双护盾TBM隧洞施工卡机判据与对策研究

双护盾TBM护盾较长,护盾与洞壁的间隙较小,在围岩发生大变形时,易发生卡机事故.根据双护盾TBM设备及施工的技术特点,基于护盾长度、护盾直径、护盾压力、摩擦系数等参数建立卡机判据公式.以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为例,采用数值模拟的方法,计算泥质砂岩洞段不同埋深、不同围岩条件下的隧洞变形量及应力,并根据卡机判据进行卡机风险分析,结果表明,埋深500m、600m时Ⅴ类泥质砂岩易发生卡机事故.基于风险分析,提出了刀盘扩挖、阶梯状护盾设计、向护盾和洞壁之间注入油脂及钻爆法预处理等对策.TBM施工实践表明,所提出的对策切实有效,对保障TBM快速安全施工发挥了重要的作用.     

豆砾石回填降低双护盾TBM卡机风险的效用影响分析

双护盾TBM掘进豆砾石回填速度对于围岩支护效果具有一定影响,以西藏某公路隧道护盾卡机段为研究对象,构建了双护盾TBM掘进过程数值模拟分析模型,以回填物强度变化直接反应回填时间同时考虑回填段长度变化,研究豆砾石回填对围岩屈服、收敛变形、护盾接触面积、设备推进所需克服摩阻力等影响规律,进而研究豆砾石回填工序对于降低双护盾TBM卡机风险的减灾作用。结果表明：豆砾石快速回填不会改变围岩收敛变形宏观分布特征,对围岩塑形屈服区的总体分布、屈服类型及体积具有一定影响;豆砾石快速回填可以控制围岩收敛变形,减小围岩与护盾接触面积,进而降低TBM推进所需克服护盾摩阻力,具有一定的降低卡机风险效果,但对于挤压变形较大洞段,需要与其他主动防控措施相结合采用,研究结果可为相类似工程进行双护盾TBM护盾卡机风险防控措施选择提供参考。     

豆砾石回填降低双护盾隧道掘进机卡机风险的效用影响分析

双护盾隧道掘进机(TBM)掘进豆砾石回填速度对于围岩支护效果具有一定影响。以西藏某公路隧道护盾卡机段为研究对象,构建了双护盾TBM掘进过程数值模拟分析模型,以回填物强度变化直接反映回填时间同时考虑回填段长度变化,研究豆砾石回填对围岩屈服、收敛变形、护盾接触面积、设备推进所需克服摩阻力等影响规律,进而研究豆砾石回填工序对于降低双护盾TBM卡机风险的减灾作用。结果表明:豆砾石快速回填不会改变围岩收敛变形宏观分布特征,对围岩塑形屈服区的总体分布、屈服类型及体积具有一定影响;豆砾石快速回填可以控制围岩收敛变形,减小围岩与护盾接触面积,进而降低TBM推进所需克服护盾摩阻力,对降低卡机风险对具有一定效果,但对于挤压变形较大洞段,需要与其他主动防控措施相结合采用,研究结果可为相类似工程进行双护盾TBM卡机风险防控措施选择提供参考。     

小直径双护盾TBM卡机处理施工技术探讨

在褶皱、断层和软弱围岩共同作用时,岩石掘进机施工将面临很大困难。直径3 m多的引红济石双护盾TBM在施工中发生数次卡机事故,在处理卡机中采用人工扩挖导洞、钢拱架支撑和超前导洞等工程处理措施收到一定成效。     

引大济湟工程TBM掘进卡机机理研究及控制措施

数值模拟可较好体现围岩与护盾的相互作用,但前人往往忽略盾尾衬砌对围岩变形的约束作用,致使所求得的围岩竖直位移偏小。因此在研究TBM掘进卡机机理时,必须要考虑盾尾衬砌的影响。以引大济湟工程为例,用FLAC~(3D)建立考虑护盾与围岩相互作用下的计算模型,求得围岩力学响应,计算护盾所受的滑动摩擦阻力。根据卡机流程,表明:TBM在桩号CH16+775附近掘进时,会出现卡机。将预留间隙从10 cm增加至20 cm,得到增大预留间隙工况下的滑动摩擦阻力。由于增大预留间隙工况下的滑动摩擦阻力小于推进系统所能提供的最大推力,故增大预留间隙可有效避免卡机。     

深埋隧道破碎围岩段单护盾TBM掘进过程中的卡盾研究

当用单护盾隧道掘进机(TBM)开挖深埋隧道的破碎围岩段时,会出现围岩松动甚至坍塌,从而可能导致在掘进过程中出现卡盾现象,因此很有必要对深埋隧道破碎围岩段单护盾TBM掘进中的卡盾机理给出具体的计算公式。将围岩看作松散体,采用普氏压力拱理论来计算围岩对护盾的压力,求得摩擦阻力,建立卡盾的力学临界条件。研究表明,当护盾的摩擦阻力与TBM连续掘进的工作推力之和不大于TBM的最大推力时,不发生卡盾;否则会发生卡盾。最后采用推导出的公式对一工程实例是否会发生卡盾现象进行预测。研究结果可为隧道破碎围岩段的TBM掘进提供重要参考。     

