某过断层深埋高水头TBM输水隧洞围岩-支护结构响应规律

为了研究过断层深埋高水头敞开式TBM输水隧洞支护结构的响应规律,对不同支护方案下某过断层深埋高水头敞开式TBM隧洞围岩与支护结构的响应规律进行对比分析,选出最合适的支护设计方案。建立TBM隧洞动态开挖-支护精细仿真模型,逐个研究动态开挖-支护中围岩、锚杆、钢拱架、初喷混凝土、二衬的响应规律。结果表明:依次支护管棚、锚杆、钢拱架、固结灌浆、衬砌后,围岩拱顶变形分别降为不支护时的59.4%、32.9%、32.9%、4.1%、3.2%。盾尾离开后各响应突增,增幅逐步减缓且最终趋于稳定,衬砌支护后突降并稳定。锚杆应力分布不均,支护后拱腰处锚杆应力比拱顶增加快,各锚杆应力越靠近洞壁处越大。管棚+锚杆+钢拱架+固结灌浆+初喷+二衬可保证安全,但需固结围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角分别提高1.0、1.0、0.21倍。

穿越不良地层TBM斜井施工技术研究

针对可可盖煤矿主、副斜井施工及支护问题,基于围岩的弹塑性变形特征及锚网喷支护机理,运用FLAC有限元软件,模拟得到最优支护方案并对现场监测数据进行分析。数值模拟结果显示,随着锚杆长度的增大,井筒表面位移先呈降低趋势,而后基本保持不变;随着锚杆间距的增加,井筒围岩变形量先基本保持不变,随后围岩表面位移明显增大。现场围岩监测结果显示,优化后的支护方案有效的控制了巷道围岩变形,显著提高了支护效果,对巷道敞开式TBM施工技术有实际的指导作用。

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。

煤矿特长斜井敞开式TBM施工通风技术

对隧道(洞)及煤矿井巷工程盾构及TBM施工通风技术研究进行了系统回顾;简要介绍了可可盖煤矿主副斜井工程概况,并根据工程概况对工程通风设计原则和通风方式选择进行理论分析,基于以上分析对施工通风方案进行了多种设计和比选,决定两斜井均采用更换风机2阶段独头压入式通风方案,对所选通风方案进行理论校核,并对通风效果进行检验。现场实践表明通风效果良好。

新型敞开式小直径TBM装备选型及应用

【目的】广州北江引水4#隧洞长10.2 km,开挖洞径4.5 m,TBM掘进过程中存在断层破碎带多、花岗岩单轴抗压强度高和TBM掘进效率低三大关键技术难题。【方法】为了解决以上难题,从地层适应性、空间利用率、造价和安全性等方面进行了TBM选型分析,并结合工程实例验证新型敞开式TBM应用效果。【结果】新型敞开式TBM优势包括:(1)新型敞开式TBM由护盾式主机和滑车结构组成,采用敞开式施工工法,护盾相较于常规双护盾TBM更短,最小转弯半径为75 m;(2)提出法向锚杆钻机方案,实现隧洞径向220°钻孔作业;(3)设置应急喷混系统,确保围岩脱离尾盾后尽早进行喷混;(4)刀盘镶嵌耐磨合金,合理减小刀具间距,提高掘进推力和破岩能力;(5)优化出渣系统、支护系统、铺轨、通风除尘等设备空间布置。【结论】结果表明:新型敞开式TBM平均月施工进尺400 m以上,穿越断层破碎带隧洞收敛变形控制在3 mm以内,硬岩段刀具磨损控制效果良好。通过与类似工程对比验证了新型敞开式TBM具备地层适应性强、施工效率高等优势。

可可盖煤矿斜井过渡段TBM穿层施工技术

针对敞开式全断面硬岩隧道掘进机(TBM)在过渡段掘进过程中易偏离目标轴线,围岩可能存在不均匀位移,掘进风险大的问题,本文依托陕西延长石油矿业有限责任公司可可盖煤矿主斜井穿层段工程实况,通过提出TBM纠偏调控策略、掘进参数控制原则和配套的“锚网索喷+钢拱架+超前预注浆”的联合支护方法,确保TBM不偏离目标轴线,降低了TBM的不均匀位移,保证了掘进质量,对类似工况的工程施工具有借鉴意义。

