深埋 TBM 隧洞围岩稳定与衬砌支护时机研究
TBM隧洞围岩分级方法及支护体系研究
TBM隧洞围岩分级方法及支护体系研究邓铭江;谭忠盛【期刊名称】《隧道建设（中英文）》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】目前TBM隧洞设计施工主要采用基于矿山法的围岩分级方法,但由于TBM法与矿山法隧洞施工存在很大差异,传统矿山法的围岩分级方法难以适用于TBM施工。
为解决该问题,依托北疆供水二期工程,综合考虑围岩稳定性和围岩可掘性,选取围岩基本质量指标BQ、岩石单轴饱和抗压强度Rc、岩体完整性系数KV 和岩石磨蚀性指数CAI作为评价隧洞围岩性质的主要指标,统计18台TBM集群施工收集的近3000组BQ、Rc、KV等岩性指标数据,分析各项岩性指标与纯掘进速度PR及安全系数FS的变化规律,将TBM隧洞围岩分为Ⅰ~Ⅴ级共10个亚级。
在此基础上,分析了敞开式TBM的施工特性,进而采用数值模拟方法,对各级围岩在不同支护参数下的稳定性进行对比分析,提出了适用于北疆地区水工隧洞各级围岩的隧洞支护体系及支护参数,共形成7套支护体系设计图,并结合现场实际工程对本文提出的围岩分级支护体系进行验证。
现场监测数据表明,本文提出的TBM隧洞围岩分级支护体系有较好的适用性。
【总页数】40页(P205-224)【作者】邓铭江;谭忠盛【作者单位】新疆水利发展投资(集团)有限公司;北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】U45【相关文献】1.深埋 TBM 隧洞围岩稳定与衬砌支护时机研究2.TBM施工条件下隧洞围岩分级方法研究与应用3.TBM隧洞开挖施工过程中围岩稳定及初期支护三维仿真模拟4.深埋TBM隧洞岩性界面区围岩破坏特征与支护技术研究5.某深埋TBM引水隧洞不同围岩条件下岩爆破坏特征及支护方案研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究
埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究言志信;黄文贵;史盛【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(032)006【摘要】采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.【总页数】8页(P18-25)【作者】言志信;黄文贵;史盛【作者单位】兰州大学土木工程与力学学院,甘肃兰州730000;兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室,甘肃兰州730000;兰州大学土木工程与力学学院,甘肃兰州730000;兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室,甘肃兰州730000;兰州大学土木工程与力学学院,甘肃兰州730000;兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TU45【相关文献】1.不同埋深对某水电站隧洞围岩流变稳定性影响 [J], 王瑞红;郭金龙;宛良朋;汤天彩2.埋深及断面尺寸对隧洞围岩稳定性的影响 [J], 原先凡;邓华锋;宛良朋;钟美凤3.不同施工方法对隧洞围岩稳定性评价和围岩类别划分的影响 [J], 宋嶽;宣贵金;程莉4.白石引水隧洞郁类围岩洞段围岩开挖支护稳定性分析与工程建议 [J], 盛亮5.深埋高压引水隧洞I类围岩洞段围岩稳定性分析与支护建议 [J], 齐凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
富水区深埋隧洞围岩稳定分析的开题报告
富水区深埋隧洞围岩稳定分析的开题报告一、课题背景与研究意义隧洞工程作为城市建设中重要的一环，在现代化城市建设中扮演着至关重要的角色。
然而，由于地质条件复杂、静态载荷和动态载荷交替作用、水文条件等多种因素的影响，隧洞施工过程中常常会遇到难以预计和控制的风险因素，如洞体崩塌、围岩冻胀和渗水扰动等问题。
因此，在隧洞工程中保障隧洞的安全和稳定性非常重要，同时也是隧洞设计和施工的重要目标。
本课题针对富水区地质条件，研究隧洞围岩稳定性问题。
按照隧道开挖过程中的不同阶段，本研究首先对初始状态下的围岩进行力学分析，确定其力学参数。
然后模拟隧道开挖过程，对隧道开挖过程中的围岩应力变化进行仿真模拟分析，对隧洞围岩稳定性进行综合评价，并提出建议和措施，为隧洞的开挖、施工和运营提供科学依据。
二、研究内容1.富水区隧洞地质背景和工程背景的分析，确定隧洞所处的地形、地质条件和水文条件等，以此确定隧洞施工时可能遇到的预想问题，并预测其可能产生的危害。
确定富水区隧洞的设计水平。
2.根据隧洞所处的地形、地质条件和工程背景等，获得隧洞工程围岩的力学参数，包括土壤强度、岩层承载能力等，在确定初始状态下的围岩力学参数的基础上，对隧洞开挖后围岩的应力变化进行分析。
3.采用有限元仿真分析方法，在隧道开挖过程中对隧道围岩进行分析，模拟分析隧道开挖后围岩变形、裂纹和位移等物理现象。
4.评估隧洞围岩的稳定性，确定隧洞开挖和施工过程中可能产生的风险因素，探讨隧洞围岩的稳定性问题，对提出对应的措施进行分析和评价。
5.撰写综合性的论文，阐述研究的过程和结果，深入探讨隧洞围岩稳定性问题，提出有效的解决方案。
三、研究方法和技术路线1.资料收集：收集与富水区隧洞相关的地质、水文、工程设计和施工等数据和资料。
包括地形地貌图、地质图、钻孔勘探结果、水文资料等。
2.现场勘察：进行在地面和井下的实地勘察，确定隧洞开挖和施工过程中可能遇到的问题。
3.力学测试：进行围岩的力学试验和标定工作，获取围岩的力学参数。
地铁工程双护盾TBM施工地层稳定性及支护结构受力机理研究
地铁工程双护盾TBM施工地层稳定性及支护结构受力机理研究下文将地铁项目建设当中的双护盾TBM施工（下文简称“TBM施工”）期间，掘进施工参数对于围岩内部稳定性产生的影响、各类支护施工方法和围岩之间产生的相互作用机理当作讨论对象，经过查阅各类资料进行调研、通过理论知识进行分析等大量方式开展研究工作。
标签：地铁工程；双护盾TBM施工；地层稳定性；支护结构；受力机理研究TBM施工方式普遍使用在深埋、长度大的隧道施工中。
因为地铁项目施工时具备的复杂性以及重要性，所以，对掘进施工期间，导致围岩部分出现的扰动现象进行嚴格的控制，预防此类事故对地表区域的建筑物产生重大的影响。
一、对各类围岩当中稳定性产生的影响（一）对于中风化类型围岩稳定性产生的影响因为中风化类型的花岗岩自身拥有相对优质的稳定性，TBM掘进施工期间，对于这类围岩稳定性产生的影响普遍不大。
综合而言，其具备的稳定性相对较优。
一些与隧道洞身所处区域偏短的围岩，其拥有的安全系数不超过1。
这一数据能够表明，TBM掘进施工期间对于原岩应力本身达到的平衡造成了破坏，从之前的三向应力几乎转变为两项应力，在围岩内部出现应力集中的情况，围岩会出现损坏情况，同时从周围慢慢往深层区域扩散，直至呈现出全新的三向应力之后结束。
TBM掘进施工会对隧道当中洞壁位置上的围岩造成相对偏大的影响，在这一位置上层形成破裂带，朝着深层区域扩散；由于距离的不断加大，TBM掘进施工对于胃炎造成的扰动现象慢慢降低[1]。
