三臂凿岩台车在郑万高铁隧道软弱围岩施工中的应用

为确保郑万高铁隧道施工的安全、质量,加快隧道施工进度,在软弱围岩中采用三臂凿岩台车进行大断面施工。通过对三臂凿岩台车进行适当改造（改造推进梁位置、改用加粗钻杆、改装降低夹持器高度、更换耐磨大钻头等）可实现利用三臂凿岩台车进行加深炮孔、超前地质钻孔、超前管棚施工;将提前设定好的钻臂负责施工范围、钻孔顺序、钻孔深度及角度等钻爆参数导入三臂凿岩台车操作控制系统可方便钻爆施工;加装3D激光扫描仪,可实现隧道开挖断面扫描。通过对比三臂凿岩台车与传统钻爆法施工在钻孔精度、钻爆效果、施工管理和施工进度等多个方面的优缺点,采用三臂凿岩台车大断面施工相对于传统分部开挖施工,减少了施工作业工序及施工干扰,更便于施工组织和管理,更有利于隧道施工安全质量的控制、加快施工进度;大断面施工减少了分部施工时多次对围岩的扰动,更有利于围岩稳定。通过一系列的试验,总结出一整套三臂凿岩台车在软弱围岩地质条件下施工的理论数据及现场施工经验,为今后推广三臂凿岩台车在隧道软弱围岩中大断面施工提供借鉴。     

涨壳式预应力中空锚杆在机械化开挖大断面隧道中的施工应用研究

为了解决软弱围岩隧道机械化开挖后快速支护的难题，采用三臂凿岩台车、风动扳手等配套机具施作涨壳式预应力中空锚杆对围岩进行快速支护。通过在郑万高铁高家坪隧道软弱围岩段大断面机械化施工条件下涨壳式预应力中空锚杆的应用研究，总结出涨壳式预应力中空锚杆工作原理、工艺流程，通过注浆试验对比分析，提出适合的隧道锚杆注浆比例，并结合锚杆轴力监测和地层位移监测结果，表明该锚杆具有快速约束围岩、形成应力拱、减少围岩松动圈、保证围岩稳定的优势，能够有效保障隧道机械化施工的安全，并提高隧道机械化施工效率。     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。     

山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策

如何在软弱围岩地质条件下安全快速地修建长大隧道是当前隧道工程界面临的重要课题之一,尤其是当隧道穿越高地应力软弱围岩时,常常形成大变形等地质灾害,严重影响施工安全和进度。通过对软弱围岩工程地质特性、软岩隧道变形机制及变形控制基本理念进行分析,并结合相关工程实例提出软岩隧道支护结构安全稳定性评判标准及施工应采取的相应对策。认为:1)软弱围岩隧道由于支护参数、施工方法选择不当,支护结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力时,往往会出现结构大变形和破坏;2)软岩地段初期支护承受施工期间全部荷载,二次衬砌需承受后期围岩流变产生的荷载,软岩隧道衬砌应通过增设钢筋、加大厚度等方式增加结构强度;3)超前支护与加固技术可提高围岩的自承能力并减小作用在支护结构上的荷载,且应当成为当前软弱围岩隧道施工技术研究的发展方向;4)在高地应力山岭隧道方面,应进一步开展施工阶段地应力测试,以利于针对性地选择施工方法和支护参数。     

软弱围岩隧道机械化全断面爆破开挖初期支护受力特性研究

软弱围岩隧道开挖后自稳能力差,易发生大的变形、钢架扭曲等现象。为降低安全风险,依托郑万高铁高家坪隧道进口机械化全断面爆破施工,对支护体系下的围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移、掌子面挤出变形等进行系统试验研究。试验结果表明： 围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力受岩性条件、施工扰动等因素影响显著,随时间推移均呈现“急剧增大、缓慢增大、波动变化、稳定收敛”的变化规律; 通过锚杆轴力峰值位置可以初步判定围岩塑性区范围约为距洞壁3.0 m。基于现场试验监测,通过数值模拟分析了初期支护结构压应力、轴力和弯矩的分布情况,与现场量测数据相符,较好地反映了初期支护受力特征。本次试验的相关方法、手段和结论对隧道机械化大断面施工软弱围岩变形与支护体系受力研究具有借鉴作用,同时也为建立科学合理的支护结构体系提供了参考。     

