岩石掘进机关键技术展望

经过5个阶段的发展,TBM在我国的应用正在不断推广,应用前景十分光明,挑战也十分严峻。简要总结我国TBM研究与应用的5个发展阶段和应用前景,分析TBM施工面临的6大挑战： 地质多样化带来更多的地质风险; 应用领域亟待拓展; 设备技术发展赶不上施工需求的变化; 施工进度不均衡; 施工环境越来越严苛; 存在不合理的施工合同。从TBM设计制造及施工应用的9个方面提出展望： 核心部件国产化; 提升各种地质条件下的破岩能力; 提高出渣能力及可靠性; 提升初期支护及超前加固性能; 研发异形断面TBM; 圆形断面TBM开挖隧道的空间合理利用; 大力推动TBM周转使用和再制造TBM应用; 研究极端恶劣地质条件下TBM施工技术; 促进国产配套施工设备研发应用。只有不断深入研究TBM设备与施工的关键技术及前沿技术,有效解决设备设计制造和施工过程中遇到的难题,才能不断提升我国TBM设备与施工技术水平,避免陷入关键技术受制于人的窘境,促进我国TBM事业持续健康发展。     

复杂地质铁路隧道敞开式TBM施工挑战及思考

为降低复杂地质条件下敞开式TBM施工极易发生的工期延误、成本大幅增加、环保事故等风险,以高黎贡山隧道敞开式TBM施工为背景,结合铁路隧道定额体系和规范标准,针对施工过程中遭遇的卡机、初期支护背后脱空、开挖断面不足、隧道清渣排水困难、弃渣松散系数选择不准、掘进指标不合理以及污水处理能力不足等影响较大的问题,从地质、设计和施工方面进行分析思考,提出以下建议:1)完善TBM法隧道地质勘察具体要求,明确地质特性,提高TBM设备设计针对性;2)结合TBM施工特点,优化围岩分级修正项,设置合理预留变形量、增强隧道断面尺寸、支护参数的适应性;3)弃渣松散系数合理范围为1.5～1.9,复杂地质隧道敞开式TBM施工进度指标结合高黎贡山隧道的TBM利用率14.66%考虑;4)污水处理综合考虑多种因素,保护生态环境;5)规范标准与定额体系相结合,及时调整完善,提高概算与进度、成本的匹配性。     

泥水加压式TBM于山岳岩盘隧道施工案例探讨

台湾虽已有许多TBM隧道施工经验,但山岳岩盘隧道采用泥水加压式TBM掘进案例仍不常见。本文乃介绍台湾南部一座山岳岩盘隧道采用泥水加压式TBM实际施工案例,包括TBM机型评估、设备特性、环片设计、施工风险及因应对策等。施工结果显示切削刀头磨耗、岩盘挤压收敛、排泥管阻塞及泥水配比等为影响掘进速率之主要因素。本案例施工经验可提供未来山岳长隧道采用TBM施工参考。     

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。     

极端恶劣地质条件下TBM施工技术与管理探讨

随着TBM法隧道施工规模的扩大,不可避免地面临着诸多恶劣地质条件,如极强岩爆、严重破碎围岩、大变形等,TBM施工安全、进度、成本与投资都会受到极大的影响。针对极端恶劣地质条件下TBM施工技术与管理,结合在建和即将开工项目所面临的恶劣地质以及以往的TBM施工实践,对地质勘察与工程总体筹划、施工技术、施工管理进行研究,提出超前地质预报、及时合理的初期支护、超前处理、合理控制工期与投资、完善适应TBM施工特点的相关规范等建议和措施,以期促进TBM工法科学发展和可持续发展。     

双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践

为提高以中微风化岩质地层为主的青岛城市轨道交通区间隧道工程的施工速度和安全性,改善工作环境,加强施工过程中的风险与环境控制,以青岛地铁2号线Ⅰ期工程为背景,针对岩质地层城轨交通工程埋深浅、地质变化大、城市密集建(构)筑物周边环境复杂等外部特征,以及隧道线路短、曲线半径小、施工组织复杂等自身特点,对采用双护盾TBM施工方法的城轨交通区间隧道工程设备研发制造、隧道结构型式和现场施工方案进行研究,研发制造首台城轨交通紧凑型双护盾TBM,设计城轨交通双护盾TBM隧道结构,并提出城轨交通区间隧道双护盾TBM始发、到达、过站、转场、快速施工等土建技术方案。     

