中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。     

开敞式TBM滑板式步进技术在引松工程的应用

以引松工程为背景,结合TBM施工前的基建要求,详细介绍开敞式TBM滑板式步进机构的组成、步进原理,并概述滑板式步进技术对步进洞、始发洞、不良地质预处理段步进洞、检修洞的建造要求。最后,根据实际应用情况对滑板式步进技术始发和接收的操作流程、步进过程中的注意事项、出现的问题及步进效果进行总结,并结合基建要求对该种步进机构的优缺点进行阐述,可为类似TBM工程的前期基建及步进作业提供参考。     

重庆轨道交通开敞式TBM施工问题及对策

重庆轨道交通六号线一期五里店—山羊沟水库敞开段节点工程是开敞式TBM首次应用于城市轨道交通工程。基于TBM试验段工程实践,存在初期支护较强、二次衬砌施工及工期控制难度大等问题,针对这些问题,提出基于"动态设计、动态施工"优化初期支护设计,采用"同步衬砌"方案组织二次衬砌施工,优化开敞式TBM项目工程筹划等措施,保证了开敞式TBM在试验段及后期工程的顺利掘进,并证明了重庆轨道交通地下区间隧道采用开敞式TBM施工的可行性。     

长大隧道开敞式TBM同步衬砌施工技术应用前景及发展趋势

目前我国所使用的TBM以开敞式为主,通常情况下,隧道掘进之后需要施作初期支护以及二次模筑混凝土衬砌,隧道施工总工期较长。为了解决开敞式TBM不能同步施作现浇混凝土二次衬砌的难题,结合南疆铁路吐库二线中天山隧道和兰渝铁路西秦岭隧道工程实例,研发了有轨运输出渣（开挖直径88 m）和连续皮带机出渣（开挖直径1023 m）2种工况条件、2种断面下的开敞式TBM同步衬砌施工技术,并成功应用。探讨了该技术的应用前景及发展趋势,指出： 该技术具有重大的推广意义和广阔的应用前景,下一步需要深入地、系统地研究不同工况、不同断面条件、不同作业范围的同步衬砌施工技术,如小断面同步衬砌、现浇混凝土仰拱同步衬砌、全断面同步衬砌等施工技术,使之形成系列工法,推动我国长大隧道TBM施工技术的全面发展。     

软岩隧道超前导洞应力释放力学机制及适用性

为研究软岩隧道超前导洞的适用性，基于经典弹塑性理论，建立深埋软岩隧道超前导洞法开挖应力释放的力学模型，采用2阶段的方法推导考虑超前导洞应力释放的隧道开挖弹塑性解。定义围岩应力释放比来反映应力释放的效果，并研究不同地应力、围岩弹性模量、强度等条件下超前导洞开挖半径对应力释放效果的影响。结果表明： 通过施作超前导洞可以降低作用在支护结构上的围岩压力，尤其是在高地应力环境或围岩较软弱的条件下，采用超前导洞法进行应力释放效果更加明显。但导洞半径并非越大越好，现场试验表明： 对于3车道大断面软岩隧道，导洞断面太大对隧道围岩的稳定不利。隧道施工中，应在保障围岩稳定的前提下进行应力释放，做到初期支护尽早封闭成环，实现隧道安全快速施工。     

“一洞双机”TBM组装洞结构形式优化分析与探讨

北疆供水2期工程某标段采用“一洞双机”的TBM施工组织模式，即2台TBM的组装及掘进施工均通过同一个组装洞进行，这对组装洞的结构形式提出了新的要求。为便于TBM组装及快速掘进施工，采用工程类比与数值计算相结合的方法，首先，从2台TBM同时组装与快速掘进施工等需求出发，分析原组装洞设计形式的缺陷； 然后，提出优化方案，并对结构变化较大的部位（主支洞交叉口处）进行结构受力验算，确保结构稳定。按照优化方案修建的TBM组装洞完成了2台设备的同时组装任务，并在后期掘进施工中初步达到了连续、快速掘进的目标，缩短了工期。     

