利用CAD三维分析TBM掘进过程中不良地质问题

质条件，是制约发挥其施工速度快、成洞质量好的主要因素。因此，在施工过程中，遇到较大的断层 以及不同结构面之间的不利组合，应根据其发育的产状，使用AutoCAD三维进行建模分析，为TBM 施工中提出可靠的处理依据，既能节约投资，又能节约工期，为后续的施工，积累宝贵的经验。通过

新疆某引水隧洞中所遇到的实际问题，运用AutoCAD三维进行建模分析，指导实际工作。关键词：AutoCAD; TBM;断层；三维建模；断层泥中图分类号:U45文献标识码:A文章编号:1004-5716（2019）05-0176-021工程背景2工程地质问题此段采用TBM施工，相比传统的钻爆法,具有施

1.1工程概况新疆某引水隧洞全长26.1km,采用单台双护盾

工速度快、对围岩扰动较小、安全的特点。但TBM受 地质条件约束比较大，对于护盾前方围岩情况受TBM 护盾的影响，不能及时地观察，对于围岩的判定有一定

TBM掘进，洞身设计为圆形，开挖洞径为7.0m冰力坡

度#1/2310。此段由隧洞出口向上游进口段掘进，洞

轴线为340。,根据地质条件.分为n、IIIa、IIlb、IV、V类 围岩.II和Illa围岩不进行二次衬砌,IIIb、IV、V后期进 行永久性衬砌。的影响。TBM掘进到桩号143+025m处，此段岩性为黑云

母片麻岩，产状30。〜4（TNWZ40。,呈薄片状。TBM推 力下降到5000〜7000kN.贯入度却达到10〜15cm/r, 扭矩大于3000kN，由于掌子面距离护盾有6m,被护

1.2基本地质条件该段位于阿尔泰山南坡低山丘陵区.地形略起伏、

开阔、分布高程678〜770m,相对高差100m,沿线基岩 多裸露。此段出露基岩岩性为华力西期花岗岩、黑云

盾所遮盖，看不见此段的围岩情况。由此只能判断

前方围岩破碎，但对于隧洞塌方的原因以及塌方延

母花岗岩、黑云母角闪斜长岩、片麻花岗岩，块状构造，

伸情况，却不能准确地判断。作为设计地质人员.做 出准确的地质条件判定，提出合理的处理方案和支

围岩中石英含量一般为15%〜25%。该段主要发育

fl20、fs6、1122、fg、fl23、f124、fl25、fl26、f（W、fl27、fa）和 fd 12 条断层,

其中&、&、f«＞、fz断层规模较大，破碎带宽6〜12m,产

护措施，是工程即安全又经济的依据。对于施工单 位，不同的处理方案和支护措施，所需的原材料和人

状分别为:55°NWZ80°. 290°SWZ85°. 290 °SWZ 85 ° 和65 ° NWZ 75。，断层走向与洞线夹角50。〜70。，在 洞内延伸长度大于15m,对洞室稳定影响较大，其他

员配置也不一样，例如，工程区处于戈壁滩无人区， 交通运输有限，塌腔所需的回填材料，轻型的珍珠岩

运输需要一定的时间。在刀盘处仔细观察，掌子面 处发育一条断层f廊，产状50°NWZ45°,带宽3〜5m,

断层宽度较小，破碎带宽度0.3-5m,带内以断层泥 和挤压破碎裂岩为主，断层延洞轴线伸长大于10m, 对洞室稳定影响较大，洞内地下水以基岩裂隙水为

带内为断层泥夹碎裂岩，倾上游，与洞轴线大角度相 交.有滴水现象。主，估算隧洞段总用水量1429m7h,施工应加强排水 措施。3 AutoCAD三维建模分析3.1建模收稿日期:2018-12-27修回日期:2018-12-28作者简介:马琪（1989-）.男（冋族）,甘肃天水人.助理工程师.现从事水刊水电地质勘査技术工作2019年第5期西部探矿工程177在AutoCAD三维空间中.在桩号143+040〜142+ 950m段建立二维模型。根据已知洞径7.0m.洞轴线方