充填型溶洞TBM掘进卡机过程特征与脱困措施研究

为应对敞开式TBM掘进穿越大型充填型溶腔面临的较大施工风险,分析总结了滇中引水工程香炉山隧洞“云岭号”TBM遭遇溶腔段的卡机过程特征、原因及采取的脱困措施。结果表明:①溶腔段TBM卡机的直接原因主要为刀盘扭矩过大,难以持续维持在高位而发生刀盘停转被卡。在穿越充填型溶洞过程中,TBM可能面临反复卡机问题,并因拱底软弱破碎、承载力不足而发生“栽头”现象,导致TBM掘进竖向偏差过大;②采用拱顶超前注浆管棚、拱底超前管桥、掌子面玻璃纤维锚管超前注浆等超前处置措施,能够较好地限制溶腔段TBM刀盘扭矩过大、机头下沉等问题,为使TBM顺利通过不良地质洞段,需从“超前支护、初期支护加强、掘进控制”等方面进行综合处置;③在岩溶地层中,溶洞前后可能并无明显过渡洞段,TBM掘进施工过程中应进行有效的超前地质预报,做到先探后掘、提前发现、提前处置。

敞开式TBM软岩地层施工技术研究

敞开式TBM是目前国际上最先进的隧洞开挖机械,集隧道开挖、支护、出渣等施工工序于一体并连续作业,具有掘进速度快、安全环保、综合效益高等优点,尤其是无法增加支洞的特长隧道,其优势是钻爆法无法相比的.但在软层地层中掘进其弱点也是很突出的,不仅掘进速度慢,还存在卡机、甚至埋机风险.以珠三角供水C1标、新疆YE供水9标及秘鲁对加旺水电站3个工程为例,系统的阐述了敞开式TBM在软岩地层的施工技术,从而正确认识和提高TBM在软岩地层掘进技术.

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。

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。

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及支护系统优化研究

研究目的:大伙房输水工程特长隧洞主洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞。由于隧洞施工采用以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,通过对TBM合理选型和支护系统优化,来解决隧洞开挖过程中面临的围岩稳定性、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。研究结论:通过对大量文献资料和工程实例的研究,对大伙房特长隧洞所穿越区域的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,特长隧洞决定选用敞开式TBM,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。对大伙房输水工程特长隧洞的建成发挥了重要的保证作用,也为今后类似工程提供参考和借鉴。

中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术

采用敞开式TBM施工的隧道,一般是在TBM掘进贯通后再进行二次衬砌。在南疆吐库二线铁路中天山特长隧道工程施工中,开发并成功地应用了敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术,缓解了本工程工期压力,解决了同步衬砌与TBM掘进施工相互干扰问题,开创了敞开式TBM施工的新模式。文章从衬砌台车选型设计、道岔选择与布置、TBM施工用管线穿行及施工通讯等几个方面,阐述了中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工的关键技术和总体施工方案,可为今后类似工程施工及决策提供参考。

开敞式TBM在管涔山隧道施工的适应性研究

研究目的:根据朔准铁路穿越管涔山脉的关键控制性工程—管涔山隧道,受地形条件控制,不宜采用斜井,从而需对该隧道采用开敞式TBM施工的适应性进行研究。研究方法:结合隧道的地质、长度、断面、场地、运输组织等条件,研究TBM的适应性、施工方案、施工工期及施工风险。研究结果:管涔山隧道具备实施开敞式TBM条件。研究结论:(1)开敞式TBM能够适应管涔山隧道施工。(2)管涔山隧道可以采用TBM洞外组装、软岩地段矿山法施工、步行进洞后掘进施工方案或TBM洞内组装、直接掘进、软岩地段矿山法施工方案。(3)采用开敞式TBM施工最短工期为42.5月。(4)虽然可以采用开敞式TBM施工,但仍然存在一定的风险。

开敞式TBM在大伙房输水隧洞工程中的应用

文中分别从设计和施工角度,全面论述开敞式TBM在大伙房输水隧洞工程中的成功应用,介绍了3台TBM完整的施工过程,不同工况条件下的施工措施以及针对不良地质洞段涌水、塌方、更换主轴承和卡机等事故采用的处理方式。此外,还介绍了与TBM相匹配的连续皮带机的成功应用,全环内通式衬砌台车和仰拱衬砌台车的研制与应用,所有这些均展示了未来地下工程施工技术发展的美好前景。

敞开式TBM施工隧道粉尘扩散及除尘系统研究

TBM掘进过程中产生大量粉尘,为了掌握粉尘的分布规律并优化除尘系统,以敞开式TBM为例,采用数值计算方法研究不同除尘风管位置,不同除尘风速和不同掘进面产尘量下的洞内粉尘浓度分布规律。研究结果表明:敞开式TBM隧道施工过程中,掘进面至除尘风管区域质量粉尘浓度较高,在除尘风管口后方区域下降到 2 mg/m^3 以下;除尘风管布置在距掘进面30 m位置处时,洞内沿程粉尘含量相对较大,除尘风管布置在距掘进面20 m位置处时洞内沿程及TBM支护区域粉尘含量相对较小;排风风速为15 m/s时,敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度最小,排风风速为30 m/s时,该区域粉尘质量浓度最大;掘进面产尘量越大,洞内沿程及敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度越大,不同产尘量下洞内粉尘浓度均在除尘风管后方达到规范限值以下。