浅埋软弱围岩隧道施工技术要点

为确保浅埋软弱围岩隧道施工安全稳定,降低施工风险,以鄂北砂岩和粉砂质泥岩软弱围岩条件下浅埋隧道为工程背景,结合地质条件分析了施工难点,选择合适的技术方案,重点对超前地质预报、开挖方法、初期支护、二次衬砌等施工方案要点进行讨论,通过MIDAS/GTS数值计算结果并结合现场实测数据,验证了方案的有效性,为此类工程提供指导意见。     

大断面隧道加强型机械化施工管理及施工效果分析

为分析隧道加强型机械化施工管理及施工效果对于隧道安全快速高效施工的重要意义,通过对加强型机械化与普通型机械化施工管理及施工效果的对比分析,综合考虑施工管理层、施工设备及作业线班组配置等因素,得出： 加强型机械化施工组织体系运用已初见成效,施工组织管理体系分工明确,同时提高了隧道施工工效,加快了隧道施工进度,施工人员的人身安全也能够得到保障。     

软弱围岩隧道变形规律与施工安全控制技术

针对梁家院子隧道围岩软弱变形大、变形持续时间长等特性,基于流变理论,探讨了软弱围岩变形规律.结合现场反馈监控量测信息,反演分析得到合理的支护时间,进而确定合理台阶长度;充分利用监控量测手段,调整施工方案和支护参数,采取控制围岩变形的技术措施,确保隧道施工的安全进行.工程实践表明,提出的隧道施工安全控制技术在确保施工安全,节省施工成本,加快施工进度等方面起到积极的作用.     

软弱地层敞开式TBM超前注浆加固技术研究

为实现敞开式TBM施工过程中隧道围岩的机械化超前加固,降低软弱破碎地层中的隧洞塌方和TBM卡机风险,在传统敞开式TBM的基础上,引入超前钻注一体化装备,并建立配套的TBM超前加固技术。同时,为明确敞开式TBM钻注一体机超前加固效果,以阿勒泰某引水隧洞为背景,采用midas对加固前后敞开式TBM在2个特征循环段中的盾顶压应力及围岩变形情况进行分析,并结合实测数据对比研究超前加固技术的可靠性。结果表明:1)采用超前加固措施效果明显,同一位置处的盾顶压应力降幅达10%～90%; 2)实测钢护盾顶部压应力同加固后的数值计算结果变化趋势基本一致,数值差异量控制在20%内,计算结果可靠性较高; 3)采用钻注一体机进行超前注浆加固,能够满足岩体加固的要求,可提高施工效率。     

超前大管棚施工工艺及参数优化研究

超前大管棚支护是隧道穿越软弱破碎围岩的一种有效处理措施,通过对超前大管棚施工工艺及参数等方面的优化研究,提出无工作室大管棚施工技术及施工工艺,既保证了施工安全,加快了施工进度,又节约了施工成本。通过实践应用证实优化后的施工方法具有明显的经济效益和社会效益,值得在类似工程中借鉴和推广。     

铁路隧道软弱围岩大断面机械化施工经济性研究与分析

为分析铁路隧道软弱围岩大断面机械化施工经济性的影响因素，以及各因素的影响程度，依据郑万高铁软弱围岩大断面机械化施工和普通机械化施工（台阶法）2套设计图的工程量，结合现行铁路造价标准与部分软弱围岩大断面机械化配套工艺单价分析，编制3套概算方案从工程量优化和工艺工法变化2个方面进行对比研究。研究结果表明： 1）影响大断面机械化施工经济性的主要因素是超前加固； 2）Ⅳa、Ⅳb、Ⅴa级围岩大断面机械化施工较普通机械化施工延米概算指标分别增长了-9.41%、10.81%和6.24%； 3）Ⅳ、Ⅴ级围岩大断面机械化施工较普通机械化施工月进尺分别提高了9.33%和22.22%，体现出一定的综合经济性。     

