并联式泥水/土压双模式盾构施工技术与冷冻刀盘开舱技术的创新与实践

针对盾构施工过程中经常遇到的2大问题:1)盾构在复杂地层中掘进遇到的盾构选型难问题,如盾构区间一段适合土压盾构掘进,另一段适合泥水盾构掘进,而采用单一掘进模式的盾构都无法应对较大的地层变化; 2)盾构在复杂地层、长距离掘进施工时,开舱检查并更换刀具不可避免,盾构在上软下硬/软弱地层/含水砂性地层开舱存在极大的工程安全风险。在原有盾构的基础上,通过采取改造盾构内部结构、搭载冷冻设备、改进设备系统等手段,研制出并联式双模式盾构及搭载冷冻刀盘式盾构。通过广州地铁9号线、广州地铁21号线、220 kV石井—环西电力隧道(西湾路—石沙路段)工程案例,总结出双模式盾构施工技术与冷冻刀盘技术。并联式泥水/土压双模式盾构兼具土压平衡盾构和泥水平衡盾构的功能及施工优势,可根据隧道沿线地表环境条件和隧道穿越地层条件,合理划分采用泥水或土压模式施工的地段,且盾构施工环境适应性强,可在不拆装任何部件的情况下安全、快速地实现掘进模式的切换。将冷冻法与盾构刀盘结合在一起,使盾构刀盘具备冻结地层的功能,通过冷冻刀盘在隧道内对土舱外土层冻结加固,使其达到常压开舱的要求,与双模式盾构相结合,兼容性好,不存在功能上的冲突。     

南水北调中线工程潮河段隧洞盾构选型设计研究

针对南水北调中线总干渠潮河段隧洞工程的水文地质和工程地质条件,结合隧道结构、管片形式和施工特点,从土压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地层的适应性进行分析。根据2种盾构的工作状况、出渣设备、施工场地、经济性、环境影响等多方面特点,对土压平衡盾构和泥水平衡盾构进行综合比较,提出适用于潮河段隧洞工程施工用的盾构机型。     

海域复杂地质双模式TBM设备选型与应用关键技术

为解决青岛地铁长距离穿越埋深30~60 m海底微风化凝灰岩和500 m宽的F5断层破碎带时面临的突涌水风险等技术难题，从工期、地质、地下水3方面综合比选，确定双模式TBM施工，穿越海底硬岩地层段采用TBM敞开模式掘进，穿越F5断层破碎带由敞开模式转换为土压平衡模式掘进。基于特殊工况下的水文地质环境，开展TBM设备选型与优化改造，增加盾尾刷以提高设备防渗能力，盾尾设止浆板保证壁后注浆效果；配备超前地质钻机和双液注浆设备，实现超前钻探和注浆加固；采用重型合金刀，减少换刀频率并增加开挖尺寸，降低复杂地质卡机风险；刀盘开口位置增设钢格栅，防止大块度洞渣破坏刀盘；压力隔板上增加超前孔，实现无压模式正面钻探及注浆加固。拆除主皮带机及相关设备，封堵压力隔板孔洞，安装螺旋输送机及泡沫系统，由敞开模式转换为土压平衡模式，提高双模式TBM穿越破碎带的安全性。通过设备选型与优化、工艺试验、模式转换研究，顺利完成了青岛地铁8号线大洋站—青岛北站区间穿越海域复杂水文地质辅助导洞施工。     

北京铁路直径线大断面地下隧道盾构机选型研究

 拟建的北京站和北京西站之间直径线可使北京铁路枢纽布局更为完善，直径线地下隧道拟采用盾构法施工，盾构机选型是盾构法施工的关键环节之一。分析直径线地下隧道穿越地层的地质条件和水文条件，给出盾构机选型的一般程序和依据，着重分析工程地质条件对盾构选型的影响，对不同类型盾构的施工风险进行评估。主要研究结论是：泥水平衡盾构在控制地表沉降、漂石卵石处理、掘进进度、减少刀盘刀具磨损及开仓换刀次数等方面均优于土压平衡盾构；本工程具备泥水处理装置的场地布置条件，弃浆、降低施工噪声等环境保护问题也可得到较好地解决；本工程适于采用泥水平衡盾构机。     

国内首创双模式盾构在广州下线

<正>2013年12月19日,国内首创的2台泥水、土压双模式盾构在广州下线。该设备填补了国内相关技术空白,获得国家专利,将用于广州地铁9号线的土建工程,以适应当地复杂地质条件施工的需要。据介绍,这2台泥水、土压双模式盾构,每台比以往整机进口的盾构大约可节省资金1 500万元。据广东华隧建设总经理赵晖透露,这种双模式盾构从设计研发到生产下线用了一年多的时间。     