从围岩部分呈现出的安全系数能够了解到，TBM掘进施工过程中，对于隧道当中的拱肩以及拱顶这两个区域造成的影响相对偏大，而对于拱底以及拱脚这两个区域造成的影响相对偏小。
中风化类型围岩状态当中，对于参数存在差异的掘进速度开展施工时，由于施工转速的加大，TBM掘进施工对于围岩部分出现的扰动情况会在一定程度上降低。
另外，和施工的推进速度进行对比，转速对于围岩部分造成的影响更为明显。
例如，在对某一地铁项目使用TBM开展掘进施工时，出现的松动圈区间值是0m～0.6m。
深埋大断面地下洞室支护方案及围岩稳定性分析
深埋大断面地下洞室支护方案及围岩稳定性分析发布时间：2022-10-20T09:02:20.881Z 来源：《科技新时代》2022年第5月9期作者：白立强[导读] 针对深埋大断面地下洞室支护方案以及围岩稳定性的问题白立强（山西省水利建筑工程集团有限公司，山西太原 030000）摘要：针对深埋大断面地下洞室支护方案以及围岩稳定性的问题。
本文提出了“严格施工规范、遵循施工要求、按需增设支护”的大断面洞室支护设计理念，详细的阐述了针对大断面地下洞室的支护设计方案，并对围岩稳定性进行了分析。
研究结果表明，采用本文提出的大断面支护设计理念能够有效保证地下洞室围岩的长期稳定，声波测试结果显示围岩内部损伤区深度未进一步扩展。
研究成果可为相关深埋大断面洞室支护设计图提供相关参考。
关键词：深埋大断面；支护方案；围岩稳定性；TBM隧洞；中图分类号：文献标识码：1 引言随着我国水电建设事业的快速发展，地下空间开发利用不断加快，相关的深埋大断面隧洞日益增加，建设过程中将遇到越来越多的大型下洞室结构，如锦屏、三峡、NJ等引水工程，这些水工隧洞往往具有断面大、埋深大、地质条件复杂等特点[1, 2]。
大断面隧洞的支护设计是控制围岩变形和破坏的关键措施，其本质在于通过加固改善围岩的力学性质，进而提高围岩的自承能力[3]。
但在大断面洞室开挖过程中，支护措施是否合理、围岩稳定性能否达标，相关问题长期困扰着相关设计人员和施工人员，此类问题也越来越得到重视[4]。
朱维申、何满潮[5]等人对大断面地下厂房的阶段性施工顺序进行了优化计算，提出了围岩体动态力学的概念，以此提高大断面洞室开挖过程中的围岩稳定性。
此外，良好的大断面地下洞室支护设计方案能够有效保证洞室的长期稳定性[6, 7]，因此，开展大断面地下洞室支护设计对保证隧洞围岩长期稳定有着重大意义。
本文以某深埋大断面地下洞室为研究背景，总结前人经验，并结合现场地质条件提出了具体的大断面地下洞室支护设计方案，同时基于现场声波测试对围岩稳定性进行了验证分析。
快速掘进条件下深埋隧道围岩稳定性研究
过室内试验获得岩石峰值强度参数及残余强度参数。
表 １ 隧道围岩强度参数
强度参数 峰值 残余
σｃ／ＭＰａ ２０．３２ ４．３
ｃ／ＭＰａ ２．１ ０．５
Φ／（°） ３６．１ ３７．０
Ｒ２ ０．９９３３ ０．９８２２
Ｅ／ＧＰａ ３．３
ｖ ０．２５
１．２ 隧道围岩应变软化力学模型
ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ屈服准则可表示为：
·１７４·
第 ４４卷 第 ２０１８年
１４１期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＡＶｐｏｌｒ．．４ ４２Ｎ０ｏ１．８１１
·桥梁·隧道·
文章编号：１００９６８２５（２０１８）１１０１７４０２
快 速 掘 进 条 件 下 深 埋 隧 道 围 岩 稳 定 性 研 究★
第２０４４１卷８第年
１１期 ４月
本文通过对岩石试样进行三轴压缩试验，获得更加符合工程 实际的隧道围岩峰后本构模型，采用 ＦＬＡＣ３Ｄ建立隧道三维数值模 型，计算三种开挖进尺条件下的围岩变形特征，并优化隧道围岩的 支护设计，通过现场监测分析支护系统的稳定性，并验证本文提出 的隧道围岩力学模型及快速掘进施工支护设计方法的合理性。
１ 隧道围岩力学特性
１．１ 岩石三轴压缩试验
岩石试样选取自崔家隧道开挖工作面，并将岩块加工成直径
为 ５０ｍｍ，高度为 １００ｍｍ的圆柱型试样，利用电液伺服刚性三轴
试验机获得岩石的全应力—应变曲线。隧道围岩岩样的单轴抗
压强度 σｃ，以及峰值抗剪强度指标和峰后残余抗剪强度指标如表 １所示，其中岩石的弹性模量 Ｅ＝３．３ＧＰａ，泊松比 ｖ＝０．２５，是通
ｆ（σθ，σｒ，η）＝σθ－Ｋφ（η）σｒ－σｃ
隧道二次衬砌的合理支护时机研究
隧道二次衬砌的合理支护时机研究摘要：新奥法由于能有效地利用围岩本身支承能力，使围岩和支护结构共同作用，能有效地克服冒顶和局部塌方等事故，并且由于支护结构包括初次支护和二次衬砌，大大提高了隧道防水效果和安全储备，因此在隧道修建中得到了广泛应用。
而隧道二次衬砌的施工则是隧道施工中的重中之重，确定合理的二衬施作时间对充分发挥围岩的自承能力、隧道洞室开挖的经济和安全性具有重要意义。
关键词：隧道二衬：支护时机：监控量测：隧道开挖：三维模拟1 前言隧道二次衬砌的支护时机研究一直是隧道施工中的一个重点及难点。
随着软岩工程力学的发展和完善，隧道施工中支护时机的确定，得到更多学者和工程界人士的关注。
二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题，目前提出了大量的方法，来判断二衬的合理支护时机，其中有通过弹塑性理论来对隧道二衬支护时机进行分析，有通过隧道围岩蠕变特性来对其进行分析，还有通过隧道的各种开挖方法来对二衬支护时机进行分析，以及通过非线性弹塑性以及对软弱围岩进行三维有限元分析来进行二衬合理支护时机的分析等等。
2 支护时机的确定（1）二衬支护时机确定的原则与标准①影响隧道周边最终位移量的因素1）岩体的物理力学性质；2）原始地应力大小；3）开挖方式；4）掘进速度；5）支护时机；6）支护方式。
②隧道周边容许位移量的确定原则1）城市地下隧道的下沉量尽量小，一般不能超过5～10毫米；2）浅埋山岭隧道容许位移量可以大些，一般小于30毫米；3）深埋隧道洞周的位移不致引起有害松动为原则，一般30毫米左右；③二次衬砌支护时间选择原则：1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；2）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；3）周边位移速率小于0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.15mm/d。
（2）二衬支护时机的确定方法黏弹塑性介质中隧道衬砌的位移计算式：（3）最佳支护时间的物理意义确定最佳支护时间进行二次支护，主要是为了满足隧道支护系统的条件，可以充分发挥围岩自承能力，并尽可能地释放能量，降低支护结构受到的压力。
富水蚀变岩隧洞tbm掘进支护措施与稳定性研究
最大埋深超过 ２２００ｍꎬ 属深埋长隧洞ꎮ 隧洞自南而
大ꎬ 原岩交代蚀变越强烈ꎮ 蚀变带可呈线 型、 面
பைடு நூலகம்
北横穿博罗科努山ꎬ 围岩岩性复杂多变ꎬ 沉积岩、
型、 体型展布ꎬ 分布规律性差ꎮ 因此ꎬ 蚀变岩的工
程地质特性特殊而复杂ꎮ 在富水蚀变地层中进行隧
火山岩、 变质岩均有分布ꎮ 其主要包括志留系、 泥
０ １６
天然
ｃ / ｋＰａ
２０ ４３
２ 工程地质条件
华力西中期侵入的二长花岗岩具有不同程度的
蚀变ꎬ 根据蚀变岩的表观特征、 矿物蚀变程度、 岩
石强度、 岩体地震波等ꎬ 对蚀变岩划分为强蚀变、
压缩系数 压缩模量
饱和
φ / ( °)
３０ ９
