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深部复合岩层流变力学行为及其对TBM卡机灾害影响机理研究TBM的地质适应性不佳,在断层破碎带、富水裂隙带与软硬不均岩层等不良地质中容易出现TBM卡机灾害,而在深长隧道TBM施工中软硬复合岩层屡见不鲜,因此有必要研究TBM在深埋复合岩层中掘进时卡机灾害致灾机理及防治措施。
本文采用室内试验、理论研究及数值模拟分析相结合的方法,探究复合岩层常规三轴压缩及流变力学特性,提出能合理描述复合岩层力学行为的力学模型,据此分析深长隧道围岩变形的时空演化规律,结合ABH工程探究深埋软硬复合岩层条件下TBM掘进卡机灾害控制措施。
主要研究内容及成果如下:(1)采用水泥、石英砂和水等材料配制了软、硬两种类岩石材料,制作了不同层间倾角软硬层状复合类岩石标准圆柱形试样,进行了复合岩层类岩石试样三轴压缩流变试验,基于室内试验结果,分析了层间倾角对复合岩层流变破坏强度、破坏模式、流变变形及长期强度的影响规律。
(2)在经典Mohr-Coulomb模型及Burgers流变模型的基础上,通过引入累计损伤演化率,建立了岩石损伤软化本构模型以及岩石损伤流变本构模型,用以分别描述岩石在加载过程中的瞬时变形及流变变形特性。
将本构模型进行二次开发并用于数值计算,基于室内试验结果对模型的准确性及有效性进行了验证,对比结果表明模型可以较好反映岩石受力变形及损伤劣化特征。
(3)以ABH项目中TBM掘进隧道为工程背景,进行了深埋复合岩层中圆形隧洞开挖后隧洞围岩变形及破坏特征物理模型试验,研究了隧洞洞周收敛位移及破坏特征,分析了边界荷载恒定条件下洞周围岩内部主应力及主应变演化规律,试验结果表明隧洞洞周围岩损伤破坏规律同时受洞周围岩应力特征及围岩岩性特征所控制。
(4)进行了深埋复合岩层圆形隧洞开挖过程中围岩变形及破坏特征数值模拟研究,探究了层间倾角、层间距、支护力以及开挖暴露时间对隧洞洞周围岩变形及破坏特征影响规律。
(5)总结分析了TBM掘进卡机灾害工程实例,探究了TBM掘进施工隧洞卡机灾害防治措施及TBM卡机脱困方法,以ABH输水隧洞TBM施工工程为依托工程,采用本文建立的岩石损伤流变本构模型,进行了TBM掘进机在穿越断层破碎带时TBM机身与围岩相互作用数值计算,探究了超挖间隙与停机时间对TBM机身摩阻力的影响规律,研究结果将有助于TBM 在该区域中安全快速高效的掘进。
双护盾TBM的技术特点1.双护盾TBM技术特点隧道掘进机(TBM)根据支护形式分为开敞式、双护盾式、单护盾式3种类型。
开敞式TBM常用于硬岩施工；单护盾TBM 常用丁软岩及地下水位较高的不稳定地层施工；双护盾TBM 又称伸缩护盾式TBM，具有两种掘进模式，既可用于硬岩又可用于软岩，常用于混合地层施工，适应性非常广泛，其能安全地穿过断破碎地带。
1.1 双护盾掘进模式在围岩稳定性较好的地层中掘进时，位于后护盾的撑靴紧撑在洞壁上，为刀盘掘进提供反力，在主推进油缸的作用下使TBM 向前推进。
此时TBM作业循环为：掘进与安装管片—撑靴收回换步—再支撑—再掘进与安装管片。
双护盾掘进模式适用于稳定性较好的硬岩地层施工，在此模式下，掘进与安装管片同时进行，施工速度快。
1.2 单护盾掘进模式单护盾掘进模式适应于不稳定及不良地质地段。
在软弱围岩地层中掘进时,洞壁不能提供足够的支撑反力。
这时,不再使用支撑靴与主推进系统,伸缩护盾处于收缩位置,双护盾TBM就相当于一台简单的盾构。
刀盘的推力由辅助推进油缸支撑在管片上提供, TBM掘进与管片安装不能同步。
作业循环为:掘进→辅助油缸回收→安装管片→再掘进。
2 双护盾TBM的地质适应范围双护盾TBM一般适应于中～厚埋深、中～高强度、稳定性基本良好地质的隧道,并能适应各种不良地质,对岩石强度变化有较好适应性,双护盾TBM能够在很大范围的地层内有效地切削单轴抗压强度5～250MPa的岩石。
当在抗压强度小于3MPa的软岩中施工时,则采用单护盾掘进模式施工。
双护盾TBM对地质条件适应性强,既能适应硬岩,也能适应软岩,当采取相应措施时,能适应断层破碎带、高地应力、岩爆、岩溶、高海拔、涌水、富水高水压、煤系瓦斯、松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、基岩裂隙水及冻结层水等不良地质。
