基于TBM掘进参数的岩石强度估算方法探讨

隧道盾构掘进机(TBM)掘进时难以及时地、有效地评估掌子面岩石强度,导致现场施工过程中很难客观地判别岩爆、卡机等施工风险。在前人研究成果和工程实践的基础上,提出一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算方法,对掌子面岩石强度进行实时评价。通过TBM规格、掘进参数与岩石强度的力学分析,建立了现场岩石强度快速估算公式。基于对国内外多条隧道TBM数据的统计拟合分析,确定了估算公式中系数常量与TBM参数(开挖直径、刀具尺寸)的相关性,以多个典型TBM工程实例进一步验证了所提经验公式的普适性与可靠性。研究结果可为TBM工程岩石强度的快速现场估算提供新的切实可行的思路。     

雪峰山隧道岩爆问题预测研究

通过对雪峰山隧道的工程地质条件、地应力场的研究, 并结合岩石力学试验研究, 运用地质综合分析和σ_θ/Rb判据这两种较为适用、有效的预测方法, 对雪峰山隧道的岩爆问题进行了预测研究。预测结果表明, 雪峰山隧道不会出现高烈度的岩爆, 但某些地段可能出现Ⅰ级或Ⅱ级的岩爆。研究成果为雪峰山隧道的设计提供了依据。      

地下工程岩爆预测的综合集成方法

鉴于地下工程中岩爆预测的各种方法的局限性以及预报准确率低的现状,提出了地下工程岩爆综合集成预测的学术思路。这种学术思路将定性预测与定量预测相结合、单因素预测与多因素预测相结合,引入处理复杂性问题行之有效的非线性科学理论,对岩爆进行综合集成预测。详细介绍了岩爆预测的综合集成方法,包括：地质分析预测法、应力强度比法、层次分析—模糊评判法和神经网络法,并将其应用于雅砻江某水电站交通隧道岩爆预测中,取得了较好的效果。     

二郎山公路隧道岩爆特征与预测研究

根据二郎山公路隧道施工中记录的200多次岩爆资料,总结隧道的岩爆特征,并采用"地质超前预报法"和"σθ/Rb判据现场测定预测法"两种方法,对岩爆预测问题进行有益探讨.     

苍岭隧道岩爆预测的数值分析及初期支护时机探讨

从隧道的开挖方式及开挖后洞周应力逐渐调整这一实际状况出发,选取了具有典型代表意义的断面进行数值分析,并预测整个计算范围内岩爆的状况。通过计算分析可知,随着应力释放系数的逐渐加大,岩爆发生的区域及等级不断增加。为有效防止或降低岩爆发生的可能,分析现场的监控量测资料后,确定了本隧道不同地段的最佳支护时机。     

二朗山公路隧道岩爆特征与预测研究

根据二郎山公路隧道施工中记录的２００多次岩爆资料,总结隧道的岩爆特征,并采用“地质超前预报法”和“σθ／Ｒｂ判断现场测定预测法”两种方法,对岩爆预测问题进行有益探讨。     

九岭山深埋长大隧道岩爆问题预测

岩爆是深埋长大隧道主要的工程地质问题之一,对隧道工程的危害很大,岩爆的预测研究对于隧道的设计和施工有着重要的意义。通过对九岭山隧道初步设计及施工图设计两阶段工程地质勘察成果的研究,分析该隧道的工程地质条件、岩石力学性质及地应力测试结果,并运用现有国内外多种岩爆判别准则对其在施工期间可能发生的岩爆问题进行了预测研究。结果表明,九岭山隧道在施工期间不会出现严重的岩爆,但在埋深大于450m的洞段可能会产生低岩爆活动。     

锦屏二级水电站TBM施工中的岩爆问题分析及对策

锦屏二级水电站施工排水洞在施工前的101d内,仅掘进1027m。这期间共发生3次岩爆,直接影响到掘进的进程。按照岩爆发生的时间顺序,依次描述这3次岩爆的危害程度,影响范围。岩爆的发生具有一定的规律性,不仅与高地应力有关,而且与岩体的结构特征、赋水条件等有一定的关系。同时,TBM施工的特点也是加剧岩爆发生的因素之一。最后,通过对岩爆发生规律的分析,提出了相应的对策。     

