复杂地质条件下TBM刀具失效形式及原因分析与应对措施

为研究分析复杂地质条件、不合理掘进参数等与TBM刀具异常损坏、刀具消耗的关系，以利于TBM掘进效率和施工成本的控制，在系统阐述TBM刀具常见失效形式的基础上，研究分析总推力、刀盘转速、刀具贯入度等掘进参数及不同围岩单轴抗压强度、石英质量分数等地质参数对刀具磨损及异常损坏的影响规律。以引汉济渭秦岭隧洞和中天山隧道工程为例，对刀具消耗及失效形式进行统计分析，并从刀具选型、检查及维修等方面，提出针对性的优化方法。最后，基于目前刀具配置及监测技术存在不足的现状，提出应进一步研发刀间距可调的刀具配置技术，以确保不同地质条件下的刀具破岩效率；同时，加强对TBM工作环境具有较强适应性的新型刀具状态监测系统的研发及应用。     

兰渝铁路西秦岭隧道TBM项目再创两项全国纪录

5月8日,中铁隧道二处兰渝铁路西秦岭隧道出口TBM项目部,创造了隧道连续皮带机出渣距离突破7 000 m和隧道内掘进同步衬砌超3 000 m两项全国纪录。兰渝铁路西秦岭特长隧道全长28.236 km,为全线重点控制性工程。今年二季度以来,TBM项目部围绕TBM掘进同步衬砌这     

单护盾TBM管片旋转问题及应对措施

为了解决由于单护盾TBM掘进刀盘扭矩过大或盾体姿态发生偏差时,管片在掘进过程中产生旋转,造成管片安装精度、外观质量及运输效率受到影响等问题,结合单护盾TBM在软岩地层掘进条件下,分析管片旋转产生的原因,针对刀盘等设备的结构进行设计改进、优化掘进参数、优选刀具类型、及时清理刀盘以及必要时采取牺牲管片环缝与纵缝等措施,最终解决了单护盾TBM掘进过程中管片旋转的施工难题。     

考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测

刀具消耗是TBM施工成本管理的重要研究内容。将影响刀具消耗的主要因素归纳为地质条件、机械因素和掘进参数3个方面,在此基础上讨论了刀具消耗与围岩等级、TBM工作条件等级之间的关系。在总结和分析利用TBM工作条件等级进行刀具消耗预测研究的基础上,对拟合函数进行优化,并引入滚刀直径影响因子,构建同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测方法。通过对兰州水源地建设工程输水隧洞TBM1掘进段的刀具消耗分析,验证提出的TBM刀具消耗预测方法的合理性。研究结果表明： 1）TBM工作条件等级可以反映TBM掘进性能和地质适宜性特点; 2）拟合函数ln(x-1)和ln x更适合描述和预测刀具消耗规律; 3）滚刀直径对刀具消耗具有一定影响,滚刀直径越大,刀具消耗越小; 4）同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测模型的计算结果更接近实际耗刀率; 5）刀具消耗与岩体完整性密切相关,与实际耗刀率相比,Ⅱ类围岩的预测计算结果略高,而Ⅲ类围岩的预测计算结果略低。     

TBM集群化施工项目设备采购与施工过程管理模式探析——以辽宁重点输水工程为例

为解决多台TBM集群化施工项目在TBM设备采购、施工全过程TBM管控、刀具和配件供应、设备维护维修及TBM重大技术方案论证等方面存在的问题，总结辽宁重点输水工程8台TBM采购及施工过程中TBM设备运行管控的管理模式和管理经验，提出以建设单位为主导的TBM设备集中统一管理模式，统一组织承包商进行TBM集中采购招标，全过程参与TBM设计联络会议、设备监造、现场组装调试及试运行、施工运行等管理工作，协调建立刀具和备件统一供应机制，主导TBM重大技术方案研讨论证，为施工承包商提供全方位的资金、技术和管理支持。实践证明，TBM集群化施工项目采用以建设单位为主导的TBM设备集中统一管理模式，以专业技术团队为后盾，可为TBM设备正常运行提供有力的技术支持，为加快施工进度、缩短工期提供有力保障。     