高楼山特长公路隧道施工方案研究

针对高楼山隧道特殊的工程特点,本文展开施工方案研究。首先,从工程规模及设备配置、土建投资估算和土建工期等方面进行综合比较,推荐高楼山隧道采用一台小断面TBM小导洞结合钻爆方案和一台全断面TBM结合钻爆施工方案。其次从地质条件、施工管理等方面分析了高楼山隧道采用TBM施工的可行性,得出高楼山隧道采用TBM施工可行。     

北京地铁大卵石地层采用开敞式盾构机施工的可行性

针对大卵石地层盾构施工的难点,从地质适用性、结构可维护性、自身性能特点、处理大卵石或孤石的优势、施工安全性与质量、施工速度等方面进行分析,阐述开敞式盾构机的可行性,给出了北京地铁开敞式盾构设计方案及施工工艺;针对大砂卵石地层中盾构施工,从掘进速度、经济特性、综合性能等方面对土压平衡盾构机与开敞式盾构机进行了对比,表明了在大卵石地层采用开敞式盾构机是值得考虑的。     

敞开式TBM空推步进技术在引松供水工程的应用

引松供水工程4标段隧洞主要采用敞开式TBM进行施工，为节省工期，部分洞段变更为钻爆法施工接应，TBM步进通过。为使TBM在圆形钻爆段快速步进，通过分析TBM在圆形断面空推步进的影响因素，研究钻爆段弧形底板的施工方法、质量控制措施，以及TBM在步进过程出现撑靴撑不到洞壁、撑碎洞壁，底板破碎和底部高低不平等问题的解决措施，使TBM安全、快速步进通过；通过与滑板式步进技术进行对比分析，总结2种步进方式的适应性以及优缺点。     

开敞式TBM步进技术

我国采用硬岩掘进机施工的项目,有一个突出的特点是TBM法和钻爆法充分结合,因而开始掘进前、中间转场或贯通后TBM都需要步进,甚至是长距离步进,TBM步进速度对工期影响较为明显。本文系统地总结了现有的TBM步进技术,重点论述目前效率最高、迅速得以推广应用的滑板式步进技术,包括结构与原理、步进流程、技术要点、应用效果、适应性改进、辅助工程需要注意的事项等。开敞式TBM采用滑板式步进技术具有设备投入少、施工设施投资少、步进速度快、适用于长短距离步进的优点。     

台湾海峡隧道工程规划方案若干关键性问题的思考

首先对台湾海峡隧道的若干技术关键问题作了简要归纳,包括地质地貌、线位选择、过海交通方式、耐久性问题、施工方法、加建中间服务隧道的必要性及主要功能等。简要分析了修建隧道过海的技术优势和存在的问题,指出对台海大通道桥、隧方案的比选和优化,日后定将是前期方案和工程可行性设计中的重中之重,应从长计议。重点对隧道越海施工方案和工期的设想进行了阐述,推荐采用第1方案(中间服务隧道(5.5)先行,主洞大型TBM(8.0 m)和后面的车架先拆卸成块后从服务隧道和平洞进入主隧道内,经洞内组装后再开挖掘进),第2方案作为备选(先用5.5 m TBM开挖(经横洞时仍需拆卸,待进入主隧道后再在洞内组装);主洞先形成5.5 m小洞后,随后再用钻爆法扩挖成型8.0 m)。按第1种方案对150 km的隧道工期进度进行了估算,含地勘在内的估算工期约为30年。     

对隧道TBM导洞扩挖法施工的探讨与展望

介绍导洞法的概念及其作用,分析导洞法的特点及其适用条件。以2座已建成运营的单洞双线铁路隧道和1座施工图设计阶段的双洞6车道高速公路隧道共3座地质差异较大的特长隧道为依托,主要进行以工期关键工序--挖掘和初期支护为研究对象的工期方案模拟,并比对模拟方案工期与实际或施工图设计工期。认为： 1）软弱破碎围岩比例高的单洞隧道应慎重采取TBM导洞法。2）仅用1台TBM单向导洞法取代工期性辅助导坑对单洞特长隧道而言是不可行的;在单洞特长隧道建设中,2台TBM相向实施TBM导洞法是可行的,但须具备设置辅助导坑的条件,辅助导坑宜按无轨双车道断面设置。3）在双洞特长隧道建设中,双洞各用1台TBM相向平行导洞法则有望取代工期性辅助导坑;双洞特长隧道实施TBM导洞法,在工期、成本(投资)、不良地质应对方面有明显优势。4）川渝地区广泛分布的泥岩、砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩及其互层地层具有实施TBM导洞法的天然地质优势。最后对TBM导洞法的应用前景进行了展望。     

