长距离输水隧洞TBM卡机原因及其解脱措施探析_李东东.pdf
《长距离输水隧洞TBM卡机原因及其解脱措施探析_李东东.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《长距离输水隧洞TBM卡机原因及其解脱措施探析_李东东.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、随着隧道工程的建设发展,其面临的地质条件也越来越复杂。对于TBM隧道,当穿越断层带时,极易发生由于围岩大变形导致的卡机现象,危及施工安全。为保证施工质量与安全,一些学者1-13对TBM收稿日期:2022-11-09作者简介:李东东,男,工程师,学士,主要从事隧道施工方面的工作。引文格式:李东东.长距离输水隧洞 TBM 卡机原因及其解脱措施探析 J.市政技术,2023,41(3):70-74.(LI D D.Analysis on causes andsolution of TBM jamming in long distance water conveyance tunnel J.Journa
2、l of municipal technology,2023,41(3):70-74.)文章编号:1009-7767(2023)03-0070-05第41卷第3期2023年3月Vol.41,No.3Mar.2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.03.070Journal of Municipal Technology长距离输水隧洞 TBM 卡机原因及其解脱措施探析李东东(中铁十八局集团 隧道工程有限公司,重庆 400707)摘要:依托新疆阿勒泰输水隧洞工程,结合施工工法和数值模拟分析了 TBM 卡机成因,并对解脱措施进行了研究。研究结果表明:沿隧道纵向,在距离断层
3、上盘和断层带越近,围岩变形就越大,在断层上盘与断层带交界处就会发生突变,变形显著增大并在进入断层带 4 m 左右时达到峰值,随后显著减小,在进入断层下盘后变形不再显著;拱顶、拱底和拱腰变形历时曲线变化节点主要位于前盾盾尾,断面在前盾盾尾之前的围岩变形缓慢增大或者趋于稳定,前盾盾尾脱空后变形迅速增大,这是造成卡机的主要原因。因此在施工过程中,提出了刀盘回退、碎石清理、注浆回填、地层加固等措施并加以运用,快速解脱了 TBM 卡机问题。该案例可为同类工程提供参考。关键词:输水隧洞;断层破碎带;TBM 卡机;成因分析;解脱措施中图分类号:U 455文献标志码:BAnalysis on Causes a
4、nd Solution of TBM Jamming in Long DistanceWater Conveyance TunnelLi Dongdong(China Railway 18 Bureau Group Tunnel Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 400707,China)Abstract:Based on Altay water conveyance tunnel in Xinjiang,the causes and relief measures of tunnel boring ma-chine(TBM)jamming was analyzed
5、 by combining construction method and numerical simulation.The results showthat the closer to the fault zone,the greater the deformation of surrounding rock along the longitudinal direction ofthe tunnel;That abrupt changes occur at the junction of the hanging wall and the fault zone.The deformation
6、increasessignificantly and reaches a peak at about 4 m into the fault and then significantly reduced.Deformation is no longersignificant after entering the footwall of the fault;The change nodes of deformation duration curves of vault,archbottom and hance are mainly located at the tail of the front
7、shield;The deformation of surrounding rock increasesslowly or tends to be stable in the front shield tail.After the front shield tail disengaging,the deformation increasesrapidly which is the main reason for the jamming.Therefore,in the construction process,the measures of cutter-head retreating,gra
8、vel cleaning,grouting backfilling and stratum reinforcement were applied to quickly solve theproblem of TBM jamming.This case can provide reference for similar projects.Key words:water conveyance tunnel;fault zone;tunnel boring machine(TBM)jamming;cause analysis;reliefmeasures第3期卡机成因进行了分析,并提出了合理有效的脱
