冲压问题,制定了微震监控系统和冲压防治措施,确保TBM在高温高瓦斯环境下实现安全高效施工,为TBM施工积累了丰富的经验,可以为未来类似工程提供有益参考。

煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究

TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究。基于可可盖煤矿斜井穿越地层和工程条件,制定了适应地层条件的TBM掘进参数调整方案,提出了刀盘转速、撑靴压力、刀盘扭矩、推进速度等掘进参数的控制方法,最大限度发挥了TBM高效掘进的性能;提出了斜井穿越破碎地层时,钢拱架、超前注浆、锚网支护等综合围岩加固方法;优化了辅助作业设备的配置方案及掘进作业流程,形成了注浆加固、围岩强支护、设备随掘协同的破碎地层安全施工技术,保障了可可盖煤矿斜井破碎地层敞开式TBM的安全与快速掘进。

敞开式TBM隧道穿越断层破碎带防卡机技术研究

隧道TBM穿越断层破碎带等不良地质易发生卡机风险,严重影响施工进度和安全。在大凉山1号隧道工程中,针对TBM穿越断层破碎带不良地质条件,分别总结刀盘卡机、盾体卡机及刀盘盾体卡机机理。基于现场勘察和实测数据,分析刀盘卡机现场概况及掘进参数变化情况,提出有效的预防卡机预处理技术。基于有限元分析确定最佳注浆加固范围,进一步提出TBM卡机脱困措施。研究表明,TBM掘进至断层区域后,刀盘扭矩提升、推力减小,掘进参数变化加剧。因超前地质预报可有效探测不良地层信息,故应预先采取注浆加固、适应性改造TBM、增强设备配置等有效措施。

影响双护盾TBM掘进效率的地质因素及对策研究

针对地质因素影响TBM掘进效率的问题,以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,采用现场调查、数据统计的方法,分析了岩石单轴抗压强度、岩体完整性、岩石石英含量、地应力、地下水等对TBM施工的影响,并针对各种地质因素提出了TBM施工对策。结果表明:①当岩石单轴抗压强度R_(c)在50~80 MPa时,TBM施工速度最高,日进尺可达30 m以上;当R_(c)低于50 MPa时,施工速度随强度的降低而降低;当R_(c)大于80 MPa时,TBM施工速度随R_(c)的增加而降低。②当岩体完整性系数K_(v)在0.40~0.60时,施工速度最高;当K_(v)大于0.60时,施工速度随着K_(v)的增加而降低;当K_(v)小于0.4时,施工速度随着K_(v)的降低而降低。③岩石的石英含量越低,地应力水平越低,地下水越少,对TBM施工越为有利。研究结果可为类似工程的TBM地质适宜性评价及施工方法提供参考。