TBM隧道施工SPS（持续、均衡、快速）作业法研究及应用

TBM法隧道施工技术在我国已经得以大力推广,同时施工的TBM数量已达40余台（套）,有TBM施工业绩的企业近20家。TBM法隧道施工规模的扩大,并未能带动整体施工水平的全面提升,TBM掘进施工速度差异巨大且不均衡已经成为较为显著的问题,导致工期延迟、成本增加,造成巨大的经济和社会效益损失。结合近20年的TBM施工实践,探索并实施SPS作业法,即TBM持续、均衡、快速施工技术,提出“3个基础”“10项措施”实现适宜地质条件下TBM持续、均衡、快速施工;而在恶劣地质条件下,通过完善设备功能与性能、改进施工工艺,提升TBM工程适应性; 从而促进TBM工法科学、可持续发展。     

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。     

TBM后配套垂直皮带机

正近年来我国在岩石地层的隧道施工需求越来越大,在某地铁隧道双护盾TBM施工过程中,龙门吊垂直出渣方式严重制约了TBM的施工速度。虽然龙门吊用于地铁土压平衡盾构施工渣土垂直提升技术成熟且应用广泛,但在岩石掘进机施工中的应用效果不佳。为更好地配合双护盾及开敞式TBM施工,提高效率,北京华鲁博采矿工程技术有限公司推出华鲁博TBM后配套连续垂直提升输送系统。该系统可直接将渣料从隧道内经连续输送机、转运输送机和垂直/大倾角输送机组成的     

客运专线25 km长隧TBM施工运输论证

根据高速铁路特长隧道圆形断面尺寸,提出了25 km长隧采用TBM全断面施工的基本思路.分析了隧道内采用皮带+轨道运输(进料)和独立轨道运输方案的特点及适应性,提出了客运专线25km长隧TBM施工轨道运输系统建议,重点对洞内轨道布置、设备选型、列车编组、卸渣方式、运输组织、衬砌混凝土运输、横通道施工运输及两平行隧道问的应急运输等进行了论述,可供客运专线TBM的施工设备配套和施工运输设计参考.     

中国TBM施工技术进展、挑战及对策

总结我国近30年来TBM设计与施工技术的发展历程,可归纳为以下5个阶段:1)研发探索和试用阶段;2)以国外施工承包商为主体,采用国外设计制造TBM施工我国隧道工程阶段;3)独立进行TBM招标采购和选型设计,并建立起自主的TBM施工队伍阶段;4)与国外厂家联合设计制造TBM,工程应用和自主施工快速发展阶段;5)实现TBM国产化,面向国内外TBM工程市场自主施工阶段。通过我国不同时期TBM施工的典型工程,介绍我国在复杂地质、大坡度、高海拔、不同直径、不同机型、超长隧洞TBM施工方面取得的经验、技术积累和业绩,展示我国TBM在穿越断层破碎带、软弱变形、岩爆、涌水等不良地质洞段取得的一系列施工新技术,以及最高月进尺1 868 m、平均月进尺超过600 m和掘进作业利用率超过40%的掘进技术水平。分析TBM在极硬岩、大断层破碎带、软弱大变形围岩、强岩爆围岩、涌水突泥洞段、高地热隧洞和超长隧洞工程中施工面临的风险和挑战,并提出一些相应的技术措施和对策,期望这些措施和对策在未来大量实际工程中进一步得到实践验证、优化和改进,不断积累和创新TBM设计与施工新技术。     

单护盾TBM快速掘进条件分析

单护盾TBM在国外很多工程中得到了成功的应用,而在国内的应用则极少。根据引洮供水一期工程总干渠7#隧洞首台单护盾TBM施工的实际情况,重点从工程地质条件、设备配置、辅助工作、施工组织管理等方面进行分析研究,提出为满足单护盾TBM快速掘进所需注意的问题,总结单护盾TBM快速掘进所需条件。     

