大伙房水庫(kù)輸水隧洞施工中TBM作業(yè)方案的論證與實(shí)踐

遼寧大伙房引水隧洞是我國(guó)目前管道輸水距離最長(zhǎng)的工程,一期工程中的60.3km隧洞施工采用三臺(tái)tbm隧道掘進(jìn)機(jī)。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)是集機(jī)械化、自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化為一體的復(fù)雜系統(tǒng)。本文對(duì)tbm隧道掘進(jìn)機(jī)的激光導(dǎo)向控制技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

在隧洞斷層破碎帶施工時(shí)，tbm常規(guī)支護(hù)容易引發(fā)隧洞坍塌和圍巖變形，影響tbm正常掘進(jìn)。在遼寧大伙房輸水隧洞tbm施工中，研制了tbm新型支護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由鋼筋排安裝系統(tǒng)、高效鋼拱架及鋼筋網(wǎng)片安裝機(jī)構(gòu)、錨桿鉆機(jī)以及噴混系統(tǒng)組成。采用tbm新型支護(hù)系統(tǒng)后，可以有效縮短支護(hù)作業(yè)時(shí)間，提高tbm支護(hù)作業(yè)效率和設(shè)備掘進(jìn)效率，并且施工過(guò)程中無(wú)塌方，圍巖無(wú)大變形，保證了施工安全。

在隧洞斷層破碎帶施工時(shí),tbm常規(guī)支護(hù)容易引發(fā)隧洞坍塌和圍巖變形,影響tbm正常掘進(jìn)。在遼寧大伙房輸水隧洞tbm施工中,研制了tbm新型支護(hù)系統(tǒng),該系統(tǒng)由鋼筋排安裝系統(tǒng)、高效鋼拱架及鋼筋網(wǎng)片安裝機(jī)構(gòu)、錨桿鉆機(jī)以及噴混系統(tǒng)組成。采用tbm新型支護(hù)系統(tǒng)后,可以有效縮短支護(hù)作業(yè)時(shí)間,提高tbm支護(hù)作業(yè)效率和設(shè)備掘進(jìn)效率,并且施工過(guò)程中無(wú)塌方,圍巖無(wú)大變形,保證了施工安全。

為了解大伙房水庫(kù)輸水隧洞地應(yīng)力場(chǎng)分布對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定性的影響,采用地質(zhì)力學(xué)方法研究了該區(qū)構(gòu)造形跡特征,闡明了地應(yīng)力場(chǎng)演化特征,首次將應(yīng)力場(chǎng)演化劃分為4個(gè)期次,并結(jié)合實(shí)測(cè)地應(yīng)力數(shù)據(jù)建立了工程區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)分布模型。結(jié)果表明該區(qū)是以水平殘余構(gòu)造應(yīng)力為主的中應(yīng)力區(qū),最大水平主應(yīng)力方向?yàn)榻黣w,與洞軸線夾角為39°~46°,對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大。

本文介紹大伙房輸水隧洞施工期安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容,包括設(shè)計(jì)依據(jù)和原則、監(jiān)測(cè)儀器布置、實(shí)施技術(shù)要求等。目的是利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全預(yù)報(bào),及時(shí)掌握施工期隧洞安全穩(wěn)定情況,以及研究一次支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和受力特性,為簡(jiǎn)化施工程序、加快施工進(jìn)度、減少工程投資提供科學(xué)依據(jù)。

大伙房水庫(kù)輸水隧洞長(zhǎng)度大、支洞多,tbm安裝洞室斷面大、形狀復(fù)雜。施工過(guò)程要求tbm安裝洞室穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)有限元計(jì)算,對(duì)tbm安裝洞室的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)模擬。

tbm在不良地質(zhì)段掘進(jìn)時(shí),應(yīng)合理匹配掘進(jìn)參數(shù),掘進(jìn)速度、推力和刀盤轉(zhuǎn)速要適當(dāng)降低,以便減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),減輕或防止圍巖出現(xiàn)坍塌。通過(guò)地質(zhì)預(yù)報(bào),針對(duì)各種不良地質(zhì)體的性質(zhì)、類型和可能發(fā)生的施工地質(zhì)災(zāi)害,采取相應(yīng)處理措施。