向340。,按1：100建立隧洞模型。根据断层的产状50。

NWZ45。,带宽度5m,建立断层带模型,和隧洞拱顶和 洞底相交,判断塌方和延伸状况，见图1。3.2结论及处理措施⑴根据三维模型分析，断层f曲向下游延伸至桩号

143+020m处拱顶.根据断层的性质，属于张性逆断层， 带内为断层泥夹碎裂岩，护盾处已经产生塌方,纵向深

度3〜5m；向前方延伸至143+000m处至洞底，有20m 的塌方段，空腔3〜5m。所以，塌方体露出护盾后，及

时对喷射C30混凝土封闭岩面，加密HW150型钢拱 架，中心间距控制在45cm(设计图纸间距0.9〜1.8m), 拱架间采用H12槽钢焊接，环向360。布设,间距lm,使 拱架成为一个整体,并设立腹拱共同受力。(2) 根据断层的走向和倾向，在二维模型中可以看

出，随着掘进的过程，护盾露出围岩,143+10m之前右 洞壁比左洞壁完整(上游方向)，之后左洞壁比右洞壁

完整。所以，应分时加固左右两侧处围岩，节省工期，

使TBM尽快通过断层带。(3) 根据断层的延伸，断层在142+000m处延伸至 洞底，由于带内为断层泥，所以基础软弱，难以支撑 TBM轨道和后支撑，需及时置换，保证TBM顺利通

过。(4) 断层未延伸至下半洞时.主要以低速掘进；延

伸至下半洞时，根据出渣情况确定刀盘的转速,在无大

块石渣出现，掘进过程中无塌落时.一般选择高速掘

进，若有大块石出现并伴有围岩塌落,一般选择低速

掘进。(5) 应加强超前地质预报,采用物探和钻孔相结合

的方式开展超前地质预报工作,并随着TBM不断向前

掘进,每掘进5m增设监测点,加强变形观测。4小结目前TBM已广泛应用于各种类型的隧道施工中， 由于设备对地质条件适应性差，施T-过程中会遇到各

种不良地质条件,尤其对于较大的断层以及结构面之 间的不利组合，应更多地使用AutoCAD三维进行模拟

分析,为TBM施工中遇到的不良地质问题提出可靠的

处理依据，既能节约投资，又能节约工期，为后续的施

工，积累宝贵的经验。参考文献：[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50487.水利水电T. 程地质勘察规范⑸.中国计划;I!版社.2008.[2]

中华人民共和国水利部.SL629-2O14引调水线路丁.程地质

勘察规范[S].中国水利水电HI版社,2014.[2]中华人民共和国水利部.SL378-2OO7水工建筑物地下开挖

T.程施工规也[S].中国水利水电出版社,2007.Three-Dimensional Analysis of Unfavorable Geological Problems in TBM Driving by CADMA Qi(Xinjiang Institute of Water Resources and Hydropower Survey and Design, Urumqi Xinjiang 830000, China)Abstract:At present, TBM is more and more widely used in all

kinds of tunnel construction. In the process of TBM excavation,

various unfavorable geological conditions will be encountered, which is the main factor restricting the construction speed and the

quality of the tunnel. Therefore, in the construction process, when encountering large faults and unfavorable combinations between

different structural planes, we should use AutoCAD three-dimen­

sional modeling and analysis according to the occurrence of their

development, which can provide reliable treatment basis for TBM construction, save investment and time, and accumulate valuable

experience for subsequent construction. Through the actual prob­lems encountered in a diversion tunnel in Xinjiang, the use of Auto­

CAD three- dimensional modeling analysis had guided the actual work.Key words: AutoCAD； TBM； fault； 3D modeling； fault gouge