基于复杂地质岩机作用的多维度隧道掘进机适应性评价方法

为了解决高强度高磨蚀硬岩地层TBM掘进“低效高耗”、断层破碎带地层“刀盘受困”、高地应力挤压性地层“护盾被卡”等隧道施工难题,基于TBM滚刀、刀盘、护盾与隧道围岩的相互作用,通过多个TBM法隧道工程数据统计分析,揭示了滚刀贯入度指数与岩体特性指标、滚刀破碎体积磨损速率与岩体特性指标、TBM设备利用率与断层宽度、围岩相对变形量与强度应力比的函数关系,建立了基于滚刀可掘性和耐磨性、刀盘受困和护盾被卡风险的多维度TBM适应性评价方法,为复杂地质隧道修建TBM工法选择、装备设计及施工难题的解决提供了量化依据。     

隧道TBM施工管片衬砌三维计算模型

基于三维非线性界面元和弹塑性理论,建立了隧洞双护盾全面断面掘进机（TBM）施工管片衬砌三维计算模型,这种界面元法能够进行单元交界面的弹塑性分析而无需设置任务形式的夹层单元,同时可以较好地模型TBM施工隧洞管片之间螺栓的连接作用及各种软弱面的不连续变形特征,理论分析和工程算例表明,提出的分析模型仿真性强、计算效率高。     

宁波白溪水库引水隧洞超欠挖控制技术

依据已施工结束的宁波白溪水库引水隧洞工程,分析影响水工隧洞超欠挖的原因,介绍减小水工隧洞超欠挖的方法。     

开敞式硬岩掘进机长时间停机状态保持方案研究

文章结合特定地质条件下长大隧道TBM停机段特点,对长时间停机的卡机风险做了分析,并分别针对护盾、刀盘、设备桥、后备套等不同部位研究了防卡机加固处置方案,同时提出了停机期间设备保持正常状态的方法。     

单护盾TBM通过不良地质洞段应对措施探讨

单护盾TBM掘进施工在不良地质段,特别是在无自稳能力、地基承载力较差的软弱含水砂岩地层时,极易出现刀盘及盾体被卡、栽头等事故,影响TBM的正常掘进。本文以甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#隧洞单护盾TBM在不良地质段掘进发生的停机故障进行分析,重点介绍该工程TBM在通过不良地质洞段时存在的部分问题及应对措施,为类似工程提供经验参考。     

姿态偏转引起的复合地层双模盾构卡机事故

双模盾构在复合地层中掘进时,刀具损耗及异常磨损的频率提升,盾构掘进姿态难以控制。最终导致隧道开挖直径减小,引发卡机事故。为了分析盾构姿态偏转及扩挖间隙纵向非均匀分布对盾壳受力特征的影响,本文依托深圳地铁13号线白应区间,利用FLAC3D计算了盾构在掘进时所受的围岩压力,研究结果表明：(1)卡机断面处边滚刀发生了严重的磨损和偏磨,最大磨损量为25 mm。复合地层中掘进参数出现明显波动,盾构更易发生向上的偏转;(2)上软下硬复合地层中,盾壳上部所受的围岩压力较大,地层交界位置出现应力集中现象。盾构姿态偏转时,盾壳前端应力的增长相较盾尾更为显著。盾构向一侧偏转时,相应位置盾壳承受的法向应力增加;(3)盾构姿态向上偏转相较于向下偏转更易引起卡机事故。当偏转角大于±0.5°时,盾壳所受摩阻力迅速增加,在盾构掘进时应尽可能保证盾构处于水平,或小角度下倾姿态。     

软土地区浅埋大直径盾构隧道管片上浮规律及预测： 以上海机场联络线工程为例

为探究软土地区浅埋大直径盾构隧道管片上浮规律及其影响因素,本文依托上海机场联络线浅埋大直径盾构隧道工程案例,基于实测数据分析了盾构姿态变化对管片上浮的影响,揭示了管片上浮量与施工参数之间的相关关系,提出了考虑多因素的管片上浮非线性预测方法。研究结果表明,管片上浮主要可分为脱出盾尾前初始偏差及变形、快速上浮（盾尾5环）、缓慢上浮（盾尾5-15环）和沉降等4个阶段;盾构姿态、管片姿态与超挖是影响管片上浮特性的重要因素;管片上浮量与平均推力、盾构仰角、平均推进速度呈正相关,与上下盾尾间隙差呈负相关,采用多元非线性拟合方式可以综合考虑多因素较好地预测管片上浮量。本文相关研究可为大直径盾构隧道施工过程中上浮预测与控制提供参考。     

