TBM高内压输水隧洞双层衬砌结构力学性能对比研究

TBM技术以其掘进速度快、成洞质量好、安全性高等优势,越来越多地应用在输水隧洞工程中。为充分利用深层地下空间,TBM输水隧洞一般埋深较大,内水压力高。为保证输水隧洞在高内水压情况下的结构安全,本文针对TBM输水隧洞分离式双层衬砌结构和叠合式双层衬砌结构分别建立了较为精细的二维有限元模型,进行了不同围岩条件下的计算分析,并得出以下结论:在高内压情况下,叠合式双层衬砌结构受力相对复杂,且受地质条件及施工因素的影响较大,而分离式双层衬砌结构传力路径清晰,不同地质条件下均具有较为稳定的力学性能,故对于TBM高内压输水隧洞,本文推荐采用分离式双层衬砌结构。

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。

无压输水隧洞TBM掘进施工技术研究

连山县德建水库供水工程引水隧洞围岩为弱风化石英砂岩和花岗闪长岩的Ⅲ、Ⅱ类硬质岩,在对施工环境综合分析的基础上,采用敞开式TBM法施工,并对隧洞TBM方案选型及施工部署,对不良地质地段和长距离硬岩掘进施工安全技术控制和施工期环境安全监测开展针对性研究,研究成果可为同类输水隧洞TBM掘进施工提供技术参考。

河北易县抽水蓄能电站高压输水隧洞的复合衬砌诌议

针对河北易县抽水蓄能电站高压输水隧洞拟采用混凝土初次支护衬砌+聚合物基防渗喷层+混凝土二次衬砌的复合衬砌形式,阐述高压输水隧洞复合衬砌的有关技术问题。聚合物基喷涂防渗材料作为隧洞防渗层,与混凝土双面黏结组成复合式衬砌结构,具有防窜水功能,提高了高压输水隧洞的整体稳定性及抗渗性;这种喷膜防渗材料由有机物液料和无机物固料混合而成,既有无机材料较好的抗老化性能、较高的强度和硬度、较强的黏结力等特点,又有有机材料变形性好、结构封闭性强、喷涂简化施工等优点,可较好满足高压输水隧洞对强度和防渗性能的双重要求,具有广阔的推广前景。

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。

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。

卡利瓦大坝项目输水隧洞TBM施工管片选型分析

笔者以菲律宾卡利瓦大坝项目输水隧洞TBM施工为例对衬砌管片选型进行探讨,首先通过对比分析常用的三种管片的结构特点及适用性,选出适合该项目特点的隧洞衬砌管片型式即平行四边形管片和六边形管片;然后从设计功能要求、施工速度、成本等方面对平行四边形管片和六边形管片进行综合对比分析,最终选择采用六边形管片。研究成果可为具有洞线长、洞径小、弯段少、内水压力较小等特点的输水隧洞管片选型提供参考。

有压输水隧洞衬砌及固结灌浆圈的内压承载特性研究

针对两种不同的计算假定(假定衬砌完全不透水,并将内水压力简化为面力;允许衬砌开裂,内水压以体力的形式由衬砌和围岩共同承担),通过模拟衬砌开裂前后的应力状态,分析不同围岩等级下内水压力承压比的变化,比较衬砌开裂前后的应力及裂缝宽度变化,以及分析固结灌浆圈及围岩的应力状态变化。分析结果表明:衬砌开裂后其承载能力未得到充分发挥,加强固结灌浆圈的承载能力和抗渗能力是提高有压隧洞稳定性的有效手段。对超出挪威准则的事故内压工况,相较于加强衬砌结构,对固结灌浆圈提出更高的抗渗和承载能力要求是更加经济合理的措施。

北疆某输水隧洞开敞式TBM卡机脱困施工探析

文中介绍了在复杂、多变地质情况下,敞开式TBM施工掘进中突遇围岩破碎带并发生塌方,造成TBM掘进机卡机事故。通过对TBM卡机原因分析,结合现场卡机段围岩及前方超前地质预报情况,制定切实可行的脱困施工方案,并通过注浆、围岩固结等一系列有效的工程措施,最终在保证工程安全的前提下使TBM安全快速脱困,为今后类似TBM掘进施工提供参考和借鉴。

输水隧洞TBM预制管片混凝土配合比优化设计

菲律宾卡利瓦大坝项目输水隧洞具有小断面、长距离、高埋深等特点,处于高地应力、地震区,地质条件复杂,采用双护盾TBM单向施工,管片混凝土强度等级和国内常用管片的相同。笔者分析输水隧洞TBM预制管片混凝土配合比优化的理由,阐述优化设计思路,并根据混凝土原材料性能试验结果,对外加剂掺量、用水量、砂率和总灰量进行优化。结果表明,配合比优化后,每立方米混凝土的胶凝材料用量可减少40 kg,混凝土性能得到一定提高,为预制管片生产提供技术支撑。