一般情况下,在整条隧道地质情况都差的条件下使用单护盾式TBM;在良好地质中多用开敞式TBM;只要不良地质的比例在某种范围内,就不宜采用敞开式TBM。
TBM 在煤矿施工中的应用与发展TBM 在煤矿施工中的应用与发展随着现代化建设的发展，煤矿建设和矿井开采的设备和技术也在不断地更新换代，其中一种创新的技术便是TBM（盾构隧道掘进机）的应用。
TBM 是由瑞士人Wahle 于1954 年发明，经过长期的改进和创新，现在已经成为一种非常成功的隧道掘进技术。
本文将探讨TBM 在煤矿施工中的应用与发展。
一、TBM 的优点1.加速开挖工作TBM 的一个显著优点是它可以加速隧道的开挖工作。
与传统的开挖方法相比，TBM 不需要进行手工挖掘，节省人力资源，高效、稳定地完成工作。
在煤矿施工中，TBM 可以让开挖的速度快上几倍，这极大地提高了施工的效率。
2.提高工作安全性TBM 的操作相比人工开挖更加安全。
人工开挖可能会遭遇坍塌、泥浆流动等安全问题，而TBM 可以通过其高速驱动系统来控制不稳定的地层。
另外，TBM 的运转可以避免空气污染，保护施工人员的身体健康。
3.节约成本TBM 的尺寸大小可以通过定制灵活地适应工作现场的不同需求。
因此，TBM 可以达到更高的开挖速度，实现更快的回收投资和盈利周期。
此外，使用TBM 的成本明显低于传统的开挖方法。
二、TBM 在煤矿施工中的应用TBM 在煤矿施工中的应用并不是很广泛，但是在一些特殊的情况下，TBM 的使用可以带来更多的便利。
例如：1.煤矿输送隧道的施工煤矿输送隧道是连接矿井与外部地面的重要通道，需要通过人工开挖、钻爆等方式进行施工。
TBM 可以替代煤矿输送隧道的传统施工方法，因其相比于传统施工方法具有更快的开挖速度、安全性更高、成本更低等优点，可以在施工中产生明显的效益。
2.矿山舱压病物理治疗隧道的施工矿山舱压病是一种发生在地下矿工中的肺部疾病，常见于煤矿的采矿作业。
为了防止矿工患上舱压病，一些矿山进行了物理治疗隧道的施工。
TBM 可以加速隧道的开挖，减少对矿工的伤害和不必要的扰动。
三、TBM 在煤矿施工中的发展TBM 在煤矿施工中的应用还处于起步阶段，但是它的未来发展前景广阔。
复合式TBM穿越富水地层常见危害及解决办法杨帆【摘要】以重庆轨道交通6号线二期复合式TBM(全断面隧道钻掘机)试验段工程蔡家段为例,分析复合式TBM在穿越富水地层时常见的掘进参数异常、反复喷渣、管片渗漏水严重及异常上浮、自旋转等问题的危害,认为保证复合式TBM安全穿越富水地段的关键就是控制地下水涌入,并探讨控制地下水涌入的具体办法.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2015(028)001【总页数】4页(P101-104)【关键词】城市轨道交通;复合式TBM;穿越;富水地层【作者】杨帆【作者单位】重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司重庆 401122【正文语种】中文【中图分类】U231.3随着社会的发展和中国城市化进程的展开，轨道交通已成为城市基础设施的重要组成部分。
而复合式TBM施工因其具有成型好、适应面广、对地层软硬通吃、自动化程度高、施工安全、掘进快速、对周边环境影响小等优点，而迅速在城市轨道交通施工中得到广泛应用[1]。
但复合式TBM作为改进后的盾构，在穿越江、河、湖泊等富水地层时，仍存在掌子面失稳、掘进喷渣、管片上浮、旋转现象严重、隧道渗漏水较大等问题。
笔者以重庆轨道交通6号线二期复合式TBM试验段蔡家段工程为例，详细阐述复合式TBM在穿越富水地层时的常见危害，分析探讨复合式TBM穿越富水地层时的具体办法及技术控制要点。
曹家湾站—蔡家站复合式TBM区间隧道位于重庆市北碚区蔡家组团，起于蔡家镇双碑村双碑水库旁，终点接蔡家镇蔡家站。
隧道采用盾构工法掘进施工，使用机械为复合式TBM。
该机械与复合式盾构构造及原理相近，均为城市地铁硬岩隧道施工而研发的一种隧道掘进机，其将软土掘进机(盾构)与硬岩掘进机(TBM)的功能进行了综合，配有大功率推进油缸及复合刀盘，具有一机三模式功能(土压平衡式、开敞式、半开敞式)[2]，并配有自动导向系统、随动铰接装置、可分区控制推进油缸，具有适应地层广、掘进速度快等特点。
TBM施工适应地质条件分析【摘要】采用TBM施工隧洞，关键是选择与地质条件相适应的围岩类型。
