天山胜利隧道敞开式TBM钢管片支护作用效果研究

针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。

竖井地面预注浆帷幕安全厚度研究及其在隧道通风井中应用——以天山胜利隧道4号通风竖井为例

针对天山胜利隧道4号通风竖井穿越富水地层施工难、风险高的问题,采用地面预注浆技术构筑注浆帷幕。首先,考虑竖井开挖过程中的爆破扰动效应,将地面预注浆帷幕体安全厚度划分为无效厚度与有效厚度,并构建水平地层压力和孔隙水压共同作用下的注浆帷幕体力学分析模型。然后,基于弹塑性力学理论,分析有效注浆帷幕体的径向位移;同时,通过预测竖井开挖爆破后围岩粉碎区范围,确定注浆帷幕体的无效厚度。最后,运用厚壁圆筒理论,结合有效注浆帷幕体在弹塑性交界面处的位移协调条件,确定注浆帷幕体的有效厚度,并验算注浆帷幕体强度及稳定性。将上述理论应用到天山胜利隧道4号通风竖井,确定其注浆帷幕体安全厚度为6.5 m。现场监测结果表明,该厚度满足工程要求,堵水效果良好。

基于机器学习的水平定向钻钻孔围岩智能分类探讨

将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进压力作为围岩分类评估指标,引入多种机器学习算法构建分类模型并采取网格搜索交叉验证的方法调参优化,以准确率、精确率、召回率、F1值等指标对各模型分类性能进行评估验证与探讨。结果表明:①大部分算法对碳质板岩与片麻状花岗岩具有较好的分类性能,对石英片岩的预测准确率则较低;②随机森林、决策树与梯度提升决策树分类性能最好,AdaBoost分类器表现最差;③机器学习分类方法相对传统方法在处理非线性问题时更有优势,建立数据-物理双驱动的围岩智能分类理论与模型是今后发展趋势之一。研究结果可为水平定向钻钻孔围岩预测分类问题提供指导。

敞开式TBM穿越长大断裂带施工技术研究

天山胜利隧道穿越博-阿区域长大断裂,敞开式岩石掘进机(TBM)施工面临着长距离穿越破碎围岩、突涌水、软岩挤压大变形等工程地质问题。为保障TBM安全、高效掘进,TBM始发掘进前,通过超长距离水平定向钻探测断裂带位置及地质特征。针对隧道施工重难点,对设备进行专项配置和改造,并结合工程实践,提出刀盘扩挖、应急喷射混凝土、钢筋排-钢拱架联合支护、TBM超前地质预报、掘进参数控制、塌腔回填、钻孔排水、注浆加固等一系列针对性技术措施,成功应用于博-阿断裂带的掘进过程,较好地保证了TBM在破碎围岩、富水、高地应力软岩等不良地质段落中的安全、高效掘进,节约工期57 d,达到了预期效果。研究成果可为类似的敞开式TBM穿越长大断裂带施工提供一定技术参考。

TGP超前地质预报技术在隧道F6断裂带的应用研究

为探明F6断裂带对天山胜利隧道的影响范围,文中采用TGP超前地质预报手段对天山胜利隧道进入、离开F6断裂带影响范围区间进行超前地质预报应用研究。结果表明,F6断裂带对天山胜利隧道的实际影响范围小于勘察时已探明的影响范围,TGP超前地质预报手段对长、大断裂带的超前地质预报准确率较高。

F6断层隧道处治施工方案优化研究

F6(博-阿断裂)断层破碎带为复合区域深大断裂带,岩体破碎、侧壁稳定性较差,隧道施工时易发生突涌水灾害,进而导致塌方事故,需对F6断层处治进行研究。文中以天山胜利隧道敞开式TBM穿越F6断层破碎带施工为实例,提出F6断层的7种处治方案,结合项目施工条件选择高质量、更安全、低成本的最优方案。结果表明,采用地表深孔定向注浆固结结合管棚超前注浆固结的施工方案为最优。

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。

乌尉高速天山胜利隧道总体施工技术方案

乌尉高速天山胜利隧道全长约22 km,是目前全世界在建最长的高速公路隧道,采用"3洞(2主洞钻爆法开挖+1中导洞TBM)+4竖井"的建设方案,施工难度大,技术标准要求高,隧道施工面临TBM穿越大断层破碎带、三洞法隧道长距离通风、深大竖井施工以及中导洞辅助两主洞施工物流组织等技术难题。天山胜利隧道采用平行三洞法设计,TBM中导洞不仅起到超前导洞的作用,而且可以辅助两主洞施工,加快施工进度。中导洞TBM开挖直径为8.4 m,采用初期支护施工期100%承载设计,可以满足洞内双向物料运输、通风及皮带出渣设备的要求。连续皮带机采用拱顶悬吊方案,可以减少对横通道物流组织影响,TBM物料和预制仰拱块的运输选用中交集团自主研发的多功能胶轮车MSV,可实现双头驾驶。TBM穿越F6及F7两条大断层破碎带,根据掌子面围岩稳定性,采用分级处理,必要时初期支护采用"钢管片+压注混凝土"的支护形式,当出现严重卡机或塌方时,应采用扩挖导坑法技术或迂回导坑法处理技术。天山胜利隧道采用分阶段压入式通风,通风方式随隧道施工阶段的变化采用分阶段设计,风机选用进口风机、风管,成立通风管理班组,加强通风管理,保障通风质量。两主洞采用钻爆法施工,高度机械化推广三臂凿岩台车以及湿喷台车等设备的应用,减少了人员数量,降低了劳动强度,提高了作业效率。天山胜利隧道深竖井采用短段掘砌混合作业法施工,初期支护采用模注混凝土衬砌,实现安全、快速掘进。研究表明,天山胜利隧道采用的施工技术方案可以满足隧道建设的需要,研究成果可以直接指导天山胜利隧道施工,并为其他高海拔地区特长公路隧道施工提供一定的借鉴。