马坑山公路隧道岩爆预测研究

岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中经常遇到的一种动力失稳的地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全。论述了岩爆的定义、特征及发生机理,应用国内外相关岩爆判据判定和理论分析,提出对马坑山隧道开挖过程中是否会产生岩爆做出了最终判定。     

西华岭隧道岩爆判据与预报研究

岩爆是地下工程掘进过程中所遇到的一种动力地质灾害,极大地威胁着施工人员和设备的安全。论述了岩爆的定义、特征及作用机理。结合国内外相关岩爆判据判定和理论分析,通过有限元数值模拟,对西华岭隧道开挖中是否会产生岩爆等施工地质灾害做出了最终的判定。     

隧洞变形引起的TBM施工事故综合风险分析

国内采用岩石隧道掘进机（简称TBM）施工的隧洞呈现深埋、超长趋势,变形引起的TBM卡机事故屡见不鲜,为了减少这些事故,可以预先对变形引起的TBM风险事故进行综合评价,因此,在单元风险研究的基础上对综合风险计算及评价准则进行研究。采用概率理论推导了变形引起的TBM风险事故的综合风险概率的计算模型,根据推导的模型可以近似计算出5类后果等级事故发生的概率;采用TBM的卡机时间与纯掘进时间的比值作为分级指标,结合以往TBM施工的统计数据划分工期损失后果等级,再结合风险的概率分级,建立变形综合风险评价准则;采用研究的理论,对工程选取段TBM施工卡机风险进行了两种工况下的计算分析。计算结果表明,施工时若不采取任何措施TBM施工风险比较大,但采用合理的措施之后风险可控制在可接受的范围内。     

TBM机施工隧道瞬变电磁超前探测研究

在隧道掘进机(TBM)施工隧道内,传统瞬变电磁的装置形式受到了TBM机械的限制,TBM自身的金属构件对二次场衰减电压的采集产生了强烈的电磁干扰.为了克服瞬变电磁法在TBM施工隧道内遇到的困难,在前人工作的基础上,尝试提出了一种基于电性源激发、电场分量采集的施工隧道瞬变电磁超前探测装置形式.针对钻爆法与TBM施工隧道各自不同的工况,利用三维时域有限差分法对单个电性源激励下隧道前方瞬变电磁场的分布规律与响应特征进行了正演模拟.通过对瞬变电磁场的分布规律以及响应特征进行分析,认为所述的电性源发射装置不仅可以在钻爆法施工隧道内使用,并且具有在TBM施工隧道内进行隧道超前预报的能力.     

TBM施工隧道仰拱预制块的力学特性研究

针对TBM施工隧道仰拱预制块的特殊结构,采用围岩-结构模式,进行了模拟施工动态的受力影响计算分析。计算结果表明,围岩初始应力场对仰拱受力有明显影响, 随着竖向压力的增大,仰拱中心的内、外侧应力均增大;随着水平压力的增大,仰拱中心内侧应力减小、外侧应力基本不变;减小复合衬砌结构中初期支护厚度以及变刚性接头为柔性接头均会改善仰拱受力。最后,用试验数据验证计算的正确性,其结论可供TBM施工隧道仰拱预制块的优化设计参考。     

地质条件不确定性下TBM管片结构失事概率计算

不良地质条件是影响TBM施工隧洞管片结构安全的重要因素。综合考虑围岩地质条件和衬砌结构的不确定性,提出了一种定量分析TBM管片结构失事概率的新方法。在基于Markov过程估计隧洞沿程地质岩性变化概率的基础上,建立了隧洞任意位置处管片选型不匹配的概率模型;考虑围岩和管片参数的不确定性,采用随机有限元方法计算某一类型管片在不同围岩下的失事概率;由此,采用全概率公式,可计算隧洞沿程任意位置处管片结构的失事概率。结合实际工程,针对施工期工况,确定了该隧洞管片沿程的失事概率、最大失事概率及其所对应的位置等,为管片选型、优化设计及TBM施工期的风险防范提供了依据。     

