CCS水电站引水隧洞TBM断层带卡机脱困技术

厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞采用大直径双护盾TBM施工,开挖洞径9.11 m,在掘进至桩号K16+127.0 m时,由于断层破碎带围岩塌方掩埋及堵塞刀盘造成卡机事故。在分析地震法物探成果和钻孔岩芯的基础上,确定断层破碎带及影响带宽度约70 m,围岩稳定性差,以Ⅳ类为主,局部Ⅴ类。拆除刀盘后方16.26 m处管片的上半部分后,沿洞壁两侧开挖旁洞,至刀盘后沿引水隧洞轴线进行导洞顶拱扩挖直至通过断层破碎带,导洞开挖前采用超前锚杆、固结灌浆等超前支护措施,开挖后采用钢拱架、系统锚杆、挂网喷射混凝土支护措施;支护完成的导洞防止了TBM掘进时的洞顶塌方,TBM在断层破碎带内掘进时,每环掘进前均对掌子面前方围岩进行固结灌浆以防掌子面围岩塌方;采用以上技术措施后,TBM成功脱困并穿过了断层破碎带。

COCA CODO SINCLAIR水电站TBM1卡机事故剖析与处理

TBM尤其是双护盾TBM对地质条件适应性差,在遇到较大的断层破碎带时掘进将面临较大困难。在对COCA CODO SINCLAIR水电站TBM1卡机事故现场的详细调查基础上,结合岩体物理力学性质、地应力测试结果、超前钻探资料及结构构造发育特征,探明断层影响范围,建立卡机段工程地质模型,发现围岩极破碎,软硬相间,地应力大,空间分布不均,围岩局部大变形是发生盾体被卡的主要原因,而隧洞施工对围岩扰动,加剧相对隔水层破坏,最终导致突泥涌水。据此,决定拆除掌子面后方27m处部分管片,人工开挖清渣洞清除、加固松散岩体,增设排水洞超前探放水,并通过清渣洞绕至刀盘前方对断层破碎带影响区域的主洞顶拱扩挖加固,最终使TBM1成功脱困并顺利穿越断层破碎带。

花岗岩地层双护盾TBM卡机原因分析及处理措施

兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM在花岗岩地层中掘进时,由于软弱破碎围岩的挤压变形作用,造成了TBM前盾被卡的卡机事件。在工程地质条件分析的基础上,结合开挖洞径、管片衬砌、围岩变形及TBM设备特征,采用了在前盾上方开挖导洞,解除围岩对护盾上的压力,使TBM脱困的处理方法,该方法可为类似工程的卡机脱困提供参考。

节理岩体中TBM掘进施工围岩稳定性及可视化分析

节理岩体的地质赋存特征含岩体结构、原岩应力场和地下水三方面,由此产生诸如破碎带、大变形软岩、富水带等恶劣的工程地质条件。TBM在节理岩体中掘进受到岩体地质特征和工程地质条件的影响,同时也对岩体造成一定的扰动,可能将导致隧道围岩发生失稳。另外,地质勘探不到位、掘进机选型不当等因素也会导致或促进围岩发生失稳。TBM掘进围岩失稳的形式主要有开挖面失稳和洞周失稳,以及二者兼有的大型围岩失稳。为了更直观地观察TBM掘进围岩失稳,文章采用自主研发的块体理论分析软件BLKLAB对节理岩体进行三维可视化建模,模拟TBM隧道开挖,并根据块体理论计算分析得到了开挖面和洞周的可动块体和关键块体。

