TBM豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响

双护盾TBM采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行支护施工,豆砾石回填灌浆层的性能和密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标。以西北某双护盾TBM施工的引水隧洞为工程依托,基于室内试验研究了不同部位豆砾石回填灌浆层的力学性能,并通过数值模拟分析了豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响。结果表明:受灌浆密实度不均匀的影响,豆砾石灌浆体的弹性模量和单轴抗压强度存在较大差异;在衬砌与豆砾石不存在脱空状态的条件下,豆砾石回填灌浆层参数取值不同对衬砌受力分布规律影响不大,但衬砌各个部位的应力有所变化;衬砌与豆砾石脱空部位受力状态与不脱空时存在显著差异,在脱空部位管片出现了较为明显的受力情况,部分区域应力超过衬砌混凝土的抗拉强度设计值,衬砌混凝土可能出现裂缝。在隧洞施工中应重点关注衬砌与豆砾石之间结合是否紧密,加强豆砾石回填、灌浆的质量监督。

影响双护盾TBM掘进效率的地质因素及对策研究

针对地质因素影响TBM掘进效率的问题,以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,采用现场调查、数据统计的方法,分析了岩石单轴抗压强度、岩体完整性、岩石石英含量、地应力、地下水等对TBM施工的影响,并针对各种地质因素提出了TBM施工对策。结果表明:①当岩石单轴抗压强度R_(c)在50~80 MPa时,TBM施工速度最高,日进尺可达30 m以上;当R_(c)低于50 MPa时,施工速度随强度的降低而降低;当R_(c)大于80 MPa时,TBM施工速度随R_(c)的增加而降低。②当岩体完整性系数K_(v)在0.40~0.60时,施工速度最高;当K_(v)大于0.60时,施工速度随着K_(v)的增加而降低;当K_(v)小于0.4时,施工速度随着K_(v)的降低而降低。③岩石的石英含量越低,地应力水平越低,地下水越少,对TBM施工越为有利。研究结果可为类似工程的TBM地质适宜性评价及施工方法提供参考。

大直径双护盾TBM分体始发施工技术

双护盾TBM具有安全、高效、节能、低噪声低粉尘等显著优点,目前已广泛应用于城市地铁建设中。本文依托深惠城际2标一工区五和站~坂李工作井区段隧道工程,详细阐述了国内最大直径双护盾TBM顶推、步进技术,形成了一套大直径双护盾TBM分体始发施工技术方法。所采用施工方案经过专家多次评审论证和优化,成功实现了大直径双护盾TBM的分体始发,实现了技术管理的创新和跨越,为类似工程分体始发提供借鉴。

特长引水隧道小断面双护盾TBM快速施工技术

依托南亚某国特长引水隧道工程,对影响小断面双护盾TBM施工进度的地质条件、资源组织、技术方案、环境等因素进行分析,通过科学的管理理念和多种技术措施,以及适宜的制度建设和精细化的过程控制,提升掘进效率,TBM施工进度屡次实现重大突破。

双护盾TBM穿越断层卡机分析及脱困工艺应用

TBM对不良地质围岩适应能力较差,遇到断层带处可能出现卡机情况,TBM的卡机处理费时、费工,成为制约TBM快速掘进的主要因素之一。对东山供水工程施工十一标双护盾TBM穿越F14断层时的卡机过程、地质条件、原因、脱困对策和工艺、脱困后的措施进行了详细地介绍和总结,可为类似工程提供参考。

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。

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。

基于围岩分类HC评分的双护盾TBM施工速度预测模型

针对双护盾TBM施工速度预测问题,以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,采用现场实测数据统计分析的方法,基于《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)的围岩分类HC评分值,研究了TBM净掘进速度、TBM利用率与围岩分类HC评分值的相关性,进而建立了双护盾TBM施工速度预测模型。结果表明:①TBM净掘进速度与HC值呈二次函数关系,相关性系数为0.84,随着HC值的降低,TBM净掘进速度呈现增加的趋势;②TBM利用率与围岩HC值呈二次函数关系,相关性系数为0.82,TBM利用率随着HC值的增加有先增大后减少的趋势;③围岩的HC值为41~46时,TBM的施工速度达到最高,日进尺可达到45 m以上,当HC值<41时,TBM施工速度随着HC值的降低而降低,当HC值>46时,TBM施工速度随着HC值的增加而降低;④预测施工速度与实际施工速度吻合较好,平均误差为5.2%,最大误差<10%,说明预测模型可靠,可用于双护盾TBM施工速度预测。

双护盾TBM施工关键技术

兰州市水源地建设工程为国内首条应用TBM掘进、预制管片衬砌的有压输水隧洞,其中第3标段采用国产首台双护盾TBM,开挖直径5.49 m,采用平行四边形预制管片进行衬砌。在掘进施工中,该设备创造了最高日进尺61.57 m、月进尺1251.8 m的掘进纪录,仅用两年时间完成了长13.456 km隧洞掘进施工。本研究系统阐述了TBM在狭窄场地条件下的组装滑行及掘进、洞内拆卸等关键技术。

双护盾TBM破碎带施工地表沉降规律分析

为了探究双护盾TBM在破碎带地层掘进对地表沉降及周围环境的影响,确保TBM的安全顺利施工,降低发生地面塌陷等灾害的风险,依托青岛地铁4号线某双护盾TBM区间,采用FLAC3D软件建立了破碎带地层开挖模型,并结合现场实测地表沉降数据,分析了双护盾TBM穿越断层破碎带不同稳定状态围岩段的地表变形。研究表明:断层破碎带围岩稳定区段的实测沉降数据与模拟结果基本一致,沉降槽近似呈正态高斯分布,沉降影响范围为4倍洞径;围岩失稳区段的实测沉降值与沉降速率远大于模拟值,沉降影响范围为5倍洞径;洞周失稳区段的沉降主要发生在管片拼装完成且未进行豆砾石回填注浆阶段;掌子面失稳造成的出渣量超限致使地面沉降增大,出渣量越大则地面沉降越大。