隧道施工期岩爆危险性评价的属性识别模型及工程应用

隧道地质条件复杂,岩爆灾害频发,造成严重经济损失及人员伤亡,为工程施工带来极大困难。为分析隧道施工期岩爆风险和为施工安全提供依据,以属性数学理论为基础,建立了8参数岩爆危险性属性评价模型。通过对隧道岩爆案例的系统整理与分析,总结岩爆主要影响因素,考虑隧道施工现场指标获取的难易程度,改进了岩爆传统评价指标,选取了围岩岩性、岩体强度、围岩完整性、地应力大小、地下水状况、隧道埋深、隧道断面大小及现场施工情况8个易于获取的指标,然后构建了岩爆危险性评价的属性识别模型;同时考虑主观因素和客观因素,采用层次分析法（AHP）和概率统计法结合的综合赋权法对各指标因素进行权重分析;将建立的岩爆危险性属性识别模型应用于雅康高速公路二郎山隧道,结果表明：评价结果与实际开挖结果总体吻合较好,验证了该方法在岩爆危险性评价中的可行性与合理性。该研究成果为隧道施工岩爆灾害危险性评价提供了一种有效的途径,对预防隧道岩爆灾害发生、减少施工损失具有重大的意义。     

深埋长隧道TBM施工关键问题探讨

针对深埋长隧道开挖所面临的高水压、高地压、高地温、大变形、难支护等问题,分析总结传统钻爆法开挖与支护技术、全断面隧道掘进机（TBM）施工技术、TBM导洞扩挖技术应用中的优劣,TBM导洞扩挖法为深埋长隧道开挖提供了新的设计思路。由于深埋长隧道的建设环境与浅埋隧道建设环境存在显著差异,TBM施工将面临3个关键问题--岩爆问题、卡盾（大变形）问题和未准确探测前方地质而发生的施工事故（涌水、突泥等）。为揭示TBM施工过程中卡盾的存在性,分别针对某一特定地质条件下深埋软、硬岩TBM施工进行理论分析和数值模拟研究。结果表明,软岩地层TBM施工发生卡盾,而硬岩完整地层TBM施工未发生卡盾。     

高地温对隧道岩爆发生的影响性研究

新建拉林铁路桑珠岭隧道高地应力、高地温隧道开挖过程中岩爆灾害突出。考虑开挖卸荷与温降共同耦合作用,对隧道开挖过程中不同温度时洞周应力释放过程进行数值模拟,同时对隧道开挖后的二次应力进行现场实测,就高地温对隧道洞周应力的影响进行了比较分析,最后就不同岩爆判据下高地温对岩爆发生的影响性进行了讨论。研究结果表明,采用应力释放率和温降指标反映开挖卸荷与温降共同耦合作用能合理描述高地应力高地温段开挖过程中的应力特征和岩爆发生规律。当温降超过55 ℃,应力释放率大于40%以后, 及 量值随应力释放率增大而线性增长,当应力释放率达到100%时达到最大,不同位置洞周应力拱脚处增长最快,拱顶次之,其他位置较低。在开挖中受高地温影响岩爆发生时间提前,岩爆发生等级亦不断增加。     

爆破扰动下TBM隧洞时滞型岩爆特征及影响机制研究

时滞型岩爆的发生通常具有很强的随机性,会对施工安全造成巨大的威胁,而开挖扰动、爆破扰动等均会对潜在时滞型岩爆区产生不同程度的影响。依托某隧道掘进机（TBM）引水隧洞,采用理论分析和对比分析法研究了拆机洞爆破开挖期间K54+000—K54+700段发生的5次时滞型岩爆,发现：（1）强烈岩爆和中等岩爆区位于缓倾断层附近,围岩发育短小隐节理和含充填的细密节理,轻微岩爆距断层远或位于正断层附近,除含充填的细密节理外,均至少发育1条含充填物的倾向SW的陡倾结构面;（2）TBM法开挖隧洞时滞型岩爆滞后爆破时间更长,滞后工作面距离更远,且爆破对TBM隧洞的扰动作用相对较小;（3）爆破扰动使得潜在时滞型岩爆区围岩失稳变得容易,从而加速了时滞型岩爆的进程。研究成果可为TBM隧洞时滞型岩爆的预警与防控提供参考。     

TBM施工隧道岩石耐磨性与力学强度相关性研究

结合TBM施工隧道岩石耐磨性试验和岩石力学强度试验,获得岩石的耐磨值与各力学强度值;采用回归分析方法建立了岩石耐磨性与岩石各力学强度指标之间的相关关系数学模型。研究结果表明,岩石耐磨值与抗压强度、抗拉强度、粘聚力、点荷载强度呈指数函数关系,与内摩擦角呈对数函数关系,两者之间呈正相关关系。