ｃ / ｋＰａ
２ ４２
φ / ( °)
２６ ６
/ ＭＰａ － １
中等蚀变、 轻微蚀变三种ꎮ 本文以强蚀变为例进行
使得上 部 松 散 体 胶 结 成 连 续 体ꎬ 恢 复 结 构 的 整
论述ꎮ
体性ꎮ
强蚀变岩石的组织结构完全破坏或残留少量心
(２) 为避免掌子面前方坍塌造成刀盘被卡住ꎬ
石ꎬ 可见原始结构痕迹ꎮ 除石英外ꎬ 其余矿物大部
在刀盘内已经设计的孔位进行前方和斜上超前钻
性质ꎬ 如孔隙度、 渗透性、 裂隙发育程度、 主要结
１ 工程概况
某隧洞 ＴＢＭ 成功通过花岗岩蚀变带为例ꎮ
如 ｐＨ、 温度、 压力等ꎬ 也取决于原岩的物理化学
构面的张开宽度与方向、 与流体的远近、 与流体化
新疆某隧洞工程全长超过 ４０ｋｍꎬ 洞径 ５ ３ｍꎬ
学性质的差异等ꎮ 流体与原岩的化学性质差异越
洞揭露的蚀变岩看ꎬ 蚀变岩具有范围大、 性状差、
超深埋隧洞TBM施工的岩爆研究
地应 力均 不足 锦屏 二 级 隧 洞 的一 半 ， 属 于轻 微 ～中 等岩 爆 ， 对 锦屏 二 级超 深埋 超 高 地 应 力 的 强岩 爆 防 治 的工程 类 比作用 有 限 。
预防进行 了研究 ， 以期对类似工程 Ｔ Ｂ Ｍ 施工的岩
中， 有３ ０ ％～ ４ ０ ％是采用 Ｔ Ｂ Ｍ 进行开挖 的， 然而， 由于 Ｔ Ｂ Ｍ 设备庞 大 ， 对 地 质 条 件 适 应性 没 有 钻 爆 法那样 灵 活 ， 在 没有 预 警 的情 况 下 遇 到不 良地 质 条 件时 ， Ｔ Ｂ Ｍ 掘进 受 到 的影 响 远 大 于 钻爆 法 ， 往 往 导
要 侧 重于施 工 中遇 到 的软岩及 构造 破碎 带 等不 良地
质体引起的工程地质问题＿ ５ Ｊ ， 诸如突水 、 塌方、 卡机
等工 程事故 ，如 昆 明 掌 鸠 河 引水 供 水 工 程 、 山西 万
家 寨引黄 工程 、 新疆 八 十一大 坂 隧洞 、 辽宁 大伙 房引 水 隧洞 等 。而 对 Ｔ Ｂ Ｍ 在深埋 、 高地 应 力 、 坚 硬 完 整 岩体 中掘 进 的岩爆 问题 研 究 较少 ， 国 内尽 管 对 秦 岭 铁 路 隧 道 和天 生桥 二 级 引水 隧洞 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 的岩 爆 开展 过相关 研究 ， 但 这两 条 隧道 （ 洞） 的平 均埋 深 和
致 掘进 速度 缓慢 、 效率低下 、 工期拖延 ， 如 果 处 理 不
当， 甚 至会 带来 灾难 性后 果 叫 。 以往 我 国对 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 工 程 地 质 问题 研 究 ， 主
轴 线 中心线 水平 间距 为 ４ ５ ｍ。
在 排水 洞 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工过程 中， 多 次 在 局 部 超 高 应 力集 中的完整 、 硬 脆 性 大 理 岩 洞段 发 生 了强 烈 或 极 强岩 爆 ， 威胁着 施 工人 员和 机械设 备 的安全 ， 并 造 成 长 时间停 机 。虽然 辅 助洞岩 爆 的研究 取得 了一 定 的成果 ， 但 由于问题 的复 杂性 和施 工方 法 的不 同 ， 难 以完全 照搬 过来 防治 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 中 的强 烈 岩爆 。本 文基于 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 支 护前 后 遇到 的岩爆 现 象及 所 采 取 的应 急处 理措 施 ， 同时 结 合 辅助 洞 和 ４号 引 水 隧 洞岩 爆 防 治 的 研 究 成 果 ， 对 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 岩 爆 特 点 及
某深埋TBM引水隧洞不同围岩条件下岩爆破坏特征及支护方案研究
文章编号:1006—2610(2023)04—0064—07某深埋TBM引水隧洞不同围岩条件下岩爆破坏特征及支护方案研究郭新强1,张 宇2,3,张 伟2,3,肖逸飞1,陈 诚1(1.新疆水利发展投资(集团)有限公司,乌鲁木齐 830000;2.东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,沈阳 110819;3.东北大学辽宁省深部工程与智能技术重点实验室,沈阳 110819)摘 要:不同围岩条件下,深埋硬岩隧洞同一等级岩爆破坏特征有显著区别。
以某深埋TBM引水隧洞工程为研究背景,分析了不同围岩中等岩爆破坏特征,基于声波测试、数值计算建立了不同围岩条件下深埋隧洞中等岩爆区防控方案。
研究结果表明:该TBM隧洞以中等岩爆为主,Ⅲb类围岩中等岩爆平均深度为0.58m,Ⅲa类围岩中等岩爆平均深度为0.45m,Ⅱ类围岩中等岩爆深度为0.32m。
数值模拟与现场声波测试结果进一步表明,从Ⅱ类至Ⅲb 类围岩,损伤区深度逐渐增大,最大主应力逐渐减小,但应力集中区距边墙距离及范围更大。
建立的不同类别围岩中等岩爆区防控方案得到成功应用,现场安全通过岩爆区,且Ⅱ类、Ⅲa类和Ⅲb类围岩中等岩爆段平均日进尺分别提高了19.8%、18.8%和30.6%,施工效率大大提高。
研究成果可为相同或相近TBM隧洞工程提供参考依据。
关键词:不同围岩条件;中等岩爆;破坏特征;防控方案;TBM引水隧洞中图分类号:U45 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2023.04.011Study on Rockburst Failure Characteristics and Support Scheme of a deep TBM Headrace Tunnelunder Different Surrounding Rock ConditionsGUO Xinqiang1,ZHANG Yu2,3,ZHANG Wei2,3,XIAO Yifei1,CHEN Cheng1(1.Xinjiang Water Conservancy Development Investment(Group)Co.,Ltd.Xinjiang 830000,China;2.Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines,Northeastern University,Shenyang 110819,China;3.Key Laboratory of Liaoning Province on Deep Engineering and Intelligent Technology,Northeastern University,Shenyang 110819,China) Abstract:The failure characteristics of the same intensity rockburst in deep buried hard rock tunnel are significantly different under different sur⁃rounding rock conditions.This paper takes a deep buried TBM headrace tunnel works as the study background,the failure characteristics of moder⁃ate rockburst under different surrounding rock conditions are analyzed.The mitigation scheme of moderate rockburst area in deep buried tunnels under different surrounding rock conditions are established based on acoustic testing and numerical simulation.The study shows that the rockburst intensity is mainly moderate.The average depth of moderate rockburst in Class IIIb surrounding rock is0.58m,in Class IIIa surrounding rock is 0.45m and in Class II surrounding rock is0.32m.The results of numerical simulation and in-situ acoustic testing further show that,the depth of failure zone gradually increases,and the maximum principal stress gradually decreases from Class II to Class IIIb surrounding rock,but the dis⁃tance and range between the stress concentration zone and the side wall are larger.The established mitigation scheme for moderate rockburst zone in different types of surrounding rock has been successfully applied.The rockburst zones are passed through safely in-situ,and the average daily footage of moderate rockburst section in Class II,IIIa and IIIb surrounding rock has increased by19.8%,18.8%and30.6%respectively.The construction efficiency has been greatly improved.The study results provide reference for the same or similar TBM tunnel projects.Key words:same surrounding rock conditions;moderate rockburst;failure characteristics;mitigation scheme;TBM headrace tunnel 收稿日期:2023-06-07 作者简介:郭新强(1980-),男,甘肃省武威市人,高级工程师,主要从事水利水电工程建设管理工作. 通信作者:张伟(1990-),男,河南省信阳市人,博士,主要从事隧道及地下工程岩爆监测预警技术研究工作. 基金项目:国家自然科学基金(42207221).0 前 言岩爆是在开挖或其他外界扰动下,地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放,导致围岩爆裂、弹射的动力现象,具有很强的突发性、随机性和危害水工与施工 西北水电·2023年·第4期 性[1-4]。
富水区深埋长隧洞围岩及支护的稳定分析
作者简介 ： 乐成军 （９设计及管理工作 。
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根据 引水 隧洞不 同地 层 岩性 ， 考虑开 挖洞 径 、 地 下水 及地 应力 等情 况 ， 地质 部 门建议 的 围岩分类 ， 按
根据 工 程 区 岩溶 地 下 水 的特 点 ， 地下 水 的处 对 理历来 有 排 、 之 争 。 以往 的 工 程 多 采 用 “ 疏 勿 堵 宁 堵” 的原 则 ， 铁路 隧道 设计 规范 ｌ规 定如 下 ：隧道 防 ６ Ｊ “ 水 应采 取 ‘ 、 、 、 结合 ， 地 制 宜 ， 防 排 截 堵 因 综合 治理 ’ 的原则 ， 到 防水 可 靠 ， 济 合 理 的 目的 ” 而 对 于 达 经 ， 堵 、 的侧重 则 没有 提 及 。 １９ 的公 路 隧 道 设 计 排 ９０年 规 范 ＿则 直 接规 定 ： 以排 为 主 ， 、 、 、 ＿ ７ ＿ “ 防 排 截 堵结 合 ” 的原 则 。但是 这 种处 理方 法产生 了许多严 重 的地质 灾 害和 环境 问题 ， 地 表 塌 陷 、 面 沉 降 变形 、 如 地 水塘
摘
要： 在总结部分 已建工程经验的基础上 ， 按照灌 浆加固后 围岩 是承载和 阻水 的主要 的承载 结构这一设 计思想 ， 合我 国西南 结
某 电站 的主要地质 问题 ， 对引水洞的支护结构进行 了初 步设计 ； 应用三维弹塑性有限元法对不同渗控方案所形 成的外部水环境条
件下 围岩及衬砌 的工作性态进行了系统的 比较研究 和评价 。得 出了一些对 同类地 区进行地下工程建设的有意义的结论 。 关键词 ： 引水隧洞 ； 支护结构 ； 围岩 ； 稳定性 评价 ； 流 渗
进行 围岩二次补充 固结灌浆 ， 以进一步提高围岩抗 渗承载能力和耐久性。至于渗流量不大 、 对隧洞开
TBM 在铁路长隧道硬岩地层的施工技术研究
TBM 在铁路长隧道硬岩地层的施工技术研究摘要：某长大隧道所处地层以硬岩为主,区间采用TBM 施工。
本文以此硬岩隧道为例，对盾构长距离穿越硬岩地层时所遇到的技术难题进行研究，采取合理地施工选线、贯通测量、支护、刀具防磨损等措施化解了难题，望对类似工程有所帮助。
关键词：TBM；铁路长隧道；硬岩一、TBM-岩石隧道掘进机TBM-岩石隧道掘进机，是利用刀具在岩石上挤压和回转来破碎围岩、形成隧道开挖断面的隧道掘进施工机械。
相对钻爆法，TBM 集钻、掘进、支护于一体，使用电子、遥测、遥控、信息等高新技术对隧道施工作业进行制导监控，使掘进过程始终处于掘进最佳状态。
TBM 多应用于稳定性良好、中厚埋深、中高强度的岩层掘进施工中。
这类掘进机面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。
TBM 的破岩原理为:主机前部是装有若干滚刀的刀盘,由刀盘驱动系统驱动刀盘旋转,并由推进系统给刀盘提供推进力,在推进力的作用下滚刀切入岩石掌子面。
不同部位的滚刀在掌子面上留下不同半径的同心圆切槽轨迹，在滚刀的挤压下，相邻切槽的岩石在剪切力作用下从岩体上剥落下来形成石渣，石渣则随着刀盘的旋转由刀盘上的铲渣斗自动拾起，经刀盘内的溜渣槽输送到装在主机上的胶带机上，再运到后配套系统处经隧道出渣运输系统运出洞外。
