盾构机知识
岩体参数对TBM施工的影响——地应力条件对 TBM 施工的影响
地应力既影响 TBM 的开挖速度也影响 TBM 的总掘进进度,对刀具磨损的影响也比较大。地应力对 TBM 掘进速度的影响:
(1)当地应力较低或不足以使岩石产生板裂时,地应力的增大意味着围压增大,不利于岩石破碎,TBM 掘进速度随之降低。
(2)相对于岩石强度,如果地应力足以使岩石产生板裂,而且又不至于造成破坏性岩爆,有利于岩石破碎,TBM 掘进速度随之增加。
(3)如果地应力过高,使岩石产生劈裂、剥裂、岩爆等,会造成掌子面不稳定,不利于岩石破碎和进尺。
地应力对岩体支护(掘进进度)的影响:
(1)高地应力作用下,脆性岩石产生的岩爆,对施工安全及支护产生很大的影响。岩爆造成了隧道壁的破坏,对 TBM 撑靴的稳定及提供反力产生很大的困难。
(2)高地应力作用下,软弱岩体会产生很大的挤压变形,给支护及 TBM 开挖造成很大困难,也可能造成 TBM 卡机事故。
地应力对 TBM 滚刀磨损的影响:
(1)高地应力条件下,掌子面岩石的破裂及劈裂造成岩石不规则破坏,容易形成大块的岩石不能进入岩片收集口,形成岩块的二次碾磨。
(2)岩爆过程中形成的岩片易造成滚刀口的堵塞,造成滚刀的异常磨损及轴承的破坏。
(3)由于掌子面不平整,刀盘在滚动过程中对滚刀产生冲击荷载,易造成滚刀的异常破坏。
瑞士到奇堡铁路隧道南段使用全断面岩石 TBM 开挖,直径为 9.43m。隧道南段沿线地层为花岗岩及花岗闪长岩,最大埋深达约2000m。开挖过程中出现了中等程度的岩爆,对 TBM 开挖产生了下面的影响:
(1)掌子面剥裂岩块的形成直接造成进渣口及传送带的破坏,加剧了滚刀及刀盘的磨损,降低了 TBM 的利用率及掘进速度。
(2)由于掌子面岩块的剥落,造成掌子面不平整,增加了刀盘的振动及滚刀的冲击荷载,加剧了滚刀及刀盘的异常磨损。
地应力对岩体支护(掘进进度)的影响:
(1)高地应力作用下,脆性岩石产生的岩爆,对施工安全及支护产生很大的影响。岩爆造成了隧道壁的破坏,对 TBM 撑靴的稳定及提供反力产生很大的困难。
(2)高地应力作用下,软弱岩体会产生很大的挤压变形,给支护及 TBM 开挖造成很大困难,也可能造成 TBM 卡机事故。
(3)在掌子面后方,由于岩块的剥落,在隧道两侧形成了深达 1m 左右的凹槽,加大了支护难度,降低了掘进进度。
(4)凹槽的发展给撑靴的放置及 TBM 提供推力造成了困难,降低了 TBM 掘进进度。南非金矿 TBM 开挖也产生了类似的问题,但最后对 TBM 进行了一些改进并对施工过程进行了控制,有效地克服了上述问题,降低了高地应力对开挖的影响。在我国最典型的实例就是锦屏二级水电站引水隧道 TBM 开挖过程遇到的高地应力问题。
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知识点:地应力条件对 TBM 施工的影响
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