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。     

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。     

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。     

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。     

穿江越海超大断面盾构隧道建造技术高端论坛在汕头成功举办

正2020年8月7日,"世界级挑战性工程"汕头海湾隧道双线成功穿越汕头海湾,攻克了海底孤石、基岩、8度地震烈度区等世界级施工难题,掀开了穿江越海隧道建设的新篇章。为总结经验并进一步探讨穿江越海隧道建设面临的挑战,8月22日,穿江越海超大断面盾构隧道建造技术高端论坛在广东汕头成功举办。本次高端论坛由中国土木工程学会隧道及地下工程分会、中信城市开发运营有限责任公司、中国中铁     

我国隧道及地下工程近两年的发展与展望

总结我国隧道及地下工程近两年的发展情况。1)铁路、公路、地铁、水工等主要领域的隧道总数和总长度快速增长。2)重难点隧道及地下工程建设进展顺利:青藏铁路关角隧道、兰新高铁祁连山隧道、兰渝铁路木寨岭隧道、烟台地下水封LPG洞库、渝黔高铁天坪隧道等相继完工;港珠澳大桥沉管隧道、引松供水隧洞、引汉济渭输水隧洞、武汉三阳路长江隧道、大瑞铁路高黎贡山隧道、京张高铁八达岭地下车站、惠州地下水封油库、湛江地下水封油库、珠海横琴地下综合管廊等在如期建设中。3)特长山岭隧道建设技术、软岩隧道大变形控制技术、高瓦斯隧道建设技术、岩爆隧道建设技术、大断面矩形顶管及矩形盾构设计与应用技术、隧道机械化施工水平等方面取得了进一步的突破。我国隧道及地下工程修建技术整体处于国际先进水平。国家新型城镇化建设、新一轮西部大开发、"一带一路"、海绵城市、城市地下综合管廊、城市轨道交通、京津冀协同发展、长江经济带、珠三角经济区等战略规划,为我国隧道及地下工程领域技术发展带来了前所未有的契机。最后,基于隧道及地下工程发展方向,指出超长隧道技术,高地应力软岩大变形控制技术,高水压、大断面水下隧道建设技术,高地温、高地热隧道建设技术,高地震烈度与构造活跃带的隧道建设技术,隧道运营维护管理技术,新材料研发与应用的开发等是今后需要深入研究的关键课题。     

我国近5年发表的盾构和TBM论文统计

正进入21世纪以来,随着我国经济的持续发展、综合国力的不断提升以及高新技术的不断应用,我国隧道及地下工程得到了前所未有的迅猛发展。盾构和TBM作为机械化开挖的重要工程装备,现已大量应用在隧道及地下工程建设中。从最初的引进和消化吸收,到现在实现自主设计制造和走向国外市场,我国在盾构和TBM技术上取得了骄人的成果。     

我国自主研制的国内最大直径硬岩掘进机“彩云号”在昆明下线

正2017年8月1日,我国自主研制的国内最大直径硬岩掘进机(TBM)"彩云号"在昆明下线,将用于中国第一铁路长隧、亚洲第一长铁路山岭隧道——大(理)瑞(丽)铁路高黎贡山隧道建设。这台由中铁隧道集团联合中铁工程装备集团、石家庄铁道大学、中铁二院、中铁西南院、中国水电十四局等单位共同研制的硬岩掘进机,是中铁隧道集团牵头承担的中国铁路总公司"复杂地质条件新型TBM研制及应用研究"重大科研项目,其刀盘开挖直径     

盾构、掘进机技术在建设体制和管理方面应走专业化的道路

我国近些年来以至今后一个相当长的历史时期，都会是国民经济发展的高速阶段。基本建设方兴未艾。隧道及地下工程作为基础设施建设必不可少，其重要性非常突出，甚至无可替代。盾构及掘进机技术在隧道及地下工程建设中发挥的作用日益强势。随着盾构及掘进机技术的不断完善和提高，盾构及掘进机的技术性能越来越好，其应用覆盖面越来越大。总的发展趋势为：原来只能用于软岩和土质的盾构有了一定的硬岩掘进能力；原来只用于硬岩掘进的TBM也具备了在软岩及断层破碎带中的适应能力。     

