联合机械开挖在复杂结构暗挖隧道中的应用

针对第三系泥质粉砂岩富水地层中开挖施工和下穿建筑的特点,对超深管井降水后的非爆破机械联合作业隧道施工技术进行介绍。通过分析对比选择挖机搭载高频振动破碎锤、铣挖头组合联合机械作业,采用三台阶法对复杂地铁车站结构深埋暗挖隧道进行开挖,避免了因爆破震动对隧道群施工产生的安全风险、对周边建筑物扰动大的问题,解决了单一机械设备施工速度慢等问题。结合施工的监测数据分析,证实了非爆破联合机械开挖技术在泥质粉砂岩富水地层中的成功应用,为其他类似工程提供参考。     

象山隧道岩溶涌水突泥治理技术

龙厦铁路象山隧道在富水岩溶区段开挖施工过程中突发涌水突泥地质灾害,引起地表塌陷,给周边环境和施工安全造成严重破坏和威胁,由于隧道反坡施工,造成洞内蓄积了50多万m3的泥砂和涌水。如何安全地进行抽排水及清淤工作,并针对高压岩溶突泥段采取何种技术手段进行治理,有效控制施工风险成为最关键技术难题。经过认真研究,通过实施"堵泥不堵水"地表深孔封堵溃口,顺利完成排水清淤,并采取"超前注浆、加强支护、合理开挖"等技术手段,实现了在高压富水复杂岩溶突水涌泥区封水带压安全开挖作业的目的。     

高地应力软岩隧道台阶参数对变形的影响分析

以某铁路隧道台阶法施工为例,通过建立数值分析模型,分析高地应力软岩环境下铁路单线隧道台阶法开挖时台阶高度和长度变化对变形的影响,并结合现场变形监测数据进行了验证。分析结果表明:台阶参数对控制隧道变形有重要作用;台阶高度均应控制在3~4 m,且在满足施工机械作业空间要求的情况下,应尽量减小上台阶开挖高度;开挖台阶长度为4~6 m较为合适。     

高压富水公路隧道带水作业施工

以大丰华高速公路鸿图特长隧道为例,通过总结隧道穿越莲花山断裂带、棋盘网格状构造的宽张裂隙高压富水凝灰岩、安山玢岩地层条件下带水作业综合施工技术,解决了带水作业中突泥涌水、高压水伤人等安全隐患。针对掌子面涌水量超1 500m~3/h、水压超2MPa的工况,通过采取隧道突涌水预警、超前泄水降压、人工-多臂凿岩台车联合开挖等措施,将出水孔压力降至0.5MPa以下后,再优化施工工艺,使隧道开挖安全顺利地通过了高压富水段落。相较于超前帷幕注浆大大提高了工效,加快了施工进度,节约了建设费用,确保施工工期和安全,可供类似项目提供借鉴与参考。     

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

邻近高压电力铁塔盾构隧道被击穿管片修复施工技术

京沈高铁望京隧道施工过程中盾构段右线第397环管片被打桩击穿，为了不影响隧道后期的正常施工和运营，保证隧道净空、结构安全和防水，特别是确保地表邻近的110 kV高压电力铁塔的安全，通过对3种修复方案的综合对比，最终采取在隧道内搭设临时钢架支撑和焊接管片拉紧槽钢、地面施作隔离桩、全断面高压旋喷桩和地表跟踪补偿注浆、开挖辅助竖井对破损管片的混凝土结构和防水进行彻底修复的施工方法和措施，成功地解决了邻近高压电力铁塔开挖竖井修复管片空间狭小、地层涌水量大、沉降变形要求高、安全风险高、施工难度大等难题。     

对兴建台湾海峡隧道的工程可行性及其若干技术关键的认识

从10个方面对兴建台湾海峡隧道的工程可行性进行论述,并阐述对其中若干技术关键的认识和建议。1）从台湾海峡拟议中兴建隧位沿线的地质与地震灾害性条件,看跨海隧道设计施工的工程可行性--试以“北线”方案为例,说明其对隧道施工与日后运营的影响; 2）海底隧道设计施工的特点和问题：对地质勘察、隧道最小埋置深度、隧道内交通运输工具的选择、关于服务隧道和海底渡线室等的设置、工程的安全设计与安全作业等提出意见和建议; 3）隧道不良地质区段施工水情水患的预测与防治：对隧道场址的水文地质条件的认识与评价;对防塌治水的基本原则,难以预见的施工风险及施工整治处理要点进行了阐述; 4）隧道围岩防塌险情预警、变形预测与控制--围岩施工稳定性评价：提出用“变形速率比值判别法”对围岩的施工稳定性进行评价,在施工期采用BMP软件对隧道衬护原设计参数进行调整和修正; 5）隧道掘进机（TBM）与钻爆法施工方案的比选--隧道施工机械现代化：提出用TBM与钻爆法配合的海峡隧道施工方案,同时指出当隧道部分地段需改用钻爆法开挖时,隧道的主要施工机械及监测仪具应现代化（如自动化喷混凝土机器人、自动化量测及监测反馈系统等）; 6）耐腐蚀高性能海工混凝土材料和隧道支衬结构：指明采用常规材料配制高性能海工混凝土,增强其耐久性的基本途径;给出不良地质区段岩体的隧道开挖、支护、施工排水和限压衬砌设计施工的建议; 7）特长大隧道的运营期通风问题--暂按铁路隧道并以英法海峡隧道为例作考虑：阐述海峡隧道的空气动力学问题,介绍英法海底隧道的通风系统原理及结构布置措施; 8）隧道防灾与减灾：建议学习参考西方一些国家和日本在隧道防灾方面的设计理念; 9）海底隧道施工风险评估与风险管理：提出该隧道的主要技术风险类别,并阐述对风险管理的认识; 10）关于悬浮式隧道：对本隧道情况而言,建议悬浮式隧道方案再另行慎议;最后指出下一步的地质和地震勘察尚有待深入进行的工作。     