高地应力区双护盾TBM隧道围岩性态即时判示分析

青藏高原及其东缘高山区的交通建设和能源开发,需要修建众多的深埋长大隧道,采用TBM掘进具有显著优势。依托西藏雅鲁藏布大峡谷DXL隧道双护盾TBM掘进施工,就隧址区工程地质环境、基于尾渣的围岩特征信息的即时获取方法以及围岩性态判别等进行了研究。结果表明:(1)高地应力环境下,隧址区裂隙性硬质围岩微细观破裂,造成宏观大变形是引起TBM掘进机卡机的主要原因;(2)综合尾渣分析和管片灌浆孔观测,能够获得隧道掌子面附近围岩即时岩性、岩体结构与变形性态等重要信息及参数;(3)基于围岩即时信息及参数,提出围岩工程地质性态即时分析指标及原则,能够定量地对双护盾TBM掘进隧道围岩工程地质性态做出综合的即时判断。本文的理念和思路为双护盾TBM掘进和传统隧道施工地质超前预测预报提供了一种简单、有效、即时的补充方法。

引洮7#隧洞TBM卡机脱困冻结施工热固耦合分析

基于考虑相变的热固耦合理论,以引洮7#隧洞TBM卡机脱困施工为背景,运用大型有限元分析软件ANSYS14.0对该TBM脱困过程的冻结施工进行模拟,研究了先竖直冻结、后水平冻结条件下温度场的形成过程,以及在温度应力和重力共同作用下实施脱困后关键点的位移变化。结合现场监测数据,分析了冻土帷幕形成过程中关键点处温度变化规律。结果表明:冻结锋面在水平冻结进行约35 d首次相交,再经过30 d积极冻结后,冻结帷幕达到2.7 m的设计厚度。在冷媒温度保持-21℃左右的条件下,进行65 d的维护冻结后即可进行脱困作业。开挖后55 d,洞身断面顶拱、底拱、侧拱均发生不同程度的变形,变形量在10-4m数量级,属极小变形,说明冻结施工有效地抑制了地层变形,但要使冻结强度达到设计标准,必须严格控制冻结时间和冷媒温度。本工程的工程实践为类似工程提供借鉴。

深井煤矿TBM组装硐室变形破坏机理及控制对策

为研究深井煤矿TBM组装硐室围岩破坏机理和优化其支护方案,以张集煤矿TBM组装硐室施工为工程背景,建立块体离散单元法数值模型,开展数值模拟,分析TBM组装硐室围岩变形破坏机理;基于现场监测数据与数值模拟结果,揭示TBM组装硐室变形破坏机理,采用了以全锚索支护和硬化底板为主的组装硐室修护与支护优化方案。结果表明:选用的组装硐室支护优化方案有效控制了围岩破坏和变形,且施工工艺简单,对TBM组装、始发工作影响较小。

TBM刀盘分体结构参数化优化设计方法

为了寻找全断面岩石掘进机(TBM)刀盘分体最优的设计参数,文章采用了一种分体结构参数化优化设计方法。首先,考虑了分体在刀盘系统中的耦合关系,建立TBM刀盘系统多自由度耦合动力学模型,并对模型求解得到各分体的各向振动响应,通过对4个分体的响应进行分析比较得到振动稳定性最差的分体结构,并对其进行有限元分析,将仿真结果进行参数化,得到加载时分体相应的结构尺寸数据、总体变形数据。最后,进行Pearson相关分析提取主要影响参数,通过数值分析得到各主要参数的最优参数区间,由此得出结论:①当考虑刀盘各分体与中心体的耦合关系时,分体轴向振动位移幅度最大;②前后面板间距和筋板厚度对分体的变形和稳定性影响较大;③当前后面板间距与刀盘直径的比值在19.4%~19.7%范围内,且筋板厚度与刀盘直径比值在0.6%~0.79%范围内时,刀盘分体结构变形最小,稳定性最好,为刀盘分体的结构设计和优化提供了有效的理论依据。

TBM在深埋超长隧洞断层破碎带卡机后脱困施工技术

文中介绍了辽宁省大伙房水库输水工程TBM1标段一次TBM通过断层破碎带时的卡机事故的处理及采取的一系列有效的措施,对类似事故的处理有一定借鉴作用。

乐滩灌区TBM岩溶隧洞不良地质问题及处理对策

介绍了桂中治旱乐滩水库引水灌区工程TBM隧洞施工优缺点、主要勘察技术方法和手段。论述了TBM隧洞段工程地质及岩溶发育特征。结合隧洞掘进揭露的地质条件和围岩情况,总结了隧洞岩溶突水、断层破碎带、顶拱不稳定块体及有害气体等主要不良地质问题及针对性的处理措施。