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。     

亚洲铁路第一长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道

大瑞铁路高黎贡山隧道全长34 538 m,为亚洲铁路第一长隧。隧道区域地质构造发育,沿线工程地质条件差,具有“三高”（高地热、高地应力和高地震烈度）、“四活跃”（活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程）的特征。工程主要不良地质有高烈度地震、 活动断裂、高地温、岩爆、软质岩变形、放射性地层、有害气体等。工程重难点为高温热害问题突出,软岩大变形,隧道涌水量大,软弱破碎围岩地段TBM施工易卡机,安全风险极高、组织管理管控要求严 ,通风效果要求高等。围绕高地热,活动断裂地层,深竖井、复杂地质条件下TBM研制等问题,已立项并实施隧道高地热环境施工关键技术、复杂地质条件新型TBM研制及应用、铁路隧道超深竖井施工关键技术和深埋特长隧道高地温地段混凝土技术。     

川藏铁路隧道高海拔环境钻爆法施工装备选型配置思考

川藏铁路隧道建设面临高海拔、复杂地质条件、恶劣环境等方面的严峻挑战,其中,高海拔环境对隧道施工装备选型的影响尤为突出。为实现川藏铁路隧道机械化建造,以新建川藏铁路雅安至林芝段隧道建设为例,在分析高海拔环境影响因素的基础上,从动力系统、电气控制系统、流体控制系统、空压机性能等方面,重点论述高海拔环境对钻爆法隧道装备作业性能的影响。系统研究并针对性提出在高海拔高寒等极端环境下超前支护、开挖、初期支护、二次衬砌等钻爆法施工关键工序的装备选型建议,如超前钻探及支护设备、凿岩台车、拱架安装设备、混凝土喷射设备等,并提出"破碎机+皮带机"出渣、挖装运电动设备、移动式除尘等新型装备和技术在川藏铁路隧道建设中的应用建议。     

新加坡隧道的密封

新加坡正在如火如荼地建设公共基础设施(图1)。修建地铁隧道、污水排放系统以及能源供应系统等隧道工程大量采用盾构(TBM)。多变的地质条件及水条件对盾构和用于丘宾筒衬砌的密封衬垫均有高的要求。     

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。     

隧道工程建设地质预报及信息化技术的主要进展及发展方向

复杂的不良地质条件是制约隧道安全高效建设的主要因素,要实现隧道工程的安全高效建设,首先要提高地质预测预报技术水平及其信息化程度。1)介绍我国复杂不良地质隧道超前预报的方法进展及其应用,包括突水突泥灾害源超前探测方法与设备、断层破碎带超前预报、城市地铁溶洞和孤石等探测的进展及应用等;2)介绍我国隧道岩爆监测预警方法及其应用,预报清楚之后就要加强安全风险过程监控;3)介绍基于BIM技术的建筑物(隧道工程)安全风险监控最新进展,包括安全风险实时感知系统和实时预警系统;4)指出隧道工程建设信息化技术的发展方向,包括开展基于大数据技术的TBM/盾构施工的分析与控制研究以及数字隧道向智慧隧道(建设和运营维护)的发展。     

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。     

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     

国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机下线

<正>2014年12月27日,我国首台拥有自主知识产权的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)在湖南长沙顺利下线。该掘进机的成功研制打破了国外长期垄断的局面,标志着我国在大型高端装备制造领域已取得了重大突破。大直径全断面硬岩隧道掘进机常用于长大硬岩隧道施工,被称为工程机械的"航空母舰"和"掘进机之王"。此前,国内的TBM全部依赖进口。设计制造单位结合试验工程地质条件开展关键技术研究和科技攻关,突破了大直径TBM多系统协调技术,大功     

深圳春风隧道主要施工技术难题与解决方案

深圳春风隧道为中国大陆在建最大直径盾构隧道之一,全隧穿越滨海复合地层,岩体破碎至完整,部分地段岩石强度达到173 MPa,隧道近距离下穿铁路、地铁、桥梁及多栋建筑物,环境复杂敏感。文章结合本工程地层情况和大直径盾构自身特性,梳理施工过程中将会面对的盾构破岩效率低、破碎岩体堵舱滞排、敏感环境沉降控制、大直径盾构管片上浮开裂、施工对城市交通影响等问题,并结合工程经验提出完整极硬岩段的盾构破岩效率解决方案、盾构下穿建(构)筑物沉降控制措施、大直径泥水盾构堵舱滞排解决方案、管片上浮开裂防治综合措施以及繁华城区碴土处理方案。春风隧道以超大的体量、超高的建设标准考验着中国建设者的智慧,也对其他类似工程具有一定的借鉴意义。