二、TBM 在铁路长隧道硬岩地层中的应用（一）工程概况某铁路线路全长330km，穿越众多山脉，其中A 隧道全长34.538km,隧道穿越A 山，最大埋深1155m，埋深超过400m 的长度约28km，占隧道全长的81%，辅助坑道设置十分困难。
根据隧道实际情况，若全隧采用钻爆法施工，无法通过增设辅助坑道实现“长隧短打”实现设计工期（64 个月）的目标。
为满足设计工期要求，需研究采用TBM 施工，通过缩短隧道施工工期，达到满足建设项目总工期的要求。
（二）施工方案选择敞开式TBM 主要用于岩石整体性较好、围岩有一定自稳能力的隧道施工，特别是在硬岩、中硬岩掘进中，强大的支撑系统为刀盘提供了足够的推力，能充分发挥TMB 快速掘进优势。
深埋长引水隧洞TBM施工关键技术探讨
线洞 ， 其左 、 右 洞部 分 开挖 工作 ， 由 １台 德 国 海瑞 克 公
司制 造 的全 断 面 开 敞 式 Ｔ Ｂ Ｍ 自下游 向 上游 逆 坡 掘 进 完成 （ 长 １ １ ． ５ ｋ ｍ） ， Ｔ Ｂ Ｍ 掘 进 段左 洞 纵 坡 ０ ． ７ ７ ８ ３ ％，
右 洞纵 坡 ０ ． ７ ８ ７ １ ％， 开挖 直 径 ８ ． ５ ３ ｍ。 Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 段
走滑 运动 的交 替作 用 ， 导 致 该 区域 一 系列 强 烈 弯 曲并 形成 “ 褶皱” 式 的拱 形 结 构 ， 区域 地 质构 造 极 其 复 杂 ，
断层 众 多 ， 节 理密 集 。
Ｎ— Ｊ 工 程 区 内主 要 分 布两 个 主 断 层 及 多 条 次 生
断层 ， 其 中 Ｍｕ ｒ ｒ ｅ ｅ主 断 层位 于 大坝 右侧 并 横 穿 大 坝 ，
及 卡 机 脱 困等 ， 相 关成 果 可供 国 内外 类 似 地 质 条 件 下 的 工 程 设 计 和 施 工 参 考 。
关 键 词 ： 深 埋 隧 洞 ；Ｔ Ｂ Ｍ 施 工 ；关 键 技 术 ；Ｎ —Ｊ工 程
中图法分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ７
文献 标 志 码 ： Ａ
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ２ ３ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ １ —４ １ ７ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ ０ ５
第４ ６卷 第 ７期
２ ０ １ ５ 年 ４ 月
人 民 长 江 Ｙａ ｎΒιβλιοθήκη ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４６． Ｎｏ． ７ Ａｐ ｒ ．， ２ ０１ ５
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７— ０ ０ １ ９— ０ ３
富水破碎带地层TBM_隧道围岩稳定性研究＊
文章编号：2095-6835（2023）17-0039-06富水破碎带地层TBM隧道围岩稳定性研究＊胡红星（中铁三局集团第四工程有限公司，北京102300）摘要：工程实践表明，大多数突涌水事故发生在隧道穿越破碎带。
依托青岛地铁某线路TBM（Tunnel Boring Machine，岩石隧道掘进机）隧道工程，采用数值模拟的方法对富水破碎带段进行研究，首先分析流固耦合作用对隧道施工围岩变形和地表沉降的影响，然后对比分析3种地下水埋深下TBM隧道开挖引起的围岩变形、地表沉降和孔隙水压力分布规律。
结果表明，TBM隧道穿越富水破碎带时，考虑流固耦合作用是合理且必要的；破碎带内隧道围岩变形随着地下水位埋深的增大而减小；地表沉降槽以两隧道中轴线为中线，两侧曲线呈对称分布，沉降值与距中线距离整体呈反比规律变化；TBM掘进穿越富水破碎带过程中隧道拱腰两侧及上覆岩层将形成较大水力梯度，隧道周围的水力梯度随着地下水位埋深的增加而减小。
关键词：地铁；破碎带；数值计算；围岩变形中图分类号：U451.2文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.17.011随着社会经济的高速发展和人民对美好生活要求的持续提高，中国城市的交通运输建设规模与数量呈现出快速增长的趋势。
地铁系统在缓解城市交通压力和促进城区间紧密联系方面贡献巨大，其高密度和高运量的特点使它成为城市轨道交通系统中的重要组成部分。
地铁线路的规划取决于交通功能的需要，因此建设过程中将不可避免地穿越不良地质体，尤其是当隧道穿越富水破碎带时，由于隧道埋深浅、岩石破碎软弱，因此开挖极易引起塌方、地表沉降，进而导致隧道施工处于危险之中。
刘平等[1]研究了流固耦合作用下富水砂层对周边土体变形破坏的影响，通过数值模拟的方法，分析了流沙层厚度、隔水层厚度和隔水层粘聚力等因素的影响；LI等[2]在数值模拟中考虑了流固耦合，讨论了注浆加固参数对隧道稳定性的影响，并从加固和堵水2方面对注浆效果进行了评价；甄正等[3]讨论了流固耦合作用对盾构隧道掘进引起的孔隙水压力、地表沉降规律的影响，研究表明考虑流固耦合作用可以更好模拟实际情况；段克思等[4]依托阿嘎下隧道工程，利用数MIDAS软件得出了渗流影响下隧道间距和注浆圈厚度对围岩位移的影响；师雯琦等[5]建立二维数值模型，探究了渗透压力和孔隙度对隧道围岩应力和变形的影响，发现了孔隙度对围岩变形影响较大；傅鹤林等[6]运用弹塑性理论和水力学，建立了含缓冲层隧道注浆的模型，并结合数值模拟对所推导模型的合理性进行了验证；郭玉峰等[7]利用理论分析与数值模拟方法，对水下双线隧道稳态渗流场进行了推导，讨论了隧道间距、埋深等因素对隧道渗流场的影响；贾伟红等[8]以五峰山隧道为研究对象，采用数值模拟建模，分析了注浆圈参数对初期支护变形和水压分布的影响；万飞等[9]依托关角隧道F2-1断层破碎带，采用监控量测的方法对支护结构及围岩进行分析，提出了一系列施工支护方案，并取得了良好的效果；尚彦军等[10]依托昆明上公山引水隧道，对破碎带导致的卡机问题进行了研究，探讨了隧道围岩蠕变的发生条件和护盾变形机理；钟威等[11]采用层次分析法建立破碎带施工风险评价体系，并应用于大坪山隧道，取得了良好的效果；陈剑等[12]针对青岛市某地铁隧道区间，分析了富水破碎带突水涌砂原因，提出以地表注浆为主，洞内堵水为辅的综合治理措施；徐前卫等[13]结合数值模拟与模型试验的方法，研究了施工过程中围岩的渐近性破坏过程及受力变形特性；张庆松等[14]研制出大型三维地质模型试验系统，揭示了断层破碎带中围岩渗流压力、位移及应力应变的变化规律；王德明等[15]采用模型试验的方法研究了破碎带开挖扰动作用下洞周位移规律。
长距离输水隧洞TBM掘进过程围岩稳定性探讨
长距离输水隧洞TBM掘进过程围岩稳定性探讨发布时间：2022-10-18T02:17:57.979Z 来源：《城镇建设》2022年第11期作者：王振亚[导读] TBM的一个特点是开挖速度快，是施工作业中常用于深隧道开挖的机械，王振亚广东省粤东三江连通建设有限公司广东广州 510000摘要：TBM的一个特点是开挖速度快，是施工作业中常用于深隧道开挖的机械，工作效率高，有效缩短工期，提高施工质量和其他优点。
对此，本文结合榕江关埠引水工程探讨了TBM掘进破岩过程，进一步分析了长距离输水隧洞TBM掘进过程围岩稳定性，并从、初始应力场、岩体力学性质、地下水、地质结构、施工因素等层面进行分析，对长距离输水隧洞TBM掘进过程提供了一定的参考意见。