开敞式TBM施工隧洞涌水封堵关键技术

新疆某长距离输水隧洞SS段部分洞段采用开敞式TBM掘进,该段富存地下水,在掘进中出现多处渗涌水情况,由于开敞式TBM设备及工作环境的特点,对于涌水封堵措施的处理造成诸多不利条件,文中针对开敬式TBM施工隧洞涌水封堵的关键技术结合工程实例进行分析研究提出解决方案。

TBM在富水带的施工技术措施

通过对TBM通过富水带的施工技术进行介绍,分析TBM在富水带施工对地下水的处理措施,详细论述超前阻水注浆施工,TBM在洞内排水措施及排水技术,并在实际应用中取得良好的效果。

兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM破碎带受阻处理经验

遭遇破碎带是TBM掘进中的重大风险。掘进受阻处理是施工处理技术难点。本文以兰州市水源地建设工程为例,详细记述了采取"化灌止浆墙+超前灌浆"处理措施,双护盾TBM成功通过破碎带的施工过程,并提出了地质勘察及预报、破碎带处理准备及实施、双护盾TBM设计改进三个方面的建议,可为此类工程提供借鉴。

预埋套筒+普通螺纹道钉仰拱预制块施工模式与传统施工模式比较——以马来西亚云顶隧道TBM施工项目为例

开展敞开式全断面隧洞掘进机(TBM)施工的铁路隧道普遍会采用仰拱预制块来加快施工进度,避免因仰拱浇筑影响TBM掘进效率,同时也对仰拱块预制的制作和安装提出了更高的要求。文章对预埋套筒+普通螺纹道钉仰拱预制块施工模式在马来西亚云顶隧道TBM施工项目中的应用进行详细介绍,从经济性和工期两方面与传统预埋双头螺纹道钉仰拱预制块施工模式进行比较,实践证明预埋套筒+普通螺纹道钉仰拱预制块施工模式在施工中具有显著的优越性,具有极高的推广与应用价值。

高地应力下深埋隧洞软岩段围岩时效特征研究

"引大济湟"调水总干渠输水隧洞埋深大,地应力较高,其中穿越的洞段Ⅳ、Ⅴ类围岩占有较大的比例,在高地应力作用下围岩开挖卸荷后极可能出现大变形失稳、垮塌等,这些都极大地影响着TBM的掘进效率及施工进度。根据洞室开挖过程中实际揭示的围岩地质条件及变形特征,采用三维黏弹塑性数值方法,对围岩的流变特性与时效变形进行研究;在对实测地应力场进行分析基础上,结合围岩现场变形规律,对围岩蠕变力学参数进行了反演,进而对隧洞开挖区域的软弱围岩进行黏弹塑性数值分析,获得了规律性认识,为动态调整设计提供科学依据。

不同含石量条件下TBM渣料降雨入渗特性试验研究

降雨是大型堆积体边坡失稳的主要诱发因素之一,研究大型堆积体降雨入渗规律,有助于揭示其致灾机理,并指导大型堆积体防灾减灾工作具有重要价值。鉴于此,本文基于TBM渣料独特的针片状形状和定向堆置结构,开展土柱试验研究,揭示不同含石量条件下TBM渣料降雨入渗规律。研究结果表明:由于TBM渣料定向堆置结构的影响,在含石量较高条件下,岩块倾向侧湿润峰运移距离更远,表现出显著的非均匀入渗特征;当含石量为70%时,土体结构转变为骨架结构,岩块间架空,大孔隙增多,水流沿孔隙顺向渗流,渗流速率加快,并在边壁出现明显聚集现象,加剧了两侧湿润峰运移的差异;随着降雨入渗,基质吸力逐渐降低,与体积含水率变化规律相反;而含石量越高,试样的饱和含水率越低。研究成果将弥补当前对针片状定向排列结构土石混合体降雨入渗规律研究的不足,为TBM弃渣场降雨稳定性分析工作提供理论支撑。