万家寨引黄工程南干TBM施工洞段防渗研究

万家寨引黄一期工程南干隧洞总长达100km，洞段的防渗设计尤为重要。由于采用了全断面双护盾掘进机（TBM）施工，因而管片衬砌结构自身特点决定了其接缝防渗构造的特殊性。隧洞的防渗设计包括管片衬砌防渗止水系统和接缝止水密封垫两部分。     

某输水隧洞应力分布规律

利用ANSYS软件,对某输水隧道某段围岩的稳定进行了有限元计算和分析,探讨了围岩应力场的分布规律,为该工程施工提供了合理的支护计划,该规律将对工程施工具有一定的指导作用.围岩应力分布规律的研究结果,对隧洞施工、尤其是采用TBM施工具有实际价值,该成果的应用也将会提高TBM施工的工效及可观的经济效益.     

考虑多源信息不确定性的TBM利用率预测

隧道掘进机(TBM)施工对地质条件非常敏感,一旦发生事故会造成严重的工期延误和巨大的经济损失。本文在对TBM利用率影响因素进行统计分析和对输入参数进行优选的基础上,以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实例为依托,将天牛须搜索优化方法与增强回归树算法进行耦合,提出一种考虑多源信息不确定性的TBM利用率预测模型(BAS-BRT);将该模型预测结果与粒子群优化-增强回归树耦合模型(PSO-BRT)预测结果进行对比分析,并通过现场实测数据验证TBM利用率预测模型BAS-BRT的有效性及其对典型地质段施工风险的适应性。研究结果表明：天牛须优化算法的自适应特点能够真实反映TBM施工中出现的不确定性问题,增强回归树算法可实现模型的全局最优化迭代,TBM利用率预测模型BAS-BRT具有较高的预测精度、较好的泛化性能,同时具有良好的并行处理能力与鲁棒性。     

不同岩体质量隧道TBM施工性能评价方法

为了预测、评价、提升不同围岩质量隧道TBM施工能力,通过对国内外多个隧道工程TBM施工数据回归分析,建立了设备利用率、掘进速率等TBM施工性能指标随岩体质量的变化规律。统计结果表明TBM设备利用率与岩体质量指标RMR呈线性函数或二次函数关系、TBM掘进速率与岩体质量指标RMR呈二次函数关系;TBM设备利用率随岩体质量参数的增大而递增;TBM掘进速率随岩体质量参数的增大先升高再降低,在III级围岩时达到峰值;TBM施工速度随岩体质量参数的增大先升高再降低,在II级围岩时达到峰值。基于此,提出了不同岩体质量隧道TBM施工性能评价方法,并利用滇中引水工程香炉山隧洞TBM施工数据对该方法进行了验证。研究成果可用于预测拟建隧道TBM施工工期和评价在建隧道TBM施工性能。     

引黄入晋联结段7号隧洞TBM卡机事故原因数值模拟分析

针对围岩中存在层间剪切带而导致引黄入晋联结段7号洞TBM(隧洞掘进机)施工过程中发生卡机停工的工程事故[2],在现场调查和工程地质分析基础上,本文运用二维弹塑性有限元方法[1],结合已有的力学参数和初始地应力条件,对其进行了模拟分析。其结果一方面量化和证实了工程地质定性分析结论,即层间剪切带是事故发生的主要原因;另一方面给出了发生剪应力集中区,有利于进一步认识问题的机理和影响范围。     

适于全断面岩石掘进机的围岩分类方法

为了研究影响全断面岩石掘进机(TBM)掘进速率的地质因素,利用三维离散元程序3DEC建立TBM滚刀破岩三维仿真模型,分析不同的地质条件对TBM掘进速率的影响,根据TBM在围岩中的可钻性对南水北调西线工程中的围岩进行分类。分析结果表明:TBM掘进速率与岩石物理力学性质及岩体中的节理条件密切相关,在一定范围内,围岩强度越低,节理分布越密集,TBM掘进速率越高;而围岩强度越高,节理间距越大,使得TBM掘进速率大大降低。     

深埋隧道大超挖围岩力学响应分析

隧道爆破开挖过程中的超欠挖问题是隧道工程中普遍存在的现象,大超挖问题严重影响了隧道工程的造价投资及安全使用。本文以某隧道工程为例,利用数值模拟的方法,研究了隧道埋深和超挖厚度对围岩力学响应的影响规律。研究表明,在不同埋深条件下,围岩最小等效应力出现在拱顶位置,最大等效应力出现在拱脚位置。隧道拱顶位置的变形量最大,拱脚位置的变形量最小。相同超挖厚度对应的等效应力值随隧道埋深的增加而增大;相同位置围岩的变形量随埋深的增加而增大。另外,超挖厚度对围岩的力学响应影响较小,隧道埋深对围岩等效应力的影响较大。本研究成果可为同类工程提供借鉴。