川藏铁路隧道钻爆法施工机械选型与开挖方法探讨

对于川藏铁路隧道工程采用钻爆法施工机械的选型,分析了近二十年来高原寒区铁路长大隧道无轨运输施工机械配置情况,针对川藏铁路隧道不良地质和现有的应对措施,介绍与之相适应的机械设备,并对有利于隧道钻爆法机械化施工的开挖方法提出建议。     

川藏铁路隧道钻爆法施工成套装备技术体系研究

为实现川藏铁路高起点、高质量、高标准的建设目标,针对高原长大隧道群在地质、气候、生态等方面的风险和挑战,系统性地开展钻爆法成套装备技术体系研究。首先,对川藏铁路隧道钻爆法施工面临的主要挑战进行系统分析,提出与工程特点紧密结合的高原环境、复杂地质、生态环境、机群协同4方面装备技术需求,并详细阐述对应装备的适应性设计技术。然后,以常规地质标准化配置和特殊地质针对性处置为策略,提出川藏铁路隧道施工成套装备体系的建议方案,以适应川藏铁路一般性及特殊风险隧道建设的需要。最后,针对川藏铁路工程对数字化、信息化管理的更高要求,开展以装备数据为驱动的围岩分级与动态设计、装备机群施工调度、施工质量在线评价关键技术的初步探索。通过建立智能成套装备机群协同作业平台,依托机械化、信息化、智能化为川藏铁路安全、优质、高效、绿色建设提供支撑。     

川藏铁路隧道TBM适应性选型分析及不良地质对策与思考

川藏铁路具有高海拔、高寒、地质条件复杂、超长隧道众多、隧道埋深大、辅助坑道设置条件差和环境保护要求高等特点,隧道工程的顺利推进将是川藏铁路成功修建的关键因素之一,而众多的长大隧道全部采用钻爆法施工也将面临巨大挑战,在川藏铁路推广扩大TBM应用应更符合隧道发展的预期,但类似环境条件下TBM应用案例并不多。为提升TBM在川藏铁路隧道的适应性并推进其应用,结合川藏铁路隧道的建设总体要求、地质条件、环境特征和各类型TBM特点,充分吸收前期相关各方大量阶段性调查研究成果,对川藏铁路隧道TBM的应用进行了认真的系统分析与深入对比,综合性给出了川藏铁路隧道TBM的选择原则、适应性和选型结论,认为现阶段推荐的4座TBM隧道和敞开式TBM选型是合理的。另外,针对川藏铁路隧道的重大不良地质,对TBM的针对性设计、施工措施和下一步工程推进等方面提出了一些建议和思考。     

川藏铁路隧道钻爆法施工机械化设备选型初探

为解决川藏铁路隧道钻爆法施工机械化设备配套问题，结合隧道9条作业线，针对每条作业线对设备进行分类，从设备性能、结构参数与川藏铁路隧道断面大小、海拔高度、施工效应等方面对国内现行隧道机械化设备进行适宜性评价初探，提出隧道施工9条作业线配套的机械化设备。基于配套设备，初步提出川藏铁路隧道机械化配置模型，将隧道机械化配套划分为3种类型，即低海拔高配型（A）、低海拔低配型（B）、高海拔高配型（C）。A型是以“凿岩台车+混装炸药台车”为代表的机械化配套类型； B型是以“风枪+开挖台架”为代表的机械化配套类型； C型是以“凿岩台车+混装炸药车+高原型挖装设备+电动运渣设备+高原制氧机+移动式免维护空压机”为代表的机械化配套类型。     

川藏铁路隧道设计理念与主要原则

川藏铁路隧道工程规模大,地质条件极端复杂,高原高寒特殊气候显著,建设难度极大。为做好隧道工程的总体规划设计,通过大量调研、总结类似工程技术、专题研究和科技攻关,提出"科技引领、重视环境、安全智能"的川藏铁路隧道设计新理念,形成隧道选址、分合修、横断面、支护结构、防排水、防寒抗冻、防灾救援、机械化配套、施工通风和供氧、弃渣与环保、超前地质预报、施工组织等的主要设计原则,以期对川藏铁路隧道工程的规划和建设起到技术支撑作用。     