关于长距离输水隧洞施工中TBM的应用分析

长距离输水隧洞施工是一项复杂而具有挑战性的工程,而TBM的应用已成为解决这一挑战的有效手段。本文分析了TBM在长距离输水隧洞工程中的应用,探讨其优势和问题,并深入讨论TBM 掘进技术的适用条件。此外,本文还详细介绍了关键的TBM施工技术,包括应对断层带、岩溶带和高处水段的方法,通过深入了解长距离输水隧洞施工中TBM的应用和相关技术,以期更好地应对长距离输水隧洞工程的复杂性,实现高效、安全和环保的施工。

输水隧洞TBM超前预注浆堵水施工技术

利用TBM超前预注浆堵水施工技术进行输水隧洞的建造,是一种高效又安全的隧道施工方法,该技术通过预先在TBM前方进行注浆来形成一道稳定的堵水屏障,从而有效地防止地下水涌入隧道进而保障隧道内干燥的施工环境。该技术在实际建设过程中,既能提高隧道施工的安全性降低风险,又能提高施工效率减少对周围环境的影响。该技术在应用上的成功表现在我国输水隧洞建设上具有十分重要的意义,对提高我国输水隧洞建设水平将有很大的帮助,进一步保障输水隧洞的质量与安全。

双护盾TBM引水隧洞高压突涌水处治技术研究

为解决双护盾TBM隧洞施工过程中突涌水问题,以中部引黄工程TBM1标隧洞Z(k)94+563.705处高压突涌水为例,在分析该处突涌水成因的基础上,提出了“疏排地下水+裂隙带压止水+浅层注浆堵水”相结合的掌子面裂隙出水封堵综合处治方案。针对高水压、大范围出水裂隙封堵时,防水板封堵施工效果不佳的情况,提出了“刻槽嵌缝+预埋排水管+填充封堵剂”的裂隙带压止水方案。实践证明,该处治技术取得了较好的效果。

荒沟抽水蓄能电站输水隧洞的高压压水试验

为了解荒沟抽水蓄能电站输水隧洞在高压水头作用下的渗透特性及其在高压渗透状态下岩体张开、拉裂的临界压力等,以ZK181钻孔第七段第一、第二循环试验为例,进行试验结果分析,为设计部门提供依据。

激光导向系统在超长输水隧洞TBM施工高精度测量控制中应用

以大伙房超长输水隧洞二期工程建设为实例,对激光导向系统在超长输水隧洞TBM施工中高精度测量控制体系及贯通经验进行介绍,并对其工程测量实际问题和解决措施进行深入探讨,提出对应的技术调整措施。成果对于其他大型超长输水隧洞的高精度测量具有重要的借鉴价值。

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞。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,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、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。文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题。通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及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,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴。

深埋TBM施工输水隧洞结构的三维仿真分析

考虑围岩材料的弹塑性,引入有限元程序中的生死单元,建立了可模拟隧洞开挖过程的围岩三维仿真模型,求得了深埋隧洞围岩变形的分布模式;并在此基础上,采用接触模型和库仑摩擦模型模拟管片接头的非线性连接作用,建立了TBM隧洞管片结构的三维仿真模型,分析在不同工况(施工期、运行期、检修期)、不同围岩类型以及不同衬砌时机下管片的应力应变特征,为输水隧洞的适时衬砌和安全运行提供了依据。

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。

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。

输水隧洞TBM施工工期全局综合敏感性分析

分析工期的不确定性为施工工期的控制与优化提供科学依据.输水隧洞全断面隧道掘进机(TBM)施工工期是受到岩性相关参数、活动持续时间等不确定性因素和列车辆数等关联因素影响的复杂不确定性系统,工期不确定性过大会降低施工效率、影响施工进度.以往的研究大多没有对系统关键因素做进一步分析,少数针对工期的不确定性进行敏感性分析的研究也都局限在单因素敏感性分析上.因此,本文采用基于全局综合敏感性分析法的正交试验设计,首先对施工工期不确定性的影响因素进行了多因素综合敏感性分析;其次,确定了参数对工序工期不确定性的影响、工序工期对总工期不确定性的影响,以及参数对总工期不确定性的影响;最后,分析了施工参数主效应与耦合效应.将该方法应用于某引水式电站的输水隧洞TBM施工过程,结果表明:基于全局综合敏感性分析法的正交试验设计不仅可以识别出对工期不确定性影响显著的施工参数与施工工序,而且可以确定对工期不确定性影响显著的参数组合,可为施工机械的优化配置提供科学依据.