9、困措施,甚至风险预测方法。笔者则针对长距离输水隧洞TBM卡机问题,依托新疆阿勒泰输水隧洞工程,通过数值模拟结合施工工法和地质条件对卡机成因进行了详细分析,并提出一种高效快速脱困措施,以期为同类工程提供参考。1工程概况新疆阿勒泰输水隧洞工程,线路长度为43.753km,包括43.703km的主洞段TBM2、开挖洞段TBM3和钻爆法开挖洞段。其中,TBM2分为1个施工段,TBM3分为2个施工段,分段方式如图1所示。TBM2设备掘进洞段长度为15.150 km;TBM3设备掘进洞段长度分别为11.800km和11.750km;开挖洞径为7.83m,i=1/3 000。该工程地层位于阿勒泰褶皱系(I)
10、中部的克兰地槽褶皱带(I3)内,由一系列以NWW向的压性断裂和以NWNNW向的压扭性断裂为主。经统计:隧道段通过的21条断层带累计长度为124.3 m,在隧道段延伸总长度为320.6 m。2卡机成因分析2.1卡机过程分析卡机发生前,洞室上部围岩发生小规模塌落。TBM继续向前推进,刀盘转动异常,扭矩以及顶推力增大,致使卡机。通过对围岩探孔检测发现,处于断层带的掌子面前方、洞室上方发生大规模塌落,挤压了刀盘、护盾,超出了扭矩极限值,致使刀盘抱死而无法转动。此外,护盾与开挖轮廓线存在510cm的空隙,大规模塌落的围岩挤压护盾,巨大的摩阻力限制了护盾向前推进。因此,穿越断层带时,若刀盘扭矩增大、顶推力
11、增大,可能是破碎围岩塌落导致的刀盘抱死、挤压护盾,并产生巨大摩阻力,以至于卡机事故发生。因此,工程中应重点注意刀盘扭矩和推力的异常变化,以此预测卡机事故的风险。2.2数值模拟分析2.2.1分析模型为明确卡机原因,采用数值模拟方法对卡机位置围岩状态进行分析,模型如图2所示。模型中,地层采用实体单元,常规地层密度2 973 kg/m3,弹 性 模 量1030 GPa,断 层 密 度2 616 kg/m3,弹性模量0.110 GPa;TBM护盾采用壳体单元,密度9 750 kg/m3,弹性模量2.061011GPa。模型开挖洞径7.83 m,通过循环开挖实现掘进。隧道埋深约为300 m。为便于计算,
12、在模型上部施加均布力以模拟上部岩体地层的应力;为便于分析,在断层上盘、断层带以及断层下盘分别选取S1、S2、S3典型断面进行分析。2.2.2结果分析洞室开挖后,受扰动后的隧道纵向地层竖向位移如图3所示。图2数值模型Fig.2 Numerical model图1施工分段图示(m)Fig.1 Construction section diagram李东东:长距离输水隧洞TBM卡机原因及其解脱措施探析71Journal of Municipal Technology第41卷由图3可知,无论断层上盘、断层带还是断层下盘,洞室上半断面围岩竖向位移主要为沉降,下半断面围岩竖向位移主要为隆起。具体而言,在断
13、层上盘刚进入断层带之前,拱底隆起和拱顶沉降均开始显著增大,且距离断层带越近,增大速度就越快。断层带对断层上盘拱底隆起的影响距离约为10 m,对拱顶沉降的影响距离为15 m。进入断层带之后,拱顶沉降发生突变,增大幅度显著增加。由于开挖轮廓线与护盾存在510 cm空隙,所以意味着围岩变形大于5cm时便存在卡机风险。断层上盘与断层带交界处拱顶沉降约为0.03 m,开挖到27.9 m,即护盾顶部进入断层0.6 m时,围岩拱顶沉降迅速达到0.064 m。深入断层带4 m左右时达到拱顶沉降峰值,约为0.092 m,即3倍交界处拱顶沉降,随后拱顶沉降迅速减小。开挖到36.4 m时,拱顶沉降下降到0.046
14、m,意味着断层带中约8.5 m范围拱顶沉降大于5 cm,即存在卡机风险。拱底隆起最大值约为0.037 m,且始终小于5cm。进入断层下盘后,拱顶沉降和拱底隆起变化幅度均不再显著。由此可以看出,围岩变形主要发生在断层带处,且显著大于断层上盘和断层下盘的围岩变形。围岩变形峰值出现在洞室进入断层带一定距离处,表明围岩最大变形处即为卡机风险最大处,且不在断层上盘与断层带交界处,而是在深入断层带一段距离处。该工程中,卡机发生前发生小规模地层塌落,继续推进一定距离后发生卡机,与模拟结论一致,即小规模塌落出现于断层带边界处,继续深入后变形迅速增大,导致卡机事故发生。洞室开挖后,隧道纵向地层拱腰水平位移如图4
15、所示。由图4可知,左右两侧拱腰水平位移均是向着洞室方向,且沿隧道轴向近乎对称分布,变化规律也近乎一致。因此,以左侧拱腰水平位移为例分析如下:开挖到约8 m处时,断层上盘洞室拱腰水平位移开始逐渐增大;22.4 m即距离断层带约1.8 m时,位移迅速增大;25.5 m时位移达到5.4 cm,并进入断层带4 m左右达到峰值(7.3 cm),随后减小;33.9 m时位移小于5 cm,为4.8 cm。这意味着断层带中存在约8.4 m的卡机风险区段。因此,除了拱顶竖向变形挤压护盾外,拱腰水平方向也有可能因过大变形而挤压护盾,导致卡机事故发生。洞室开挖后,典型断面拱顶和拱底竖向变形历时曲线如图5所示。由图5
16、可知,拱顶沉降和拱底隆起历时曲线均呈台阶状变化,拱顶沉降和拱底隆起变化节点基本一致。其中:S1断面在11 000时步时开始变形,且逐渐增大,为第1阶段;到16 000时步时拱底隆起开始稳定,拱顶沉降变形速率减缓,为第2阶段;24 000左右时步时拱底隆起和拱顶沉降均突然增大,为第3阶段;在34 000时步时开始稳定,为第4阶段。S2断面变形历时曲线规律与S1断面基本一致,区别主要在于拱顶沉降在第2阶段变形速率未出现减缓的情况,在第4阶段拱顶沉降速率下降,但变化幅度仍然较大。S3断面仅有第1、2阶段,而未出现明显的第3、4阶段。结合施工工序可知,第1阶段与第2阶段分界处应为掌子面达到典型断面处。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 长距离 输水 隧洞 TBM 原因 及其 解脱 措施 探析 东东
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。