針對(duì)tbm法在大伙房水庫(kù)輸水隧洞施工實(shí)踐中存在的風(fēng)險(xiǎn),構(gòu)建基于熵權(quán)的tbm法施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系,評(píng)估影響tbm法施工進(jìn)度的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。結(jié)果表明,高壓涌水、巖爆以及卡機(jī)是影響大伙房水庫(kù)輸水隧洞tbm法施工進(jìn)度的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。同時(shí),針對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)提出tbm法施工在遭遇高壓涌水層、巖爆以及卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)應(yīng)采取的對(duì)策。研究可為同類型水工隧洞工程的施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與防治提供決策依據(jù)。

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)是集機(jī)械化、自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化為一體的復(fù)雜系統(tǒng),對(duì)這個(gè)系統(tǒng)中的各主要環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制與管理是非常重要的。本文介紹了大伙房引水工程一期工程隧洞tbm主機(jī)和連續(xù)皮帶機(jī)施工監(jiān)測(cè)方法和相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),主要環(huán)節(jié)實(shí)施的嚴(yán)格質(zhì)量控制與管理以及所取得的良好施工效果,對(duì)類似工程施工有一定的借鑒作用。

大伙房水庫(kù)輸水工程有壓隧洞進(jìn)、出口段采用鋼襯混凝土施工，由于隧洞巖壁和鋼襯外延間隙很小，其間還要進(jìn)行鋼襯焊接、鋼筋焊接、混凝土澆筑和灌漿施工等，施工難度較大。建設(shè)單位通過(guò)分析該工程的難點(diǎn)重點(diǎn)，采取科學(xué)合理的施工方法，較好完成了施工任務(wù)。本文詳細(xì)論述了鋼襯混凝土施工過(guò)程和方法。

針對(duì)tbm法在大伙房輸水隧洞施工實(shí)踐中存在的風(fēng)險(xiǎn),構(gòu)建基于熵權(quán)的tbm法施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系,評(píng)估影響tbm法施工進(jìn)度的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。結(jié)果表明,高壓涌水、巖爆及卡機(jī)是影響大伙房輸水隧洞tbm法施工進(jìn)度的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。同時(shí),針對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)提出tbm法施工在遭遇高壓涌水層,巖爆及卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)應(yīng)采取的對(duì)策,為同類型水工隧洞工程的施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與防治提供決策依據(jù)。

針對(duì)tbm法在大伙房輸水隧洞施工實(shí)踐中存在的風(fēng)險(xiǎn),構(gòu)建基于熵權(quán)的tbm法施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系,評(píng)估影響tbm法施工進(jìn)度的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。結(jié)果表明,高壓涌水、巖爆及卡機(jī)是影響大伙房輸水隧洞tbm法施工進(jìn)度的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。同時(shí),針對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)提出tbm法施工在遭遇高壓涌水層,巖爆及卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)應(yīng)采取的對(duì)策,為同類型水工隧洞工程的施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與防治提供決策依據(jù)。

欽寸水庫(kù)輸水隧洞開挖采用光面爆破全斷面掘進(jìn),施工支洞原設(shè)計(jì)方案為卷?yè)P(yáng)機(jī)提升有軌出碴,隧洞開工后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,經(jīng)多方案綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后,對(duì)施工支洞布置方案進(jìn)行了調(diào)整,最終采用了機(jī)動(dòng)車運(yùn)輸出碴方案。本文針對(duì)晚香嶺施工支洞布置方案調(diào)整后影響進(jìn)行分析。

在長(zhǎng)距離輸水隧洞的施工中，由于隧洞工程較為龐大，需要多個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行施工，多種施工技術(shù)共同運(yùn)用，這給長(zhǎng)距離輸水隧洞的施工帶來(lái)很大的困擾。以tbm技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀作為切入點(diǎn)，重點(diǎn)探討和提出tbm技術(shù)在長(zhǎng)距離輸水隧洞施工中的具體應(yīng)用。