川藏铁路雅安至林芝段隧道建造面临的主要工程技术难题与对策建议

川藏铁路雅安至林芝段新建线路全长1018km,其中,隧道工程长达841km,隧线比高达82.6%,最长隧道易贡隧道长42.4km。川藏铁路雅安至林芝段隧道建设面临极端复杂的地质条件、极为艰巨的工程规模、极其恶劣的自然条件、极度敏感的生态环境等世界级挑战,是中国乃至世界上地质条件最复杂、施工难度最大的工程。初步分析川藏铁路雅安至林芝段隧道建设中将要面临的十大主要工程技术难题,结合川藏铁路隧道极端特殊施工环境,从地勘、选线、施工组织、技术与装备创新、防灾减灾、应急救援及环境保护等方面提出对策和建议,以期为川藏铁路勘察、设计、施工、运维等提供借鉴,通过系列化的创新,实现我国从"隧道大国"向"隧道强国"的跨越。     

当金山特长隧道设计方案研究

在高原、高寒地区修建单线单洞特长隧道,面临隧道勘察选线、施工方法选择、长距离通风、深竖井施工、生态脆弱区环境保护以及低氧环境下施工等一系列世界性技术难题。结合敦煌至格尔木铁路当金山特长隧道的设计全过程,对特长隧道的勘察设计进行全方位介绍。针对当金山特长隧道"三高(高海拔、高地应力、高地震烈度)"、"两低(气温低、气压低)"的地域特点,以及"三长(单面坡长、独头通风距离长、反坡排水距离长)"、"两多(断层破碎带多、不良地质多)"、"两大(埋深大、水量大)"等工程特点,对"钻爆法、TBM法、钻爆法+TBM法"3种施工方案进行系统的经济技术比选,最终确定大型机械配套的钻爆法施工方案。最后对单线铁路特长隧道的设计与施工提出了一些建议:1)特长隧道选线时重视物探技术;2)处理好勘察与设计的关系;3)高海拔特长隧道应加大机械化施工;4)特长隧道应充分发挥平行导坑的作用;5)重视环境设计。     

川藏铁路色季拉山隧道设计方案研究

色季拉山隧道为川藏铁路控制性工程之一,长度超越我国已建和在建山岭铁路隧道,特长隧道面临陡峻的高原地形、复杂的地质条件、恶劣的高原高寒环境和严格的环保要求,隧道修建将面对前所未有的技术难题。论文结合隧道环境及工程、水文地质条件及建设重难点,经专题研究,开展了多个高原复杂越岭线位、隧道分合修、特长隧道总体施工方法和防灾救援等重大工程方案研究,对TBM法隧道段设计、TBM设备选型及关键技术要求、长大辅助坑道设计、越岭防灾救援等关键设计方案进行分析论述,并针对高地应力下的硬岩岩爆防控关键技术提出成套设计方案。色季拉山隧道推荐38km长隧道越岭方案,采用"敞开式TBM为主,钻爆法为辅"的分修方案,按照"以人为本、有序疏散、安全待避、限时救援"的原则设计2座紧急救援站,制定了"预警先行,主、被动防控及作业人员安全防护"的岩爆综合防治技术。相关设计可丰富我国复杂环境下长大越岭隧道的设计技术,也可为后续类似工程的建设提供借鉴和参考。     

取芯水平钻探对川藏铁路隧道施工效率的影响研究

为研究川藏铁路深埋隧道超长水平钻探实施的可行性及复杂地质条件下水平钻探对隧道施工的影响程度,在川藏铁路隧道勘察设计中开展大量调研工作及地表超长深埋水平钻探试验,并结合隧道掘进指标、钻探速度,研究钻爆法及TBM施工中超长超前水平钻探对隧道掘进效率的影响程度。研究结果表明:1)在单位长度内,围岩地质条件越好,钻探深度越大,隧道掘进速度越快,超前水平钻探对施工影响越大。2)在Ⅱ、Ⅲ级围岩地段,在TBM设备后方180m处实施超前水平钻探时,水平钻探进度难以追赶TBM施工进度,钻探对施工指导意义相对较小;在Ⅳ、Ⅴ级围岩地段,水平钻探进度可以很快追赶上TBM施工进度,在TBM施工受阻等复杂地质条件下,采取水平钻探技术对指导隧道施工有一定意义。3)在护盾处开展长距离连续水平钻探时,对隧道施工的影响程度最大可达85.11%,影响较大。综合分析表明,超前水平钻探在断层破碎带、强富水及高压富水、岩溶等不良地质地段实施较为合适。     

铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

为配合郑万高铁实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、快速、高质量修建技术,针对超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌等关键工序开发系列化智能装备,并系统性地总结和提炼钻爆法隧道智能建造装备的4大支撑技术,即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统,是实现隧道全生命周期智能化的基础与前提; 同时,运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术,研究施工协同管理平台,借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台,实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动,为隧道智能建造提供装备保障。     

川藏铁路TBM隧道建设挑战及装备创新设计探讨

川藏铁路具有显著的地形高差、强烈的板块活动、频发的山地灾害、脆弱的生态环境、严重的高寒缺氧等特征,是目前国内外最具有挑战性的铁路工程。为充分应对川藏铁路隧道建设过程中将面临的长大隧道多、地应力高、活动断层频繁等重大挑战,详细阐述各类复杂工况下采用TBM施工所面临的相应挑战。系统分析川藏铁路TBM创新设计理念及特点,从高原高寒、长距离硬岩掘进、岩爆、断层破碎带、大变形、突泥涌水、高岩温等方面进行TBM针对性创新设计分析,并提出:1)超前地质探测和处理是用于川藏铁路隧道TBM施工风险控制的主要手段;2)对于以岩爆为主的隧道,创新设计"双护盾+锚喷支护"的双护盾TBM或双支护TBM显得尤为重要;3)对于以大变形为主的隧道,宜首选双结构的敞开式TBM或进行其他结构方面的创新设计。     

蒙华铁路隧道工程施工技术要点及机械化配套

目前我国隧道钻爆法施工存在整体机械化程度较低、施工环境恶劣、工人劳动强度大的问题。以蒙华铁路隧道工程实践为依托,从建立监控量测信息化平台、大断面开挖及初期支护早封闭施工、提高硬岩地段隧道光面爆破水平、确保隧道支护结构质量等方面总结蒙华铁路隧道工程施工技术要点,即"一强化(强化量测)、二紧跟(钢架紧贴掌子面、仰拱紧跟下台阶)、三超前(超前预报、超前加固、超前支护)、四到位(工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌质量到位)";并重点介绍隧道施工机械化配套情况,包括湿喷机械手、自行式仰拱长栈桥、新型二次衬砌台车工装、马蹄形盾构、预切槽设备、悬臂式掘进机等的应用和创新;为全面统筹全线路隧道施工技术管理及提高隧道施工机械化水平形成示范效应并提供技术支撑。     

中国公路隧道近10年的发展趋势与思考

中国公路隧道在规模、数量、建设速度等持续快速发展的形势下,近10年来又取得了众多隧道建设技术的突破,已由隧道大国步入向隧道强国转变的轨道。首先宏观研究分析近10年来中国公路隧道建设状况,对比论述了山岭、水下、城市地下道路等类型隧道的发展特点、趋势及相关建议;从隧道建设需求导向、地质超前预报、节能环保、应急救援等方面提出了公路隧道建设理念的变化,对比总结了钻爆法、盾构法、沉管法及TBM法等4类修建公路隧道常用施工方法的应用情况及未来发展趋势,并在此基础上,对中国公路隧道未来建设中将遇到的一些问题进行了研究与思考。结果表明:应改变以支护参数设计为重点的隧道设计理念,建立以介质场为主体的隧道结构设计方法,在隧道场解重构理论与技术体系方面进一步创新;对于采用双洞布局模式的长大公路隧道,为减少长深斜竖井设置,提升建设速度,应优先采用“钻爆法+小TBM导洞扩挖法”相结合的混合方法来修建;针对越来越多的公路隧道进入后运营期,提出了隧道智能监测评估与快速修复的技术途径,以将隧道修复作业所带来的影响降到最低;中国公路隧道建设应融合大数据、智能装备、5G等先进技术,并尽快完成配套标准的制定。     

长大隧道机械化施工设备配套技术

结合西（安）南（京）铁路桃花铺2#隧道施工实践，介绍和探讨单线长大铁路隧道钻爆法开挖机械设备选型与配套技术，洞内轨道布置及调车作业、洞口车辆布置等施工组织情况。得出机械设备的选型与配套技术是关系长大隧道施工成败的最主要因素的结论。本隧道实现的快速掘进对今后的隧道施工具有借鉴意义。     