第三系高压富水砂泥岩地层隧道技术研究——以牡绥铁路双丰隧道为例

牡绥铁路双丰隧道洞身穿越长段落、大埋深、富水的第三系砂泥岩地层。为解决隧道降水、超前加固、结构设计及施工方法等技术难题,控制隧道变形,防止涌水、涌泥及坍塌等工程风险,通过现场试验和数据分析,建立了"立体探查、泄水降压、超前加固、支护紧跟、全面监测"的技术路线;确定了地表、洞内超前、洞内径向全方位立体探查与泄水降压的方法,形成了隧道开挖轮廓内外差异化的超前预加固工艺;提出了微台阶开挖、支护紧跟的施工方法;通过监测成果,对隧道结构安全性进行评价。结果表明:第三系高压富水砂泥岩隧道采用全方位立体泄水降压方法及开挖轮廓内外差异化超前预加固工艺,并采用微台阶法开挖、支护紧跟的施工方法,可有效控制隧道变形,确保隧道施工安全。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

繁华城区浅埋隧道应用单臂掘进机开挖适用性研究——以新红岩隧道下穿地下商场工程为例

为进一步探索单臂掘进机在浅埋、近接既有建(构)筑物和铁路大断面隧道开挖中的适用性,以成渝客专新红岩隧道下穿地下商场为工程背景,从隧道非爆法开挖方法的比选、外围环境及围岩岩性的分析、数值模拟计算和现场试验等方面进行了分析研究。主要结论如下:1)在浅埋、近接既有建(构)筑物环境中应用单臂掘进机切削法进行隧道开挖,在减小对周边围岩及建(构)筑物的扰动、控制沉降方面效果明显,安全性高; 2)在围岩强度为30 MPa左右时,单臂掘进机的开挖掘进效率较高; 3)从经济效益上分析,单臂掘进机开挖的成本由于设备投入、功效等因素,较普通机械开挖成本有比较大的增加,在开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩时单臂掘进机的施工成本基本一致; 4)单臂掘进机开挖受大断面隧道尺寸、隧道安全步距控制等方面的制约,影响其功效正常发挥,导致开挖过程工序相对繁多,降低了隧道掘进速度。对于单臂掘进机切削法,建议在特殊环境、敏感工点、短距离隧道掘进中应用,对于长距离隧道掘进还需进一步优化单臂掘进机开挖的工法体系,以及在砂岩、泥岩夹砂岩围岩环境中的降尘措施。     

富水昔格达组软弱易滑地层PBA进洞法实践

针对攀西地区昔格达组地层软弱易滑、隧道进洞易产生边仰坡开裂造成进洞困难的问题，以成昆铁路前家山隧道进口浅埋富水昔格达地层进洞施工为例，分别进行以锚固桩、旋喷桩及PBA法为主的3次进洞工法尝试，前2次方案均导致地表开裂、大尺度变形和开挖陡立面蠕动变形，第3次方案采用PBA进洞法施作桩（P）-梁（B）-拱（A）组成的明洞体系，再实施结构外回填，有效解决富水昔格达组软弱易滑地层的不稳定问题。通过实践及分析认为: 1）富水昔格达特殊地质条件的隧道进洞困难，原因不仅在于隧道双侧挖掘临空引起的横断面不稳定，而且也因为隧道进洞纵向单侧临空导致的纵向不稳定十分显著。2）PBA法处置隧道进洞纵向不稳定性有明确的力学基础，是颇具针对性的有效措施。     

百店隧道第三系富水砂层快速施工关键技术研究

以山西中南部铁路通道百店隧道第三系富水砂层快速施工技术为例,根据砂层的物性参数及成因,采取理论和现场试验总结,合理优化注浆工艺,针对超前注浆加固方式、钻孔泄水降压,局部补充注浆及快速开挖封闭技术进行重点研究,提出"超前周边注浆+掌子面加筋注浆+加固体外超前泄水降压+开挖过程中补充注浆+快挖快封"的快速施工关键技术,不但能有效控制开挖过程涌水、流沙、工作面坍塌失稳现象,还可在一定程度上提高综合施工效率,节约施工成本。通过实践证明,具有较好的经济和社会效益,值得类似工程借鉴。     