软弱围岩地层隧道大断面机械化施工工法应用

为解决我国山岭隧道施工技术落后的问题,对高速铁路大断面隧道的机械化施工工法进行阐述。通过配备成套的隧道机械化工装设备,并经现场试验研究,形成开挖、支护、衬砌、水电缆槽4条隧道施工生产作业线的新型施工组织模式,以实现Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩机械化大断面的连续施工。通过全电脑三臂凿岩台车的应用,开挖炮眼精确定位、系统锚杆精准安装、施工信息同步上传等施工难题得以解决; 通过各类大功率机械设备的配置和应用,可缩短各道工序的循环时间,实现软弱围岩早封闭的安全管理理念。根据大量的监测数据和现场实践表明,隧道大断面机械化施工工法的施工质量可靠、施工效率高且施工安全。     

软弱围岩隧道安全快速施工技术研究

软弱围岩的力学特征及其变形规律是实现软弱围岩隧道安全快速施工的理论基础。强度低、变形大、变形时间长、变形速度快是软弱围岩的基本特征,因此在软弱围岩隧道施工过程中,必须根据围岩应力调整的特征及其变形规律,合理选择开挖分部和开挖进尺,切实做好超前支护,加强施工管理,按照"预支护、快挖、快支、快封闭"的施工原则,实现软弱围岩隧道安全快速施工。     

长大铁路隧道机械化施工配套技术经济分析研究

为研究长大隧道大型机械化施工建造费用确定的方法和途径,通过对隧道施工机械化配套技术研究及实际施工情况的调查与测定,对机械化施工进行工程经济分析研究,核算出隧道在不同围岩条件下的施工机械化配置,在合理的施工组织条件下的经济指标及所需要的工程费用。通过与普通钻爆法对比,长大隧道机械化施工配套能有效地加快施工进度,缩短工期,改善作业环境,保证施工质量,降低安全风险,虽然直接建造费用有小幅度增加,但综合效益显著。     

软弱隧道围岩拱顶塌方模型试验及其数值模拟

在软弱岩体中修建隧道,塌方是常见的事故之一,严重威胁施工人员安全、阻碍施工进度,从而增加工程投资成本。以Ⅳ级围岩为研究对象,采用模型试验和数值模拟手段对软弱岩体拱顶塌方破坏机理开展了研究,并得出结论,隧道开挖后,软弱围岩塌落破坏成拱,表明围岩具有一定的自承能力;随着隧道开挖的进行,围岩应力重分布呈现出阶段性特征,拱顶上方约一倍洞径高度范围内的围岩受扰动明显,是施工应重点加强支护的区域;隧道塌方破坏会引起地层的位移,故在施工中应对地层活动进行实时监控量测,并以此为依据反馈指导设计和施工。     

面向软弱围岩大断面隧道开挖的超前支护技术研究

以国内某一在建软弱围岩隧道为研究对象,提出了一种基于软弱围岩隧道的管棚注浆超前支护。通过建立模型对管棚注浆超前支护在隧道围岩加固中的作用效果和影响因素进行了分析。研究结果表明:隧道围岩在自重作用下沿纵向产生最大初始位移量,而水平、竖直向的初始位移量相对较小;在隧道整体施工过程中,随着隧道施工步序的推进,锚杆拉应力在一个小范围波动,并未出现较大幅度的突增和下降,采用管棚注浆超前支护能够有效的控制隧道围岩的竖向位移量,提高了锚杆的均匀受力性,有效控制喷混层拱顶应力集中现象,优化了拱顶部的受力状态。但管棚注浆超前支护对超前核心土作用在掌子面的挤压变形控制效果较差;且由于管棚加固自重作用,增加了拱脚处受力。     