敞开式TBM施工铁路隧道仰拱预制块关键设计参数研究

以敞开式TBM施工特长铁路隧道仰拱预制块结构为研究背景,基于荷载结构设计理论,采用有限元软件ANSYS构建二维平面分析模型,研究了仰拱预制块圆心角、中心水沟沟槽深度、宽度等参数对衬砌结构变形、受力特性的影响规律。研究结果表明:圆心角对仰拱预制块变形、内力影响较小,设计中应根据仰拱预制块拼装技术及轨道结构要求来确定;中心水沟沟槽底至仰拱预制块底部间距h对仰拱预制块变形、内力影响较大,设计中间距h应大于复合式衬砌厚度;扩大中心水沟宽度,可有效降低集中应力值,在满足轨上结构承载能力的前提下,设计中可适当扩大中心水沟宽度来增大隧道排水能力。

敞开式TBM隧洞通风系统布置及除尘效果研究

为了研究敞开式TBM施工通风布置方案并提高通风除尘效果,以引汉济渭秦岭输水隧洞TBM工程为依托,利用数值计算软件FLUENT对不同送风风速,不同送风管位置下的洞内除尘效果进行了计算研究,并将模拟计算与现场实测结果对比,优化了施工通风系统布置。研究结果表明:粉尘质量浓度从拱架作业区至主控室逐渐增大,随着到掌子面的距离增加,粉尘浓度降低;送风风速越大,洞内粉尘危险浓度区域越广,敞开式TBM内人员集中作业区的粉尘质量浓度越小;送风管距掌子面越远,人员集中作业区粉尘浓度越高,送风管布置在距掌子面15 m时,作业区粉尘浓度最低。优化方案将送风风管和除尘风管分别布置在距掌子面15 m和25 m,送风风速和除尘风速为40 m/s和15 m/s时,作业区粉尘质量浓度可控制在2 mg/m^3规范限值以下。

敞开式TBM在吉林省中部城市引松供水工程的应用

吉林省中部城市引松供水工程输水总干线采用自流输水,从丰满水库取水口向西南经过永吉县城南侧,穿过温德河、岔路河,从星星哨水库上游通过,至饮马河处设置分水口,分水入饮马河,自流入石头口门水库,经水库调节后向长春市东部城区、九台市、德惠市供水。输水总干线隧洞丰满水库取水口～饮马河自然段长近72 km,采用3台直径为7.97 m敞开式全断面岩石掘进机施工。介绍了TBM选型原则,主机选择方案及其施工布置。

中国TBM施工技术进展、挑战及对策

总结我国近30年来TBM设计与施工技术的发展历程,可归纳为以下5个阶段:1)研发探索和试用阶段;2)以国外施工承包商为主体,采用国外设计制造TBM施工我国隧道工程阶段;3)独立进行TBM招标采购和选型设计,并建立起自主的TBM施工队伍阶段;4)与国外厂家联合设计制造TBM,工程应用和自主施工快速发展阶段;5)实现TBM国产化,面向国内外TBM工程市场自主施工阶段。通过我国不同时期TBM施工的典型工程,介绍我国在复杂地质、大坡度、高海拔、不同直径、不同机型、超长隧洞TBM施工方面取得的经验、技术积累和业绩,展示我国TBM在穿越断层破碎带、软弱变形、岩爆、涌水等不良地质洞段取得的一系列施工新技术,以及最高月进尺1 868 m、平均月进尺超过600 m和掘进作业利用率超过40%的掘进技术水平。分析TBM在极硬岩、大断层破碎带、软弱大变形围岩、强岩爆围岩、涌水突泥洞段、高地热隧洞和超长隧洞工程中施工面临的风险和挑战,并提出一些相应的技术措施和对策,期望这些措施和对策在未来大量实际工程中进一步得到实践验证、优化和改进,不断积累和创新TBM设计与施工新技术。

长大隧道开敞式TBM同步衬砌施工技术应用前景及发展趋势

目前我国所使用的TBM以开敞式为主,通常情况下,隧道掘进之后需要施作初期支护以及二次模筑混凝土衬砌,隧道施工总工期较长。为了解决开敞式TBM不能同步施作现浇混凝土二次衬砌的难题,结合南疆铁路吐库二线中天山隧道和兰渝铁路西秦岭隧道工程实例,研发了有轨运输出渣(开挖直径8.8 m)和连续皮带机出渣(开挖直径10.23 m)2种工况条件、2种断面下的开敞式TBM同步衬砌施工技术,并成功应用。探讨了该技术的应用前景及发展趋势,指出:该技术具有重大的推广意义和广阔的应用前景,下一步需要深入地、系统地研究不同工况、不同断面条件、不同作业范围的同步衬砌施工技术,如小断面同步衬砌、现浇混凝土仰拱同步衬砌、全断面同步衬砌等施工技术,使之形成系列工法,推动我国长大隧道TBM施工技术的全面发展。