隧道工程自动化激光测量放样系统研发与应用

针对隧道工程钻爆法开挖过程中钻爆设计图形放样、初期支护拱架安装定位精确度不高的问题,通过分析国内外隧道工程开挖与初期支护采用的测量放样技术,提出基于激光的全自动测量放样技术方案,并研发了配套设备。工程试验结果表明,该技术及配套设备,具有安装使用简单、运行安全可靠、定位精准等特点,能够发挥隧道开挖及初期支护全自动化快速施工测量放样的技术优势。     

川藏铁路色季拉山隧道装配式仰拱方案研究

为提高钻爆法单线铁路隧道仰拱施工质量,改善洞内作业环境,推进装配式结构绿色建造等,以新建川藏铁路色季拉山隧道工程为依托,对装配式仰拱的结构形式,环向、纵向连接,防水,拼装设备,隧底填充,施工工艺及经济性等进行研究。主要研究结论有:1)仰拱与填充层整体预制成单块空心结构,结构受力条件好,洞内拼装方便; 2)预制块与现浇二次衬砌采用方形榫槽或方形榫槽+预埋钢筋的连接方式,预制块纵向通过张拉精轧螺纹钢进行挤紧,预制块底部采用碎石+回填注浆的垫层进行基底处理。装配式仰拱应用于川藏铁路色季拉山隧道,可实现轨下结构机械化快速施工,有利于提高山岭铁路隧道机械化施工整体水平。     

悬臂掘进机在滇西红层隧道中的应用研究

为解决滇西红层隧道支护变形风险高、单线小断面铁路隧道由于空间受限施工速度慢等问题,结合滇西红层以紫红色泥岩、砂岩为主,节理裂隙较发育,围岩强度适中等工程地质特征,依托大瑞铁路秀岭隧道进口平导,在滇西红层小断面隧道中引入悬臂掘进机施工,通过在适应性、设计参数等方面的深入研究,并与钻爆法在投资、施工进度、安全质量等方面进行对比分析,证明悬臂掘进机在滇西红层地区具有较好的适应性,具备较高的推广应用价值。应用研究结果表明:1)悬臂掘进机适用于围岩强度适中、围岩(较)破碎、节理裂隙(较)发育以及地下水不(弱)发育的隧道;2)悬臂掘进机对滇西红层围岩扰动小,初期支护可取消系统锚杆,并可以加大钢架间距;3)悬臂掘进机在滇西红层隧道施工中进度优势明显,特别对于Ⅳ级围岩,进度较钻爆法提高了近67%;4)悬臂掘进机早期资金投入较钻爆法高,且各级围岩条件下悬臂掘进机开挖单价为钻爆法的4～5倍。     

圆梁山隧道施工设备配套

介绍了圆梁山隧道实施钻爆法施工的设备配套和主要配置设备及主要技术性能。为今后选择长大山岭隧道钻爆法施工的设备配套方案提供参考。     

贵广铁路双线隧道钻爆法施工机械化配套及适用性分析

为分析双线铁路隧道机械化配套的适用条件,以贵广铁路双线隧道机械化配套的施工资源配置情况为例,从进度、安全、质量和经济指标等要素入手,采用定量与定性相结合的方式,对双线隧道机械化配套适用性进行系统地分析。主要结论与建议如下：1）预测了隧道施工机械化配套在当前及今后不同阶段的适用范围; 2）建议隧道钻爆法施工应优先推广混凝土喷射机械手和沟槽台车的使用,并在Ⅱ级和Ⅲ级围岩占比例较高的大断面长大隧道钻爆法施工中应尽可能地实施机械化配套,最终逐步实现隧道钻爆法施工的全面机械化配套; 3）展望了高度机械化配套的改进方向。     

浙江省公路隧道科技成果回顾与展望

为促进浙江省公路隧道工程建设中科技创新成果的推广和应用,回顾数十年来浙江省公路隧道建设的发展历程,总结浙江省隧道工程领域的科技成果及其应用情况,包括特殊隧道建设技术、安全节能运营技术和隧道养护技术3方面代表性成果。然后,分析浙江省公路隧道领域在钻爆法施工质量缺陷、钻爆法机械化信息化程度低、TBM/盾构法占比低、智能新技术应用少、预防性养护与装备技术应用滞后等方面的短板。最后,提出未来浙江省隧道工程安全、智能、绿色3大重点发展方向。