一种测量TBM滚刀受力的实验方法研究

为探索测量TBM掘进机滚刀受力特性的方法,本文提出了一种能够测试滚刀三向受力的方案。选择滚刀装配体上的垫块作为弹性体,以粘贴应变片的方式实现测量。利用数值计算方法找出垫块底端面和侧端面对所测力敏感而对作用力位置变化不敏感的区域作为贴片位置,分析了锁紧楔块对测试结果的影响。对滚刀装配体在不同工况下的受力情况进行了数值分析和实验测试。结果显示,若根据数值计算选定的位置贴片,垫块底端面和侧端面桥路应变总值的实验和数值结果相对误差介于1.06%和5.62%之间。滚刀强烈振动或更换刀具后可能使中心轴与垫块之间受力位置发生变化,结果确定其影响不超过2.75%。该方案不仅可以测出三个力的信号,还可用于分析滚刀振动状态,特别是滚刀发生偏磨后,刀刃与岩石之间强烈摩擦,振动状态与未偏磨时必然不同,因此还可通过分析由该方法测得的动态信号来识别偏磨。

块石回填土地铁隧道TBM掘进速度的GA-BPNN预测模型

TBM掘进速度的预测能为施工参数的最终确定、施工进度的合理安排、建设成本的预估提供理论依据,但TBM掘进速度常常呈现出高度非线性的特点,且受诸多因素影响,往往难以建立准确的预测模型。基于此,文章依托重庆轨道交通五号线北延伸段块石回填土地铁隧道工程,收集了该段的TBM掘进数据,基于深度学习遗传算法优化的反向传播神经网络GA-BPNN算法,提出了一种掘进速度预测模型,并与传统BPNN算法预测模型进行对比分析。实际工程应用效果表明,通过对样本数据进行预先训练,可精确完成掘进速度的预测;遗传算法优化后的预测模型可以对掘进速度进行较为精确的预测,且较优化前的BPNN算法预测模型在预测结果的绝对误差方面上有20%以上的性能提升。

矿用敞开式TBM施工仰拱块运输车研制及应用

针对敞开式TBM (Tunnel Boring Machine)在我国煤矿中使用但无配套仰拱块运输车的情况,研制了矿用敞开式TBM施工用仰拱块运输车。该运输车主要由动力系统、行驶系统、液压系统、电气系统、转向机构及车架等组成。车架结构采用三段式凹形设计,为纵横梁低合金钢焊接的框架结构。车辆整体结构刚性高,抗弯扭能力强,具有双向行驶、一车多用和防爆功能。现场实践证明,该车布局设计合理,性能参数优良且制动安全可靠,完全满足现场使用要求,达到预期设计目的。

天山胜利隧道施工关键技术创新与应用

新疆乌尉高速天山胜利隧道全长22.13 km,是目前世界在建最长的高速公路隧道,工程建设面临高寒、高海拔等复杂恶劣环境影响下建设20 km级超长大埋深高速公路山岭隧道的多项挑战。作为国内公路行业首次采用TBM辅助施工的三洞隧道模式,文章系统介绍天山胜利隧道在施工组织、物料运输、施工通风、TBM施工、竖井作业等方面的关键创新技术,创新性地提出适用于超特长隧道的“长隧超短打”三洞法施工组织、TBM无轨物料运输、TBM压注式混凝土工艺、洞顶正上方悬挂式连续皮带机、多工作面施工通风、深大竖井地面深部预注浆技术、短掘短衬作业法等新技术、新工艺、新设备,为今后超特长隧道施工提供系统参考,对提升超特长隧道建造水平具有重要意义。