深埋、复杂地质条件大直径隧道TBM的设计进展与创新

要提高在深埋、复杂条件下大直径隧道TBM（隧道掘进机）的应用效率,必须正确选择TBM的类型。为了给复杂条件下TBM的选型提供借鉴和指导,总结现有的各类型TBM的特点,分析其在混合地质条件下开挖大直径、长距离隧道的局限性,提出不同地质条件下大直径隧道TBM选型指南,介绍意大利SELI公司开发的3种新型TBM,即紧凑型双护盾通用TBM（DSU Compact TBM）、土压平衡双护盾通用TBM（DSU EPB TBM）和土压平衡单护盾通用TBM（SSU EPB TBM）及其运行特点和适用范围。得出结论：传统TBM没有专门针对复杂地质条件下的大直径隧道的研究与设计;为满足市场需求,必须开发新型TBM;意大利SELI公司开发的3种新型TBM,每种专门针对特定的地质条件,这些新型的TBM能够应对复杂的地质条件,并能克服在不同覆盖层下开挖长隧道时的最常见危险。     

软土地层大断面矩形隧道结构施工力学行为监测与分析

为确保软土地层大断面矩形下穿隧道施工时的安全,以昆明轨道交通3号线区间浅埋暗挖隧道为依托,采用中导洞法,将全断面分成6个导洞按照先中间后两侧、先上面后下面的顺序施工,并采用现场监测和理论分析的方法对隧道支护结构受力进行全过程监控与分析。监测分析结果表明:在矩形隧道顶部与侧面设置超长大管棚条件下,隧道初期支护内力变化较小,因受不同导洞开挖扰动影响,隧道结构底部出现受拉现象,导洞(2)(中下导洞)、导洞(4)(左下导洞)和导洞(5)(右上导洞)对整体结构安全起决定性作用,需要重点监控;最大围岩接触应力出现在导洞(4)(左下导洞)底部,隧道4个角的围岩应力明显大于其他部位,需要加强隧道底部基础注浆,以提高地基承载力;临时支护应力受不同导洞开挖影响出现明显的波动,很好地反映各导洞施工过程中围岩应力释放的特征。     

铁路瓦斯隧道施工特点及问题探讨

通过对铁路瓦斯隧道现有施工规范分析,并参考《煤矿安全规程》,对铁路瓦斯隧道施工特点进行总结;同时通过对相关条款的分析、研究,并对照国内已发生的瓦斯隧道施工、低瓦斯矿井生产事故,对现有规范中存在的问题进行探讨,提出以下建议：1) 进一步明确进洞管理系统的标准和要求;2) 进一步明确和细化瓦斯隧道电力供应原则;3) 进一步明确和改进瓦斯隧道机电设备防爆性配备的原则和相关条款。     

岩石掘进机(TBM)刀具消耗预测研究

鉴于刀具消耗费在岩石掘进机（TBM）施工总成本中占有相当高的比重,从刀具消耗的原因入手,采用因果分析图法对各工程数据进行了统计和拟合,得出刀具消耗预测方法,最后结合实际工程从刀具消耗量和费用方面对该方法进行验证。     

浅埋偏压黄土连拱隧道施工方案有限元数值模拟

双连拱公路隧道在平面线路、洞口位置的选择上较分离式隧道自由度大,在一些中短隧道建设中,往往采用双连拱隧道结构形式。结合山西省离石黄土连拱公路隧道,进行黄土连拱隧道的关键施工力学问题研究:正洞上下台阶法与侧壁导洞法施工方案比较研究;先左洞(靠山一侧)施工方案和先右洞施工方案的对比。计算结果表明对于偏压黄土连拱隧道应采用先开挖靠山一侧的侧壁导洞法进行施工。