在長(zhǎng)距離輸水隧洞的施工中,由于隧洞工程較為龐大,需要多個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行施工,多種施工技術(shù)共同運(yùn)用,這給長(zhǎng)距離輸水隧洞的施工帶來(lái)很大的困擾。以tbm技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀作為切入點(diǎn),重點(diǎn)探討和提出tbm技術(shù)在長(zhǎng)距離輸水隧洞施工中的具體應(yīng)用。

大伙房輸水工程特長(zhǎng)隧洞,由于工程地質(zhì)條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)的影響,為更好地發(fā)揮tbm的效率,工程施工之前就tbm的類型特征和對(duì)地層的適應(yīng)性以及經(jīng)濟(jì)因素等的影響進(jìn)行了深入研究。工程實(shí)踐表明,該項(xiàng)工程正確的tbm選型,取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益,可供復(fù)雜山區(qū)同類工程參考。

文中分別從設(shè)計(jì)和施工角度,全面論述開敞式tbm在大伙房輸水隧洞工程中的成功應(yīng)用,介紹了3臺(tái)tbm完整的施工過(guò)程,不同工況條件下的施工措施以及針對(duì)不良地質(zhì)洞段涌水、塌方、更換主軸承和卡機(jī)等事故采用的處理方式。此外,還介紹了與tbm相匹配的連續(xù)皮帶機(jī)的成功應(yīng)用,全環(huán)內(nèi)通式襯砌臺(tái)車和仰拱襯砌臺(tái)車的研制與應(yīng)用,所有這些均展示了未來(lái)地下工程施工技術(shù)發(fā)展的美好前景。

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水一期工程,是解決水資源不均衡的調(diào)水工程,遼寧省大伙房水庫(kù)輸水一期工程主體隧洞開挖棄渣的處理和利用,采取了切實(shí)可行的防護(hù)技術(shù)措施,保證了渣場(chǎng)的穩(wěn)定,同時(shí)將符合規(guī)范要求的石料用于不同的用途,變廢為寶。

隨著我國(guó)水利工程建設(shè)的發(fā)展，隧洞施工在整個(gè)水利工程施工中占有越來(lái)越重要的地位。本文對(duì)輸水隧洞的工程實(shí)施做了簡(jiǎn)要分析，并對(duì)隧洞的開挖、回填灌漿等環(huán)節(jié)的施工措施以及防塌方措施提出了建議，以期為我國(guó)水利工程建設(shè)提供參考。

近年來(lái),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了很好的成績(jī),在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中能源供應(yīng)必不可少,水利工程建設(shè)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有非常重要的意義,文章對(duì)水利工程施工中的輸水隧洞施工方法進(jìn)行了分析,同時(shí),對(duì)相關(guān)的施工技術(shù)進(jìn)行了闡述,希望在以后的施工中能夠提供一定的依據(jù)。

本文提出了tbm非掘進(jìn)作業(yè)的概念,非掘進(jìn)作業(yè)一般均處在隧洞施工的直線工期上。大伙房隧洞工程的實(shí)踐表明,非掘進(jìn)作業(yè)占掘進(jìn)作業(yè)時(shí)間的比率相當(dāng)高,平均可達(dá)83%。因此,對(duì)于采用tbm施工的隧洞工程,設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)對(duì)非掘進(jìn)作業(yè)給予充分的考慮,以便作出科學(xué)、合理的施工組織設(shè)計(jì)。

大伙房水庫(kù)地下隧洞式輸水工程,隧洞掘進(jìn)采用tbm為主,鉆爆法為輔的施工方案。主洞混凝土襯砌料部分采用豎井方式進(jìn)行投料,豎井深度多為100￣200m深,還原試驗(yàn)主要研究混凝土拌合物經(jīng)過(guò)豎井段靠重力自由下落,在井底瞬間緩沖停止,拌合物中粗骨料自身參數(shù)的變化及其對(duì)混凝土物理指標(biāo)的影響。