大水压隧道施工工艺研究

针对旧关隧道出现的大水压情况,以超前钻孔泄水为基本出发点结合有效的开挖支护措施,采取了探测围岩级别、估计地下水发育、超前钻孔泄水、超前小导管固结、选择合理的开挖方法及施做径向小导管等措施,有效控制了大水压的危害及破坏作用,改善了施工条件,确保了施工质量和施工安全,加快了施工进度,提高了经济效益。     

富春江通航隧道建筑限界及内轮廓设计研究

基于目前国内外对大断面通航隧道的设计和施工尚无可参照的标准规范,以富春江七里泷航道通航隧道工程项目为依托,分析满足隧道水下断面形状要求、水上部分建筑界限要求以及通航隧道安全保障的措施要求,并结合围岩及隧道结构的受力特点,应用最优化方法及相关分析计算,对隧道内轮廓进行优化设计,提出了满足Ⅳ级单线航道的大断面通航隧道断面,综合经济性及结构受力角度合理性考虑推荐采用曲墙式断面。     

海底圆形小断面软土隧道施工技术

厦门翔安隧道服务隧道为类圆形隧道,开挖断面46m2,陆域端存在1000m的全风化土层-全强风化的岩土互层地层,隧道埋深6～40m,全部位于地下水位以下,受厦门地区强降雨的影响,隧道地下水非常丰富,土层遇水即崩解坍塌,就服务隧道在上述地层如何安全快速组织施工进行了论述,结合工程实例,认为采用台阶法（全断面或预留行车平台）施工最有利于小断面圆形隧道的施工、同时得出了该工法合理的初支参数、施工步长、设备配置等,对以后类似隧道施工提供了一定的参考和借鉴。     

水平旋喷加固在富水未成岩粉细砂层中的应用

为在以富水砂层为代表的软弱地层顺利施工隧道与地下工程大断面,以兰渝铁路某隧道富水未成岩粉细砂层水平旋喷加固及支护施工为例,对水平旋喷加固机制、旋喷参数选择、机械设备配置及施工关键控制技术进行研究及应用。通过高压水平旋喷在开挖线周遍形成水平咬合桩和开挖面稳定锚固桩,有效避免了开挖过程拱顶流砂、坍塌及工作面失稳的现象,实现了富水砂层隧道大断面开挖,提高了开挖施工综合效率。     

蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

为了解风积沙地层隧道失稳变形特征和预加固控制效果，以蒙华铁路风积沙地层段为依托，通过室内物理力学试验得到风积沙的基本性质和参数，并利用数值模拟对隧道最大主应力和塑性区变化规律展开分析，然后建立模型试验对不同预加固方式在风积沙地层隧道中的效果进行研究。研究结果表明： 1）风积沙抗剪切能力在含水率为7%~14%时可达到极值，此时更利于隧道围岩的稳定性； 2）隧道失稳具有突发性，主要会经历“掌子面局部破坏—拱顶持续塌方—大体积失稳”3个基本过程； 3）未采用预加固措施的情况下，开挖面前方监测断面拱顶围岩内部位移值及变形速度最大，采用水平旋喷桩与钢管组合加固后可分别降低81.1%和98.3%； 4）水平旋喷桩与钢管的组合对于开挖面前方拱顶的围岩应力控制效果最好，水平旋喷桩的加固控制范围小于水平旋喷桩与钢管的组合。     

深圳地铁11号线车公庙综合交通枢纽工程两相邻基坑开挖对下卧运营隧道的影响

以深圳地铁11号线车公庙站交通枢纽工程为研究背景,分析西端风道基坑开挖和紧邻西端风道的11号线车站基坑开挖对既有深圳地铁1号线隧道的影响,采用三维有限元软件ABAQUS对隧道无保护措施和对土体加固措施2种工况进行计算,分析基坑开挖引起既有隧道的变形规律和旋喷桩的加固效果。同时在隧道内安装自动化监测系统,对隧道变形进行实时监测,通过反馈的监测数据对隧道变形情况进行分析,确保运营隧道的安全。结果表明:旋喷桩加固可以有效地减少隧道隆起的位移。     

低应变反射波法水平旋喷桩质量评定研究

富水粉细砂地层中的隧道大断面施工,需要施作超前水平旋喷桩护壳及掌子面超前核心土旋喷桩加固后才能保证安全开挖,因此确保水平旋喷桩桩身质量十分重要。采用低应变反射波法对掌子面上台阶5根水平试验桩的波形进行分析、解译,检测了桩身有无断桩、缩颈、离析等缺陷及相应缺陷的位置,并与开挖后桩体质量对比,证明应用低应变反射波法进行隧道内水平旋喷桩桩身完整性检测是一种快速、无损的方法,且其检测结果可靠。