关键词：长距离；输水隧洞；TBM掘进；围岩稳定引言TMB具有运行高效、有效缩短工期、提高施工质量等优点，但对不利地质特征和变化大的地层缺乏适应性。
使用TMB施工时，遇到岩爆等地质灾害的概率很高，TMB损坏和拆除事故频发，甚至是人员伤亡严重。
因此，为提高TMB施工的安全性和可靠性，防止地质灾害的发生，在施工前科学调查地质条件，制定地质灾害防护措施具有重要意义。
榕江关埠引水工程隧洞围岩大部分为弱风化～微风化花岗岩，岩质坚硬，弱风化花岗岩饱和单轴抗压强度范围值约36～181MPa，平均值约107MPa，微风化花岗岩饱和单轴抗压强度范围值约92～345MPa，平均值约163MPa，岩体多属较完整～完整，Ⅱ类围岩占31.1%、Ⅲ类围岩占56.8%，成洞条件较好，洞身稳定性好，TBM施工适宜性等级多为A、B，少量为C。
隧洞进口段、出口段、断层带及低矮冲沟部位分布少量全风化～强风化或较差的弱风化岩，岩体破碎，岩石强度低，围岩多属Ⅳ类(占8.2%)或Ⅴ类(占3.9%)，成洞条件差，洞身极不稳定，容易产生塌顶破坏，须及时支护衬砌。
1.TBM掘进破岩过程分析机器的强大前推力使安装在前刀盘上的圆盘滚刀更靠近待挖掘的岩石，并且机器随着圆盘刀盘的旋转而前进。
深埋特长隧洞TBM法掘进同步衬砌施工
深埋特长隧洞TBM法掘进同步衬砌施工纪鹏【摘要】针对特长隧洞TBM法施工难题,文章以辽宁大伙房水库输水主体工程为例,分析了引水隧洞施工存在的主要工程地质问题,介绍了台车现场组装调试、隧洞支护、长距离独头通风等施工关键技术,并对不良地质地段施工处理措施进行了探讨.【期刊名称】《东北水利水电》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】3页(P39-40,55)【关键词】深埋特长隧洞;TBM法;同步衬砌【作者】纪鹏【作者单位】辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳?110166【正文语种】中文【中图分类】TV52+3;TV554特长隧洞在掘进施工过程中影响因素较多，如岩性变化大、地质构造多、地应力大、涌水量大、通风困难等，对深埋特长隧洞施工安全与施工质量造成较大影响。
就现阶段而言，国内特长隧洞施工方式一般有2种——钻爆法和TBM法。
钻爆法技术在隧道施工中已相对成熟，而法能够提升隧洞施工速度，保证作业内容的连续进行与施工安全，具有钻爆法无法比拟的技术优势。
而受到施工条件的限制，TBM法施工在洞内组装、连续出渣、同步衬砌、长距离独头通风等方面存在问题，亟需通过技术引进与创新以推动技术的大范围推广应用。
大伙房水库输水主体工程位于辽宁省本溪市与抚顺市两市境内，设计将凤鸣水库水资源经由穆家电站引至大伙房水库，并由大伙房水库向辽宁省中南部城市供水[1]。
工程设计引水隧洞长85.32 km，其中有大约60.84 km隧洞以TBM法施工为主，辅以钻爆法的施工方式。
设计隧洞断面为圆形，直径为m。
考虑施工空间及地质条件因素，工程确定TBM设备型式为开敞式TBM，并结合全环内通式衬砌模板台车对隧洞进行同步衬砌。
对隧洞施工标段地质条件进行调查，得到引水隧洞施工主要面临的工程地质问题有以下几个方面[2]：1）围岩稳定性较差。
TBM施工标段围岩主要为微风化—新鲜，岩性抗压强度较高，稳定性良好。
但隧洞围岩赋存条件十分复杂，区域断层分布较多，仅主洞线附近就有29条断层；断层类型以压扭性断层为主，对区域围岩稳定性影响最为严重。
TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类研究
TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类研究摘要：目前，我国水资源空间分布与人口、资源、环境、社会经济发展之间存在着矛盾，因此建设大型的跨流域调水系统是解决问题的重要途径，也是实现国家水资源优化配置的重大战略举措。
受选线限制，大量长距离输水隧洞在建设过程中，将不可避免地穿越具有复杂地质构造的山岭地区，面临着自然环境恶劣、不良地质多发等不利因素。
鉴于此，本文对TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类进行分析，以供参考。
关键词：深埋水工长隧洞;TBM;地质勘察;地质风险;围岩工程地质分类引言由于物探资料的多解性和精确性限制，如何通过物探成果准确地解译出围岩的工程地质特性，建立物性参数和围岩类别的对应关系，是未来需要进一步研究的内容。
此外，如何利用TBM掘进参数(扭矩、推理、转速)、岩渣特征等对围岩类别进行判断，也需要在大量的工程实践中进一步完善，在经过工程实践检验之后，有望进入国家或水利行业标准和规范中。
1TBM掘进破岩过程分析长距离输水隧洞TBM掘进过程中，在TBM盘刀推力逐渐增加时，岩石会逐渐向两侧位置扩张，并逐渐压实，使岩石内部出现放射状裂纹，TBM盘刀即能够进入岩体，侧向裂纹扩张到岩石表面过程中，形成了岩石碎片，出现了岩石碎片的动能，可显著降低围岩反力，因此盘刀能够侵入一定深度的岩体内，一般设置5－15mm贯入深度，详见图1。
2深埋长隧洞的特点2.1工程地质条件极为复杂与浅埋隧洞相比，深埋长隧洞多穿越特征迥异的地形地貌、地质、水文地质和构造地质单元，其地质条件普遍非常复杂多变。
2.2深埋长隧洞多以TBM法施工由于深埋长隧洞通常没有布置施工支洞的有利地形条件，以及生态环境保护的要求，决定了TBM法施工成为深埋长隧洞工程的必然选择。
但TBM施工过程中没有进行常规施工地质的条件，不能进行全程地质编录，特别是护盾式TBM，无法观察围岩情况，难于收集第一手资料。
3TBM施工围岩综合分类的基本原则（1）尽量在常用隧洞分类方法的基础上进行补充与完善，平顺衔接。
超长深埋TBM隧洞施工影响因素及灾害防治研究
超长深埋TBM隧洞施工影响因素及灾害防治研究摘要：超长深埋TBM隧洞掘进期间，现场岩爆、塌方和突涌水严重影响施工效率。
本文以某超长深埋TBM隧洞为研究背景，研究了超长深埋TBM隧洞施工影响因素，提出了相应的防治方法。
研究认为，隧洞掘进期间岩爆、塌方和突涌水等因素严重制约TBM掘进效率。
岩爆段开展岩爆微震监测与预警工作，岩爆段平均日进尺提高约27.8%；塌方段及突涌水采用超前地质预测预报工作，有效提高了防治效率。
结果表明，上述方法能够有效提高现场施工效率。
研究成果能够为相近超长深埋TBM隧洞灾害防控提供参考。
关键词：超长深埋TBM隧洞，灾害防治，岩爆，塌方，突涌水1 引言超长深埋TBM隧洞掘进期间灾害频发，岩爆、塌方已成为影响施工的关键因素，上述因素极易造成工期延误，甚至设备损坏和人员伤亡。
2009年11月28日，锦屏水电站排水洞“11.28”极强岩爆，价值上亿元的TBM被埋，掌子面后方近30m支护被摧毁，隧洞停工长达半年以上[1]。
2016年6月3日Neelum-Jhelum水电站掘进期间，ST8+897~ST8+888段发生塌方，最大塌方深度约1.0m，延洞轴线最大长度约9m，造成现场停工约7天[2]。
学者们对岩爆、塌方治理进行了广泛研究。
针对岩爆防控，南非和加拿大随着研究的深入，逐步建立了相应的岩爆防控手册。