TBM掘进速度主要取决于围岩类型及岩石的强度，在强度适中的岩洞段，掘进速度可达2.4～3.2m/h。
如在软岩、粘土岩洞段，其掘进速度最多仅以2～5m/d 为限。
因此, TBM 施工受围岩条件的限制，许多隧洞在施工中遇到特殊围岩隧洞段，已经证实，TBM不宜承担软岩隧洞的掘进。
引黄工程地质条件复杂，隧洞穿越地层除大部分为硬岩外，包括粘土岩、膨胀岩、泥岩、煤层、断层等不良地质条件也是不容忽视的。
关键词：TBM地质条件；流塑状态；持力层；荷载1. 前言引黄工程是我国目前使用TBM施工最多的项目。
南干线由6台TBM完成134.52km 的掘进隧洞；北干线1#隧洞全长43.694km,上游18.694km,用钻爆法施工，下游采用TBM逆坡掘进，单机掘进长度25km，地质条件复杂，隧洞穿越地层，长达12km的洞室围岩有膨胀性粘土岩，炭质泥岩、泥岩、富水地层、断层等不良地质条件；隧洞处于地下水位以下，局部洞线外水压力较高，尽管双护盾TBM施工能够克服许多不良地质条件的影响，达到快速、安全、一次性成洞的效果。
但是，面对千变万化的地质条件，TBM的适应能力也较弱。
在引黄北干线1#隧洞施工中，遇到膨胀性粘土、炭质泥岩、泥岩等洞段，TBM在施工中就受到很大的限制。
2 . TBM下沉TBM施工的不足之处在于对不良工程地质条件的适应性较差。
引黄北干1#隧洞开挖直径4.819m，该隧洞于2006年9月19日正式开始掘进。
掘进到桩号39+448.468m时，遇到炭质泥岩、泥岩饱和层等地层。
由于炭质泥岩为软塑～流塑状态，促使TBM掘进机快速下沉，到桩号39+426.231m处时，最大下降318mm。
致使TBM无法正常掘进而被迫停机长达137天。
3．粉砂质泥岩、泥岩、岩石物理力学指标分析：吸水率为3.4%，基岩渗透系数（k）为0.509m/d，软化系数为0.38，饱和单轴抗压强度为10.3Mpa，饱和抗拉强度为2.3 Mpa，抗剪断强度（C）为3.6 Mpa，内摩擦角（φ）为35.3°，弹性模量（ES）为0.3×103 Mpa，泊松比为0.23。
不良地质条件对TBM施工的影响及预防应对措施作者：许成发来源：《科技创新导报》2017年第28期摘要：在TBM掘进过程中会经常遇到各种破碎带及不良地质条件。
不良地质条件会造成TBM卡机、无法支撑等问题，严重制约了施工进度。
本文结合辽西北工程施工实践经验，阐述了TBM通过不良地质条件的技术措施。
关键词：不良地质条件卡机 TBM中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0042-021 不良地质条件在掘进机掘进施工中，可能会遇到的不良地质主要有裂隙和断层、极软岩或不稳定围岩、地下水洞、岩爆等。
提前预防并合理处置是提高TBM掘进效率的关键。
2 TBM通过不良地质段的主要技术措施TBM在通过不良地质段应提前准确预测，提前采取防范措施，防护是确保快速、安全掘进的关键环节。
同时优化掘进参数，从而减少或避免塌方的发生。
2.1 软岩或不稳定围岩的处理措施如遇到泥质粉砂岩、泥岩等类地层，由于该类地层以泥质胶结为主且胶结程度差，存在遇水崩解或膨胀的现象，当掘进时，有可能将掘进机紧紧抱住，出现卡机现象。
在该地层掘进应选择快速通过，相对于护盾型（双护盾机、单护盾）TBM而言，应根据地质预报明确掘进机所处地层应力变形模量（单位时间内洞型变化量）。
在预知工程所处地质存在塑性变形洞段，在TBM设计时应考虑刀盘开挖直径与各盾体直径预留倒阶梯型变化余量，并从分考虑在TBM 快速通过时，岩石的塑性变化到最大，时间与盾体长度之间的关系。
相对于开敞式TBM而言，由于盾体的特殊，其盾体为浮动直径可变化形式，再加盾体较短卡机/压机几率极小。
发生卡机多为大块岩石跌落对刀盘的卡死现象，此类卡机一般比较容易处理。
2.2 断层破碎带的处理措施TBM在隧洞的挖掘过程中，掌子面围岩被破碎之后无法自稳而出现坍塌，进而大量的石块、石渣就会夹杂着泥水涌入TBM的刀盘内，这时设备皮带机的出渣量就会突然增加，刀盘扭矩和电机的电流急剧增加，最终导致刀盘无法转动；围岩软硬不均，刀盘旋转时易产生震动，影响刀具的使用寿命，造成滚刀密封漏油，轴承损坏等问题；开挖面及边墙坍塌，撑靴支撑不稳，受力不均，易损坏掘进机支撑结构；围岩软硬不匀，造成接地比压变化较大，可能会引起TBM机体的不均匀下沉，掘进方向难以控制。