我国隧道及地下工程发展现状与展望

分析我国隧道及地下工程的现状,包括铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水工隧洞、市政隧道和地下能源洞库等。总结近年来我国隧道及地下工程在各个方面的技术发展与创新,包括:勘测与地质预报、设计方面、施工方面、防灾救灾与通风照明、风险控制与运营管理、防水排水新材料与新工艺应用等方面。重点对施工技术方面的技术发展与创新进行了较为详细的阐述,包括:浅埋暗挖技术,盾构、TBM装备与施工技术,单护盾TBM,敞开式TBM,矩形顶管技术,盾构始发、到达零覆土技术,岩溶隧道处理技术,高地应力隧道变形控制及岩爆处理技术,钻爆法机械化作业线,瓦斯隧道问题,沉管隧道技术等。最后,对我国隧道及地下工程的发展进行展望,认为:特长隧道将成为我国隧道建设的"新常态",地铁工程将持续发展,城市铁路将逐步地下化,城市地下公路会悄然兴起,城市排蓄水工程深层隧道方案值得推广,地下空间开发利用与地下管廊工程将由原来的"单点建设、单一功能、单独运转"转化为"统一规划、多功能集成、规模化建设"的新模式,地下能源洞库将成为必然,南水北调西线工程值得期待,三大海峡通道的建设势在必行,互联互通的国际通道建设其隧道工程将会很多,也会遇到诸多挑战。总之,我国隧道及地下工程事业将会有更大的进步和更为广阔的发展空间。     

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。     

中天山隧道TBM施工机械台班维护费研究

为解决再制造TBM隧道施工机械台班维护费随工作台班数变化的成本支出控制问题，为相关企业的造价管理提供理论支撑，通过对西康秦岭隧道TB880E型全断面岩石掘进机施工现场统计的维护费数据进行分析，建立维护费和TBM台班数的数学关系模型，提炼出TBM维护费随台班数的发展函数关系式，验证中考虑到TBM停滞期间发生费用和局部再制造费用对工作台班数的影响，最后以中天山隧道等项目的TBM维护费支出情况来验证理论的正确性。得出： TBM隧道施工机械台班维护费和工作台班数存在一定的函数关系； 研究思路和成果可为今后类似隧道工程在前期概算编制、成本控制等方面提供参考，为铁路行业的管理者在今后制定相关TBM隧道施工企业定额、项目精细化管理提供借鉴。     

垂直皮带机用于地铁TBM施工的可行性探讨

近年来我国在岩石地层的地铁隧道施工需求越来越大,在青岛地铁双护盾TBM施工过程中,龙门吊垂直出渣方式严重制约了TBM施工速度。虽然龙门吊用于地铁土压平衡盾构施工渣土垂直提升,技术成熟且应用广泛,但在岩石掘进机施工中的应用效果不佳,因此有必要进行探索和变革,采用更加适用的方法以充分发挥TBM快速施工的优势。分析龙门吊垂直提升石渣对双护盾TBM施工效率的影响,调研相关行业的物料垂直提升方法,从技术、经济和工期3方面分析龙门吊与垂直皮带机出渣的差异。在城市地铁双护盾及开敞式TBM施工中,垂直皮带机出渣技术具有运输效率高、不占用TBM掘进时间、故障率和综合成本低的优势,可为充分发挥TBM掘进效率提供良好保障,具有很大的市场推广价值。     

中国铁路、隧道与地下空间发展概况

通过总结目前中国隧道的修建概况,说明中国是目前世界上隧道和地下工程数量最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家;从时速250～350 km高速铁路、时速200～250 km既有线提速、高原冻土铁路、铁路重载运输4个方面的建设成就和4个技术平台的搭建阐述铁路快速、高效发展的现实;介绍中国中长期铁路网规划、国际铁路通道提议及将要实施的重大工程;扼要总结中国隧道及地下工程修建的主要技术：1）江、河、海底隧道修建技术;2）钻爆法施工技术;3）浅埋、超浅埋暗挖法施工技术;4）开敞式TBM全断面掘进机施工技术;5）盾构法施工技术;6）沉管法施工技术;7）辅助工法;8）明挖法地下深基坑围护结构施工技术;9）地铁车站施工技术;10）环境保护施工技术;11）高新技术改造、提高隧道施工质量技术。     

盾构/TBM施工煤矿长距离斜井的技术挑战与展望

采用盾构/TBM修建深埋长距离斜井是一个崭新的课题,对于缩短矿井建设周期,降低造价具有重要的意义。文章通过对传统矿山法与盾构/TBM法的技术参数与经济指标进行全面比较,分析了盾构/TBM技术在煤矿矿井建设中的应用前景,介绍了盾构/TBM施工斜井应用现状,在此基础上,着重从盾构/TBM的选型与适应性、斜井井壁结构设计、复杂环境中施工等方面分析了盾构/TBM施工煤矿长距离斜井所面临的挑战,综述了近期开展的相关技术研究与进展,主要包括:双模式盾构/TBM的研制、新型井壁结构体系的构建和复杂条件施工时的处置技术等。最后,讨论了尚存的问题以及相关问题研究的发展趋势。