在国内，冯夏庭等根据岩爆等级开展岩爆防控支护措施，针对强烈岩爆和极强岩爆建立了“三步走”防控策略[3]；同时依据施工过程中揭露的地质条件，采用了岩爆动态调控方法，具体包括动态调整开挖、应力释放孔和支护方案[4]；此外，王斌等从岩爆发生的动力学机制角度，提出岩爆防控的动静组合支护原理，通过提高支护系统的承载力，使其能够让压变形以吸收岩爆孕育过程中的能量，实现对岩爆的防控[5]。
针对塌方防治，董勤银等以后山坪隧洞塌方事故为工程背景，提出根据水平砂岩地质特征及塌方情况，采用混凝土回填塌腔，预注浆固结塌体，而后施作大拱脚初支的方案，并成功应用于该工程中[6]；李吉艳以某超长深埋TBM隧洞为研究背景，研究了塌方的发生区段，并提出了结合超前地质预报的方法建立了塌方防治方案[7]；袁福银等[8]结合某轨道交通工程岩溶隧道施工中突泥、突水的工程实际,进行施工处理技术研究，提出并分析了3种处理方案,即封堵方案、引排方案、封排结合方案,通过技术、风险、投资估算和效果分析,确定封排结合方案最优,并制订了合理可行的封排结合方案和具体措施,顺利完成了施工，既降低了施工成本又缩短了施工工期。
TBM大型设备在硐室内起吊过程中顶板围岩稳定性研究
TBM大型设备在硐室内起吊过程中顶板围岩稳定性研究摘要：TBM大型设备是一种普遍运用于隧道开挖中的方法，TBM施工具有速度快、安全、可靠和对环境影响小等多种优点，现已成为长大隧道快速施工的趋势。
本文以实际工程应用为例，对TBM大型设备在硐室内起吊过程中顶板围岩稳定性分析研究。
关键词：TBM大型设备；施工安全；稳定性引言山东新巨龙能源有限责任公司二水平北区回风大巷采用TBM推进，巷道贯通后需将设备拆除并运输至二水平北区辅运大巷安装始发，继续施工。
我单位拟采用锚固在拆卸硐室以及安装硐室顶板岩层中的锚索束作为吊点，对TBM大部件的拆卸与安装施工。
根据盾构拆装方案，吊装最重构件为主驱动及底护盾组合件，该组合件总重90T，尺寸4000（宽）×2067（深）×5220（高）。
主起吊吊耳采用原厂把合吊耳，翻身吊耳现场焊接在底护盾立面。
利用锚固在拆卸硐室以及安装硐室顶板岩层中的锚索束作为百吨级重大部件的吊点，在我国煤矿行业尚无先例，为了确保TBM在煤矿井下拆卸与安装施工的安全，需就锚索吊点的可靠性及相关技术问题进行研究。
1 工程地质概况山东新巨龙能源有限责任公司TBM施工巷道为二水平开拓岩巷。
巷道处于山西组3煤顶板砂岩中，山西组3煤层顶板以砂岩为主，岩石抗压强度为30.00～127.10MPa，平均为66.86MPa，属较坚硬岩～坚硬岩类，为较稳定～稳定顶板；山西组3煤层底板主要为砂质泥岩，岩石抗压强度为25.30～121.50MPa，平均为58.49MPa，属较坚硬岩～坚硬岩类，为较稳定～稳定底板。
2 施工技术方案2.1施工概况巷道贯通后整机推出至拆除硐室，撑靴基本完全露出。
需将TBM拆除并运输至二水平北区辅运大巷安装始发，继续施工。
TBM盾构机自重约700T，总长90m，由刀盘、主驱动、主梁、鞍架、车架、后配套系统等组成，主机部分单个部件尺寸、重量都非常大。
受到煤矿井下巷道收敛及运输条件等限制，需将刀盘、主梁、车架及其它部件进行拆除，分块运输。
深埋长大隧道围岩稳定性研究
向里依 次 为 Ｖ 、Ⅳ 、Ⅲ和 Ⅱ级 ；隧道 场区 地 质构 造条件 相对 稳 定 ，但隧 道 在 不 同埋深 下 先后 穿 越 ７ 条断 层 破 碎 带 ，破 碎 带宽 度在 ５ ３ ｍ之 间 ，破碎 带 中岩 体 松散 、破 ￣７ 碎 ，自稳能 力差 ，遇水 软化 ，施 工 中极 易发 生坍塌 、冒 落和 突水 等事故 。
稳 定 性 ，研 究 支护 的效 果 ，模 型选 取 断面 Ｚ ２ ＋ ６ 为 Ｋ ４ ３０
惯性矩Ｉ ｖ
惯性 矩 Ｉ ｚ
４ ５６ － ８ ．ｅ ３
１ ． －３ １７ｅ ０
极 惯 性 矩Ｊ
研 究 对 象进 行 数 值 计 算 。 此 断 面 处 隧 道 埋 深 为６ ５ ７ｍ．
Ｃ２ 混 凝 土２ ｃ ５ ２ｍ，４ ￣ ２ 栅 支撑 ，Ｈ一１ｃ ｘｐ 格 ２ ５ｍ，纵 向 间 距８ ｃ ０ ｍ，现 浇Ｃ２ 钢 筋混 凝土４ ｃ ５ ５ｍ。
８脚 Ｏ
２
瑚
２
钢 支撑 计 算参数 如 表３ 示 ： 所
表３ 钢支 撑 参 数
参
数
钢 支撑
弹性模量 （Ｐ ） Ｇ ａ
大部 分交通 隧道 是参 考相 关规范 和 已建 工程 的参数进 行
须 对隧 道进 行监 控量 测 ，以此真 实掌握 围岩 的变形 、受 力以及 初期 支护 、二次 衬砌 的状 态 。实际 上这 两种 方法
又可相 互映 证 、相 互辅 助 ，前者 则通 过数 学模 型模 拟得 到与施 工相 似 的参照模 型 ，定性 的指 导施 工 ，后者 是从
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深埋 TBM 隧洞围岩稳定与衬砌支护时机研究崔金鹏;苏凯;常智慧;周亚峰【摘要】A three-dimensional numerical model is developed for a given TBM water-conveyance pressure tunnel in an urban water supply project.Considering the spatial restriction effect of excavation face, the stability of surrounding rocks and installation timing of lining structures during the excavation period are analyzed with FLAC3D.Deformation of the surrounding rocks and stress distribution of the lining for this deep buried TBM tunnel with different installation timing are obtained.Results show that the spatial restriction effect of the excavation face plays a significant role in the deforma-tion process of surrounding rocks.The earlier the installation of lining structures, the smaller the deformation of sur-rounding rocks but the greater the stress of the lining structures, which is adverse to the safety of the lining structures. Consequently, the installation timing of lining could be decided by considering the stability of surrounding rocks and the lining stress level.%结合某市供水项目TBM有压输水隧洞工程，建立三维数值分析模型，考虑开挖面空间约束效应，采用FLAC3D 进行施工开挖期的围岩稳定与衬砌支护时机研究，分析了深埋TBM隧洞围岩的变形过程和在不同衬砌支护时机条件下围岩的变形与衬砌受力规律。