国外某隧洞TBM管片结构分析

近年来,TBM广泛应用于水工隧洞工程,有着对围岩扰动小、施工速度快等特点。国外某输水工程采用双护盾TBM进行施工,隧洞衬后内径4.3m,每环采用四片四边形管片,管片厚度0.25m,开挖直径5.06 m。通过采用有限元方法对各种工况下管片进行分析,最终确定了合适的管片结构型式。

双护盾TBM换步过程中盾尾上扬故障分析及解决方案

双护盾TBM是一种典型的敞开式硬岩掘进机,具有隧道开挖、渣土输出、管片拼装支护、管片背面豆砾石回填及注浆等功能,可一次性安全、高速地完成隧道施工,能大大缩短隧道施工工期。本文以用于山西中部引黄工程中的双护盾TBM为研究对象,该设备在工程施工过程中出现TBM换步过程中盾尾上扬,致使已拼好的管片发生错台,严重影响管片拼装质量,影响施工进度的故障,详细分析了原因,并圆满解决这一故障,期望能给类似TBM设备故障提供借鉴及启发,达到优化系统设计的目的。

双护盾TBM在杭州输水通道中的应用与实践

为解决双护盾全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)在输水通道施工中遇到的穿越构筑物、断层破碎带以及硬岩地层中掘进等施工难题,本文以杭州某输水通道工程为例,研究双护盾TBM在硬岩地层中掘进、穿越构筑物及断层破碎带等施工技术。提出了基于双护盾TBM研发、刀盘优化和掘进参数控制的双护盾TBM硬岩掘进技术。通过超前地质预报提前探测前方围岩情况、完善施工排水系统、合理控制TBM掘进参数的双护盾TBM穿越断层破碎带施工技术和通过采取注浆加固、刀盘扩挖、控制掘进参数的双护盾TBM下穿构筑物关键技术,保证了华东地区首台双护盾TBM的顺利施工。

输水隧洞TBM超前预注浆堵水施工技术研究

输水隧洞TBM施工过程中,处理好涌水问题对于安全施工、控制工期等方面起关键性作用。以输水工程TBM施工段为例,针对隧洞断面小、双护盾TBM施工特点以及沿程涌水点位分散、涌水量大等具体情况,研究掌子面超前预注浆堵水对前部围岩进行改性加固技术对预防涌水的作用,实践表明该方案有利于TBM快速通过,可有效防止突发涌水和不良地质洞段容易引发的卡机、栽头等次生灾害。

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。

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。

双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践

为提高以中微风化岩质地层为主的青岛城市轨道交通区间隧道工程的施工速度和安全性,改善工作环境,加强施工过程中的风险与环境控制,以青岛地铁2号线Ⅰ期工程为背景,针对岩质地层城轨交通工程埋深浅、地质变化大、城市密集建(构)筑物周边环境复杂等外部特征,以及隧道线路短、曲线半径小、施工组织复杂等自身特点,对采用双护盾TBM施工方法的城轨交通区间隧道工程设备研发制造、隧道结构型式和现场施工方案进行研究,研发制造首台城轨交通紧凑型双护盾TBM,设计城轨交通双护盾TBM隧道结构,并提出城轨交通区间隧道双护盾TBM始发、到达、过站、转场、快速施工等土建技术方案。

城市轨道交通隧道双护盾TBM施工适应性研究

双护盾TBM施工具有速度快、安全性高等优点,已成为山岭隧道建设的重要选择。通过对已建的双护盾TBM隧道调研得到了双护盾TBM施工中常见的问题,并结合青岛地铁2号线提出了基于地质适应性、线路适应性、周边环境适应性的双护盾TBM城市轨道交通隧道适应性分析方法。研究得出了以下结论:采用双护盾TBM施工的隧道多为特长、深埋隧道,施工过程中受高地应力和地下水影响,经常发生卡机、涌水、渗水等灾害;和山岭隧道相比,城市轨道交通隧道采用双护盾TBM施工时灾害发生率更低且处治措施更为灵活;双护盾TBM施工技术在城市轨道交通隧道建设中具有速度快、对环境影响小的优点;针对施工过程中出现的回填层质量较差和TBM过站与车站施工协调难度大的新问题提出了设置止浆环和曲线过站的处治方式。

位移释放率对双护盾TBM护盾压力的影响研究

为了研究隧洞纵向位移(LDP)释放率对双护盾隧洞掘进机(TBM)围岩变形及护盾压力的影响,在FLAC3D中采用应力释放法对LDP曲线实现了较好的控制,并指出采用计算时间步控制的缺陷,在考虑护盾与围岩之间不均匀间隙情况下,详细分析了应力释放率对TBM掘进中围岩LDP曲线变化规律、护盾所受挤压力及围岩塑性区的影响。得出了以下结论:(1)不同岩体力学参数下,LDP曲线受应力释放率的敏感程度不同;(2)随着应力释放率的逐渐增加,围岩LDP曲线特征及与TBM护盾相互接触的部位有所不同,TBM护盾接触挤压力和所受摩擦阻力逐渐增大;(3)护盾外围塑性区的形状与应力释放率和护盾与围岩之间的不均匀间隙有关,当在较大的应力释放率下,塑性区呈现自上而下逐渐减小的特征。

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。