无需带压进舱,实现远程换刀——NFM开发TBM换刀机器人NeTTUN

正1开发背景在TBM掘进过程中刀具会出现磨损,在遭遇坚硬与磨蚀地层时尤为显著。然而,为TBM更换刀具并非易事,整个换刀过程中存在着安全风险与效率问题。为此,TBM制造商NFM开发了Ne TTUN机器人系统,旨在提高TBM换刀的效率与安全性。2设计理念Ne TTUN机器人的目标是大幅减少TBM换刀过程中的人工操作:目前人工带压进舱更换单把刀具需要1 h,而TBM的维护时间占据了整个施工时间的15%～25%。机器人将通过自动或通过远程操作方式完成80%换刀作业,缩短维护时间,降低工人发生安全事故的概率。     

盘形滚刀的维修与管理

通过某工程盘形滚刀使用实例,结合刀具的结构设计和破岩原理以及维修大量刀具的现场经验,以国外某厂家设计的盘形滚刀为例,详细介绍了刀具的维修过程和工艺,总结了盘形滚刀在实际施工过程中的一些科学、实用的管理经验,以利盾构和TBM施工盘形刀具的管理和维修参考。     

引汉济渭工程岭北隧洞TBM利用率分析

为了分析TBM利用率的主要影响因素,统计分析引汉济渭工程岭北隧洞连续掘进2 100 m的围岩特征和掘进记录,确定了导致TBM非正常停机的底事件,建立了TBM非正常停机故障树模型,结果表明出渣系统故障、支护设备故障、刀盘刀具故障和电气故障是导致TBM利用率不高的主要因素。通过TBM利用率及主要故障与场切深指数（Field Penetration Index,FPI）相关性分析,表明节理破碎岩体中TBM利用率与FPI之间不存在明显相关性,出渣系统故障、支护设备故障、刀盘刀具故障与FPI有较强的相关性。分析主要故障发生原因,从设备管理和现场施工管理2个方面提出TBM利用率提高措施。     

TBM刀具岩石磨蚀性CAI值调整系数的应用

为研究TBM掘进不同岩层的刀具消耗规律，解决川藏铁路隧道TBM施工概预算定额刀具消耗量的适用问题，根据岩石磨蚀性指数特性，结合引汉济渭、高黎贡山TBM掘进现场实测数据成果，分析等效石英含量、单轴抗压强度、完整性等不同条件下刀具磨蚀消耗量的变化规律，并结合应用案例研究推导其与岩石磨蚀性CAI指数的对应关系。在此基础上，推导并验证不同CAI值条件下刀具消耗量调整系数，证明通过石英含量、单轴抗压强度等相关参数推导CAI指数的可行性，为概预算定额中岩石磨蚀性CAI值调整系数的应用提供了理论基础。     

大直径硬岩掘进机(TBM)在吉林中部城市引松供水工程四标TBM3的应用

为了研究中铁工程装备集团有限公司自主研制的首台TBM的各项技术特点与工程适应性,结合TBM在引松供水工程总干线四标段的掘进施工情况,分析了TBM掘进地层特点以及主要设计参数。引松供水工程四标段掘进岩层复杂多变,富含大量断层破碎地层以及风化灰岩地层,部分地层岩石强度大且石英含量高,对TBM刀盘及刀具要求极高,TBM刀盘面板采用270 mm厚板设计,且刀座基座直接在刀盘面板上加工而成,刀具按非线性方式布置且刀间距控制在82~90 mm;设计了有效的TBM初期支护系统和材料运输平台,并且搭载了激发极化超前地质预报系统。工程掘进结果表明： 该台TBM刀盘设计可靠性强且能保证高效破岩,创造了最高月进尺1 226 m、日进尺70.8 m的优异成绩,TBM在不良地质下支护高效快速,超前地质探测结果可靠,各系统运行情况良好。     

PPS导向系统在西秦岭隧道TBM施工中的应用

为了保证PPS向TBM掘进提供持续、有效、精确的参考数据,以西秦岭隧道为例,介绍PPS工作原理与安装过程,提出减小测量误差的措施,总结系统常见故障及排除方案,并进一步对硬件损坏时的应急工作方法提出见解。     