计算结果表明，开挖掌子面的空间效应明显，对围岩的变形过程有较大影响；衬砌支护越早，围岩的变形量越小，但会造成衬砌应力水平显著提高，对衬砌结构的安全不利；因此建议综合考虑围岩稳定状态与衬砌应力量值决定衬砌支护时机。
【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】6页(P5-10)【关键词】隧洞;TBM;围岩稳定;支护时机【作者】崔金鹏;苏凯;常智慧;周亚峰【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TV554+.14;U452.1+2随着隧洞埋藏深度的不断增大，产生的工程灾害也日趋增加，如软弱围岩大变形、流变、硬岩岩爆等，对深埋隧洞的稳定性造成巨大的威胁［1－2］。
在岩石地层中开挖隧洞，伴随着开挖掌子面向前推进，想要真实地模拟围岩在不同施工过程中的力学性态，不仅要考虑围岩介质的复杂属性及各种施工方式，如分部开挖步序、支护结构形式和施作时机，而且要考虑开挖面推进过程中的空间约束效应。
由于开挖面的空间约束效应，洞室开挖后围岩应力释放不是在瞬时完成，而是受到开挖面的约束影响，应力逐步释放，直到开挖面空间效应完全消失，围岩应力才得以全部释放。
G．Swobooda等［3］和 F．Pelli等［4］采用不同的数值分析方法模拟了开挖面推进过程中的围岩应力应变性态;于学馥等［5］提出了在平面应变法中采用释放系数模拟隧道施工过程的建议;朱维申和何满潮［6］利用洞壁径向位移释放系数反映开挖面径向“虚拟支撑力”的释放;孙钧和朱合华［7］通过二维数值模型采用“广义虚拟支撑力法”模拟了开挖面的时空效应;G．Swoboda和A．Abu－krisha［8］用三维有限元模拟了TBM推进过程中的地层受力和变形情况;谢锋等［9］通过蠕变损伤理论，给出了二维数值模型条件下的二次支护时机公式;G．Galli等［10］通过对隧道三维施工过程的数值模拟，研究了围岩和衬砌随施工推进的相互作用关系，金丰年和钱七虎［11］应用黏弹性模型，对全断面开挖隧洞的开挖过程进行了三维有限元模拟，讨论了开挖面和开挖推进速度的影响;刘建华等［12］利用FLAC3D进行了三维黏弹性数值模拟，分析了开挖位移和围岩稳定性;赵旭峰等［13］对软岩隧道工程中施工力学性态和变形时空效应进行了数值模拟，并将数值计算结果与现场实测进行了对比分析。
可以看出，隧洞开挖过程中围岩与支护结构相互作用的研究成果较多，但针对基于围岩稳定状态和衬砌受力特征的深埋TBM隧洞支护时机方面的研究尚十分有限。
本文利用FLAC3D基于某市供水项目TBM有压输水隧洞工程建立三维数值分析模型，考虑开挖面空间约束效应，进行施工开挖期的围岩稳定与衬砌支护时机研究，以期得到合理的衬砌支护时机。
1 计算理论与计算模型1．1 空间效应理论隧洞开挖面的空间效应在沿洞轴线方向上表现为“半圆穹”约束，“半圆穹”约束是指洞壁径向变形至开挖面距离的曲线呈半圆穹形。
“半圆穹”面积的大小取决于初始地应力状态(应力量值与侧压力系数)、岩性、隧洞埋深、隧洞截面形状系数(高宽比)以及施工开挖方式等因素。
而在隧洞横断面方向上则表现为“环形”约束［7］。
这两种约束之间的耦合作用使得开挖面附近一定范围内的围岩在无支护的情况下能够保持一段时间内的相对稳定，如图1所示。
图1 开挖面空间约束效应示意图1．2 屈服准则在岩土工程中，土体破坏准则应用最广泛的准则即为Mohr－Coulumb准则。
本文计算中，采用了基于Mohr－Coulomb准则的剪切屈服破坏和基于最大主应力准则的拉伸破坏的组合破坏准则，如图2所示。
图2 Mohr-Coulumb组合破坏准则破坏包络线f(σ1，σ3)=0，从A到B由剪切破坏准则fs=0定义:从B到C由拉伸破坏准则ft=0定义:式中，σt为抗拉强度;1．3 计算模型结合某市供水工程输水隧洞埋深为400 m的T13+000～T13+140洞段，共长140 m，建立三维数值计算模型，模型边界取至隧道5倍洞径(5D)范围外，上下边界分别取距隧道中心30 m;左右边界取距隧道中心30 m;模型采用笛卡儿直角坐标系，其整体坐标系的Y轴与隧洞的洞轴线一致，指向上游为正;铅垂向为Z轴，向上为正，X轴以右手法则确定，坐标原点位于隧洞上游端面中心位置。
左右两侧、底部以及上下游两端面均施加法向位移约束，上边界施加均布竖向应力模拟深部岩体高地应力条件，以侧压力系数法［14］模拟初始地应力场，并假定围岩为均质、各向同性的连续介质。
计算模型详见图3，其中开挖洞径为5．46 m，豆砾石厚度为 0．03 m，衬砌管片厚度为0．4 m。
在计算模型中取Y=70 m位置1－1截面为监测断面，并在监测断面隧洞顶部、底部和两腰共设置4个监测点以监测开挖后围岩位移变化情况，监测断面及监测点位置详见图4，模型计算材料参数见表1。
图3 计算模型图4 围岩变形监测断面及监测点位置示意图(单位:m)表1 材料参数取值介质密度/(k g·m －3)变形模量/G P a 泊松比粘聚力/M P a摩擦角/(°)侧压力系数2 4 3 0．0 3．0 0．3 0．3 3 0 0．9豆砾石 1 8 5 0．03．0 0．3 －－－衬砌围岩2 5 0 0．0 3 4．5 0．1 6 7 －－－2 计算结果分析2．1 围岩变形结果分析计算模型以5 m/计算步进行逐段开挖，开挖速率为20 m/d，记录监测断面处4个监测点的围岩径向位移变化如图5所示。
由图5和图6可知，开挖过程中，由于开挖面的空间约束效应，围岩应力和位移逐步释放。
在掌子面还未通过监测断面时，各监测点均已出现了变形，但此时整体位移值均很小;随着掌子面靠近监测断面，开挖导致隧洞前方一定范围内围岩受到扰动，各测点位移值急剧增大，其扰动影响范围为1倍洞径(1D)左右;当掌子面经过监测断面一段时间内，围岩位移增量达到最大值;然后随着掌子面远离监测断面，围岩位移继续增大，但此后位移增加缓慢;当掌子面距监测断面较远时(约3D)，各测点位移值趋于稳定，开挖面空间约束效应基本消失。
稳定后，监测点P1～P4的径向位移值分别为98．46、88．08、73．67 和87．96 mm。
图5 开挖推进过程中监测点径向位移图6 开挖过程中围岩径向位移纵剖面图/mm2．2 衬砌支护对围岩变形的影响为分析衬砌支护时机对围岩变形的影响，本文设置了4种支护方案，具体计算方案及参数取值见表2，支护时机示意图如图7所示。
其中，灌浆后豆砾石的弹性模量7天内由0．5 GPa线性增长到2．1 GPa。
记录各方案各监测点围岩径向位移变化，如图8所示。
表2 计算方案及参数取值?图7 衬砌支护时机(落后掌子面距离)示意图(单位:m)由图8(a)可以看出，对于方案 A、B、C、D，衬砌支护落后掌子面距离分别为5、10、20、40 m，围岩最大径向位移值分别为57．30、83．09、95．51 和98．20 mm，与无支护方案相比，围岩变形分别减少了42%、16%、3%和0．3%，且图8(b)、(c)和(d)有相似规律。
表明衬砌支护越早，围岩最终的变形量越小，若要求衬砌积极分担开挖荷载，衬砌支护应尽早进行，随着衬砌支护落后掌子面距离的增大，衬砌对围岩的支护作用越来越弱，在距离掌子面20 m以后进行支护，衬砌对围岩的支护作用基本不能发挥，衬砌支护落后掌子面距离大于40 m 时，衬砌支护对围岩变形的影响在1%以内。
2．3 衬砌受力分析选取一段衬砌(衬砌位置Y=15～20 m，具体位置详见图9)，分析掌子面推进过程中(豆砾石弹模同时增长)衬砌的应力变化特征，其中C50混凝土衬砌的设计抗压强度为23．1 MPa，设计抗拉强度1．89 MPa，安全系数取1．2。