敞开式小直径TBM隧洞综合超前地质预报技术研究与应用

TBM在掘进过程中面临复杂地质、超小直径、超小转弯半径以及坡度大、隧洞长等诸多技术难题,卡机和突水突泥时有发生。为解决TBM在小半径隧洞施工中所面临的重大风险,提出基于TBM隧洞的双震源系统与激电二极三维相结合的综合超前地质预报技术;以安徽桐城抽水蓄能电站自流排水洞TBM项目为例,实现预报设备与小直径TBM相搭载;通过智能图谱识别及全空间多场信息融合与深度学习反演成像,实时预报掘进过程中掌子面前方地质状况。该应用切实解决了小直径TBM隧洞超前地质探测难题,可为同类工程TBM高效掘进提供参考。

深埋长隧洞敞开式TBM成套施工技术

近年来我国地下工程及隧洞建设发展迅猛,工程建设中心逐渐向西部地区迁移。TBM施工具有经济性、环保性,并且在掘进效率和安全性方面优势突出,因此在深埋长隧洞中被广泛应用。以新疆某引水隧洞为研究背景,阐述了敞开式TBM在深埋长隧洞中的应用,详细介绍了TBM施工工艺、施工掘进流程、掘进参数的选择、配套设施保养维护、初期支护和掘进出渣等。相关施工经验为敞开式TBM在深埋长隧洞中的应用提供了经验和参考价值。

敞开式TBM隧道掘进施工技术研究及模拟分析

为了研究敞开式TBM在某西部高原铁路某隧道掘进过程中的锚杆支护施工技术,以某隧道工程为研究背景,采用现场实测和数值模拟分析敞开式TBM掘进锚杆施工技术及拱顶变形。研究结果表明TBM掘进采用超前预报、锚杆支护等措施有利于拱顶变形小及隧道安全;TBM掘进近接、到达和通过监测断面引起的拱顶沉降逐渐增加,分为缓慢增加、快速增加和稳定三个阶段;无锚杆支护比锚杆支护拱顶沉降大,锚杆支护可有效降低拱顶沉降,提高了隧道稳定性和安全性。

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。

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。

双盾敞开式TBM适应性与工程应用对比分析

为分析验证新型双盾敞开式TBM与传统主梁敞开式TBM的优缺点,以北江引水工程和那邦电站工程2个采用不同敞开式TBM机型的工程为例,首先,从主机结构、支护设备布置、施工优缺点等方面进行理论对比分析;然后,从掘进时间利用率、施工速度、地质适应性等方面进行工程应用效果对比。结果表明:1)双盾敞开式TBM在完整或较完整的Ⅱ类和Ⅲ类围岩条件下的施工速度与主梁敞开式TBM基本相当;2)在Ⅳ类和Ⅴ类围岩或断层破碎带条件下,双盾敞开式TBM的施工速度和适应性较差。建议完整或较完整围岩占比大、断层破碎围岩占比很小的小直径隧洞工程以及小转弯半径隧洞工程的施工,可选用新型双盾敞开式TBM。

某深埋隧洞提高敞开式TBM工效的支护优化

某深埋长隧洞采用敞开式TBM施工,Ⅳ类围岩洞段一次支护预设计参照钻爆法采用侧顶拱锚喷网结合钢拱架的支护方式,实施过程中发现该支护难以充分发挥TBM快速掘进的优势。在分析敞开式TBM现场施工情况的基础上,对其支护措施进行优化,结果表明,选择契合于敞开式TBM的支护措施虽然工程直接投资相对较高,但效率更高,综合效益更优。

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。

高地应力软岩隧道TBM适应性分析及应对方法研究

TBM在高地应力条件下的工程软岩隧道地层中掘进存在较大的卡机风险,国内外采用定量化指标判定TBM适应性的方法缺乏;为提高TBM在高地应力软岩隧道适应性判定的准确性,更有针对性的制定卡机风险应对方案;通过引入护盾摩阻力等定量化指标,建立以护盾摩阻力与TBM极限推力间的关系为护盾受力判据,对TBM掘进适应性进行分级,以此判断TBM卡机风险大小,提前采取预处理措施来减轻卡机风险。结果表明:不同级别围岩变形对护盾产生的摩阻力大小对TBM正常掘进影响较大,通过定量计算护盾摩阻力,并与TBM推力进行对比,能够提高TBM适应性判定准确性;隧道工程软岩地段围岩地应力与岩石强度是影响TBM掘进的关键因素,围岩对护盾产生的摩阻力与地应力大小成正比,与岩石单轴抗压强度高低成反比。得到的结果为制定卡机风险应对方案提供了理论依据,可为类似工程施工提供参考。

敞开式TBM穿越高地应力隧道支护优化研究

依托国家重点铁路工程雅林段孜拉山隧道穿越高地应力TBM施工段,通过精细化三维数值模拟,分析在高地应力条件下,不同支护体系对围岩变形、塑性区深度、支护结构受力情况的影响规律。研究结果表明,在高地应力条件下,围岩的超前变形在总变形量中占比较高;较早的施作刚性较大的支护,支护结构所受压应力过大,进而导致初期支护的变形与破坏,降低施工安全性。选用超前支护、多次喷混凝土与长短锚杆相结合的支护体系,与原有施工方案相比,较好地控制了掌子面前方岩体超前变形,减小了围岩总变形量,降低了支护结构的应力水平,提高了围岩及支护的稳定性。

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。

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。

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。

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。

引水隧洞敞开式TBM穿越高瓦斯煤系地层施工关键技术

主要针对敞开式TBM安全快速通过瓦斯隧洞及连续极端不良地质段施工技术研究,结合TBM机器设备性能及现场实际情况制定切实可行的施工措施进行论述和分析,为敞开式TBM快速通过不良地质段提供解决方案和思路。

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。

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.

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。

TBM刀盘开口面积的确定

研究了全断面岩石掘进机（TBM）的最小开口面积。以5.55m直径刀盘为研究对象,建立了不同开口面积刀盘的三维面体模型,基于离散元仿真软件PFC3D对TBM刀盘的出碴过程进行仿真,得到刀盘的合理开口面积。结果表明,随着刀盘开口面积的增大,刀盘内部的颗粒数量达到稳定状态就越快,且波动也越小;当刀盘开口面积大于2.5m^2时,随着开口面积的增大刀盘内部颗粒数量的方差减小的就越缓慢;在开口面积约为2.7m^2时,单位时间内的排碴量与破岩量相等。以单位时间内排碴量大于破岩量且刀盘内部颗粒数量波动尽量小为原则,得到5.55m直径刀盘的合理开口面积为（2.7-3.5）m^2。