高速铁路隧道机械化修建技术创新与智能化建造展望——以郑万高速铁路湖北段为例

为实现郑万高速铁路湖北段隧道安全、快速、高质量修建,开展全工序大型机械配套条件下的施工技术、结构设计和信息化管理等一系列探索和创新:1)形成一套基于大型机械化的超前地质预报、掌子面超前预加固、隧道全断面机械开挖工法、初期支护机械化施工、宽幅防水板作业台车铺装和智能衬砌台车的全断面机械化施工技术; 2)基于机械化施工技术,建立隧道围岩稳定性分级方法,并在新奥法理念指导下,优化隧道支护结构设计参数; 3)建立隧道施工管理系统、施工信息采集系统、施工安全管理系统、混凝土拌合站质量管理系统、质量信誉评价系统以及施工动态管理系统等,以对隧道施工进行信息化管理。最后,在隧道机械化、信息化修建技术的基础上,从隧道支护体系智能动态设计系统、隧道支护体系智能机器人施工技术和隧道结构智能化监测系统等方面对隧道智能化修建技术进行探索和展望,以期将我国隧道建设水平推向新高度。     

断层破碎围岩台阶法施工数值模拟研究

隧道穿越断层破碎带等软弱围岩时,往往会采用CD、CRD等复杂工法,减小隧道的一次性开挖断面,因此保证隧道的安全施工。为了提高隧道开挖的机械化程度,降低隧道施工工法的复杂程度,论文通过数值模拟计算,研究在断层破碎带围岩条件下台阶法施工的适用性。计算结果表明:在采用两台阶法穿越断层破碎带时,隧道拱顶沉降和周边收敛均可得到有效控制,同时,超前支护和锁脚锚管对隧道围岩的变形有一定的控制作用,施工过程中应予以重视。文章通过数值模拟,可为此类型的隧道施工提供一种可行方案。     

新乌鞘岭隧道软岩大变形悬臂掘进机施工控制技术研究

为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究的基础上,采用现场试验的方法,研究玻璃纤维锚杆超前加固、超前大管棚支护、悬臂掘进机预留核心土两台阶机械法开挖工法、合理预留变形量以及增强初期支护的锁脚锚固、桁架结构加强初期支护纵向连接、径向注浆加固围岩等措施。经现场应用表明： 1）对于高地应力软弱围岩隧道,采用预留核心土两台阶大断面悬臂掘进机铣挖法施工技术是可行的,结合超前加固、支护结构补强等措施后,支护结构累计变形较前期减小一半以上,支护结构变形可控。2）采用悬臂掘进机开挖,隧道平均线性超挖量可控制在15 cm以内,相比钻爆法喷射混凝土平均超挖率由120%减小至60%,工序循环时间减少3 h左右,月施工进度由25~35 m提升至50~60 m。3）高地应力软岩大变形控制应在合理工法、合适设备、合理预留变形量和具有一定抵抗变形能力的支护结构之间找到平衡点。     

不同开挖方法对公路隧道围岩稳定影响分析

位于我国西部的某公路隧道处于软弱地质围岩中,为了研究该公路隧道最优的开挖方法,基于有限元仿真软件MIDAS/GTS模拟隔壁法、环形留核心土法和台阶法3种不同的开挖方式对隧道围岩稳定性影响进行分析。有限元计算结果表明,3种不同的开挖方法不仅对隧道围岩卸荷的顺序存在较大差异,而且不同开挖方法对应的应力集中程度、应力应变大小及变化规律也不尽相同。通过分析3种开挖方式的应力和位移云图,详细对比了各开挖方式对应的各特征点X方向和Z方向应力值和位移值,综合考虑该公路隧道的围岩地质条件、施工进度、施工成本及施工安全,确定该隧道最优的开挖方式为台阶法开挖。