1973李凤远深部复合地层隧道TBM施工风险与设计制造关键技术问题.ppt

* * * * * * 图1：拱顶竖向位移与时间的关系曲线。 图2：岩爆。 * * * * 将开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的地层组合，定义为复合地层。 施工难点： （1）经常变换盾构施工模式； （2）盾构机的配置需要做出适当的调整； （3）采用的施工工艺和施工参数也要根据地层的变化而变化； （4）某些特殊的复合地层，可能需要一些辅助工法。 图：复合地层示例。 * 表：岩爆等级分类。 * * * * * * * * * * * * 坍塌碴石处理困难 回填量大 撑靴失效 支护失效 容易出现突水、突泥、留渣、塌方等地质灾害； 碴石、回填、撑靴失效、支护变形、卡机 * （五）地层基岩形成机理导致的岩爆频繁 1.地层特征 岩爆大都发生在褶皱构造中，岩爆与断层、节理构造密切相关，当掌子面与断裂或节理走向平行时容易触发岩爆。 随着隧道埋深的增加，岩爆次数增多，强度也增大。 岩爆成因：①地形结构和构造。偏压、河谷、断层、节理方向；②施工因素。钻孔数量和开挖轮廓；③应力重分布后应力方向和应力组合作用。 距离掌子面2~3m以内，往后逐渐减少。 1倍洞径到1.2~1.5倍洞径处，往后逐渐减少。 * （五）硬岩岩爆，设备人员风险 影响岩爆发生的因素众多：隧道埋深、岩体结构、岩石力学属性、岩石的能量特征等，控制难度大，同时控制不当，也会造成重大事故。 如何预防？ * （六）硬岩长距离存在 对于深部隧道，一般隧道大部分地层处于基岩之中，基岩存在，硬岩比例决定刀具正常消耗，刀具成本是工程掘进成本风险因素之一，长距离硬岩掘进刀具损耗巨大便是其中问题之一： 岩石成分：石英含量？ 岩石完整性：基岩地层完整？ 节理发育：刀具振动？ 物理力学性质：室内实验与现场区别？ 基岩脆性：刀具二次磨损？ * （六）硬岩刀具损耗大，工程成本风险 刀具损耗是评价硬岩掘进机工作性能的一个重要参数，综合国际及国内承包商的工程经验，刀具消耗占TBM施工成本的1/4~1/59,秦岭、广深港。 * 狮子洋隧道SD3标隧道所穿越基岩的最大单轴抗压强度达82.8MPa，基岩的石英含量最高达55.2%，岩石地层的粘粉粒（≤75μm）含量为26.1～55.3%， 53地层。 统计左线前270环（540m）硬岩段，主要为53地层。 表1 边刀磨损情况 换刀 时间 刀座号 刀号 刀具检查 情况 绝对磨损量（mm） 装配里程（环） 更换里程（环） 掘进距离（m） 平均磨损速度（m/） 5-7 M49 H1369 正常磨损 10 341 361 40.000 4.00 5-7 M48 H1379 正常磨损 25 341 361 40.000 1.60 5-7 M47 H1357 正常磨损 25 341 361 40.000 1.60 5-7 M46 H1383 正常磨损 20 341 361 40.000 2.00 * 三 深部复合地层TBM施工 选型问题 * （一）TBM选型需要关注的几个问题 必须确保人员和TBM设备的安全； 能够满足工程大多数地层适应性掘进； 能满足施工工期； 能满足环保要求的需要； 能应对各种风险：如大埋深高地应力条件下岩爆、坍塌及围岩大变形风险；破碎带、软弱围岩条件下坍塌风险；渗漏水、涌水风险等； * （二）几种常见的TBM地层适应性概述 通用紧凑型 TBM 适用采用新奥法支护 岩石隧道 敞开式单护盾TBM 适用基岩完整性好 岩石隧道 双护盾多功能TBM 适用复杂岩石隧道 双模式TBM 适用复合地层及高水压情况 压力平衡 * 优点：开敞式TBM施工硬岩时效果较好，具有较快的施工进度。 缺点：在软弱围岩中施工效果较差，易发生坍塌、开挖速度慢、进尺短、立拱及砼回填量大、清碴时间长，撑靴失效、拱架失效、易造成设备及人员伤害等。 1.开敞式TBM的特点 * 开敞式TBM在软弱地层掘进时，软弱围岩无法为撑靴提供足够的反力，造成撑靴破坏支护成果，从而引起二次坍塌。 开敞式TBM支护难点 撑靴与已经拼装好的拱架干涉； 撑靴通过后，拱架已经不起作用且塌落加重； 撑靴位塌方或失稳时要大量回填，严重影响工期。 * 比开敞式TBM适应性强 主推缸、撑靴在盾体内； 撑靴在拱架安装器等支护系统前边； 配置辅助推进缸系统。 2.通用紧凑型TBM * 高强度 19”滚刀 360°地质处理 超前钻机导孔 辅助油缸是快速 通过恶劣地质段 的强大工具 防护良好的主推系统、拒绝回弹料 更短的主机长度(锥形护盾) 撑靴前置避免已经做好 的支护被破坏 指形护盾用于安装锚杆，初支网片或预制管片。 * 通用紧凑型 TBM * 过软岩（土）