红外测温技术在TBM设备故障诊断中的应用

利用红外测温仪对TBM隧道掘进设备进行故障诊断,及时检查并发现TBM电器、液压、机械方面的故障隐患,能为TBM的隧道施工节省宝贵的故障处理时间。     

潜盾工法于卵砾石层开挖特性及对应

卵砾石层于潜盾隧道开挖工法中,地质的不均匀性及巨大的砾石,是影响潜盾工程推进之主要因素,其掘进过程问题繁杂,被列为潜盾工法困难地层之一,国内外对于此地层施工经验稍嫌不足,因而无法有效掌握地质特性,顺利推展潜盾机之掘进工作。台湾电力公司竹工超高压线路洞道工程,位于新竹县湖口乡,计画洞道沿线均为卵砾石层,隧道长达8.4 km,砾石含量50%～80%,针对掘进过程中遭遇到种种困难,诸如切刃盘及切刃齿磨损严重,以开舱改造切刃盘方式对应、量测磨耗量及管理掘进数据与加泥材调整等做详细整理与说明,以利日后潜盾工程遭遇卵砾石层时做为参考。     

隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。     

狮子洋隧道虎门港沙田港区地层破碎段盾构掘进施工技术研究

以广深港铁路客运专线狮子洋隧道盾构工程为依托,在虎门港沙田港区地层破碎段盾构掘进施工中,针对泥水盾构掘进施工中掌子面稳定、环流系统、刀盘被卡、刀具损坏等易发生变化的边界条件,分析了掘进参数选择、稳步掘进、泥浆质量、同步注浆和二次注浆等盾构掘进关键技术要点,制定了针对性技术保证措施和应急处置措施,对类似工程特别是大直径泥水盾构工程施工有一定的参考价值。     

菲律宾无米乐—安佳越域引水隧道TBM掘进效率回馈分析

本文叙述了菲律宾无米乐—安佳越域引水隧道之工程内容、地质条件,并说明设计阶段推估之TBM掘进速率及TBM性能,就施工阶段之实际掘进速率回馈分析与研判并与推估值比较,探讨掘进速率、机械性能与地质条件之互制关系,验证现今国际上通用掘进速率推估方法之信赖度。本工程得以顺利在原预估之时程内如期如质完工,归功于事前地质条件之掌握,合理之契约工期订定,与承包厂商精湛之技术与应变能力,也同时为台湾在国际间提供TBM技术顾问服务竖立里程碑,及建立拓展海外技术输出之业绩与信誉,特藉本文提供两岸同业共享。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

硬岩地层盾构机掘进技术探讨

盾构施工工法因其地表占地小、不影响地面交通、对周边环境影响小等优点,成为城市地铁施工的首选方法。盾构机的设计比较适合软岩施工,但是城市地下环境极为复杂,软硬岩交错,盾构机不可避免的在硬岩地层施工。通过借助现场施工实例,对施工数据进行分析研究及经验总结,摸索出一套盾构在硬岩地层的掘进施工技术,并在实际工程中取得了良好的效果:刀具损坏现象明显减少,施工成本有效降低,施工效率明显提高,为今后类似工程提供借鉴、参考。     

无尺量测技术在西秦岭隧道TBM施工中的应用及数据分析

现场量测是监视围岩稳定、判断支护衬砌设计和施工方法是否正确的重要手段,也是保证新奥法安全施工,提高经济效益的重要条件。兰渝铁路西秦岭隧道为大断面单线隧道,采用传统的围岩量测方法进行围岩变形观测难度较大,为解决围岩变形量测点位置较高、人员靠近困难的问题,在施工中采用了无尺量测技术。结合无尺量测技术在西秦岭隧道TBM施工中的应用情况,介绍利用全站仪进行无尺量测的原理及量测数据的分析。无尺量测技术解决了量测对施工的干扰,同时操作简便、工作效率高,被隧道施工广泛应用,本文介绍为类似工程施工提供借鉴和参考。     

深层地滑引致隧道变形与衬砌异状之案例探讨

诊断隧道衬砌异状之肇因,对症下药实施加固补强措施为营运中隧道维护的关键课题。本研究通过一深层地滑引致隧道变形与衬砌异状案例,归纳隧道内异状之特性与型态,详细探讨其发育过程与运动机制所造成之异状差异,以期提供后续类似隧道异状之肇因诊断与安全评估,并建议后续检测项目与方法。