“泥水+土压”双模式盾构应用于广州地铁9号线

<正>日前,国内首台直径6.26 m"泥水+土压"双模式盾构在广州地铁9号线(花都汽车城—广州北站)区间始发,该盾构实现了多项重大技术创新,填补了国内双模式盾构的空白。截至2014年4月,9号线全线土建工程累计完成48%,全线力争2016年开通。新盾构降成本提工效国内首台"泥水+土压"双模式盾构可根据地层变化,不需拆装任何部件,只要通过控制系统快捷地在2种不同掘进模式之间实现相互切换,保证工程优质高效。双模式盾构与普通盾构相比,具有一个显著的特征,即:同时具备泥水和土压盾构2种功能,能     

深圳地区复合地层盾构针对性设计与选型探讨

结合深圳地质普遍特点、难点及其对盾构设计选型的总体要求,重点介绍应用于深圳轨道交通11号线及9号线的复合式土压平衡盾构的设计和选型特点,从盾构设备的角度对刀盘结泥饼、刀盘及刀具异常损坏、刀盘或盾体被卡等问题提出了针对性的设计措施,并结合实际应用情况,得出了以下结论:深圳复杂地质条件下,盾构设计选型时应使设备具有良好的地质适应性,具有足够的驱动扭矩、破岩能力和良好的耐磨设计,需有防泥饼、防喷涌和带压换刀等功能。同时,对盾构施工管理和盾构设计改进也提出了建议,供业内参考。     

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。     

土压平衡/单护盾TBM双模盾构模式转换施工技术探析

为提高土压平衡/单护盾TBM双模盾构模式转换施工效率,最大程度地降低施工风险,以深圳地铁13号线留仙洞站—白芒站区间双模盾构施工为例,根据地质补勘、地面调查以及进舱检查等确定TBM模式转土压平衡模式转换位置,详细阐述双模盾构从TBM模式转换为土压平衡模式的3个施工阶段,总结出一套土压平衡/TBM双模盾构在软硬交叠地层下的模式转换施工技术。通过在模式转换前加强隧道内补充注浆,合理进行施工筹划与施工部署,优化皮带机架拆装工序及螺旋输送机工装,仅用11d便完成单次模式转换,较计划工期提前3d完成,相比国内模式转换最短用时记录13d提前2d完成,实现了双模盾构安全、高效的模式转换。     

新街台格庙矿区斜井隧道双模式盾构关键掘进参数配置研究

为了解决盾构关键掘进参数的合理配置问题,实现盾构在不同地层条件下安全、快速、高效掘进,以新街矿区斜井隧道工程为依托,在研究斜井隧道工程地质条件的基础上,提出了双模盾构掘进参数配置的原则;分析计算双模式盾构在2种掘进模式下的最大切深、土舱压力以及盾构推力、刀盘扭矩等关键掘进参数,确定了在EPB模式和单护盾TBM模式下的最大切深分别为28r/min和19 r/min,并提出了在6个地质区间下双模盾构关键掘进参数的配置建议。     

高黎贡山隧道高适应性TBM设计探讨

为了应对高黎贡山隧道“三高四活跃”的特殊地质条件,研制高适应性TBM迫在眉睫。通过对高黎贡山隧道TBM施工段地质特征的勘察,总结了高黎贡山隧道的主要不良地质条件,分析了TBM施工存在的软弱破碎和大变形围岩洞段TBM卡机、高地应力掌子面与护盾后方岩爆、围岩收敛挤压变形支护破坏、高压突涌水和高温热害等方面的施工风险。提出高适应性TBM的针对性设计方案,包括TBM支护系统设计、刀盘刀具设计、应对涌水设计、应对高地热设计以及其他适应性设计的初步方案。研究结果可为高黎贡山隧道高适应性TBM的设计选型和制造提供参考。     

双护盾TBM前盾下部液压支撑装置的设计研究与探讨

双护盾TBM主机长度较长,使得其在掘进和换步过程中姿态不易控制,如遇到突发地质破碎带时卡机风险增加,成为施工中的不利因素之一。本文提出一种液压稳定支撑装置,安装于前盾下部左右两侧。该装置具有2种不同的工作模式:高压支撑模式和低压撑紧模式。液压支撑装置在高压支撑模式下工作时能将前盾和刀盘整体抬升,从而丰富主机扩挖方式、提高边滚刀更换的效率和安全性;在低压撑紧模式下工作时能增加前盾与开挖洞壁的接触点,从而减轻掘进时主机的振动、提高换步过程中主机的稳定性。     

土压平衡盾构双螺旋输送机力学机理简析

螺旋输送机是土压平衡盾构的重要组件,对维持盾构开挖面土压平衡起着至关重要的作用。通常一台土压平衡盾构中只配备一节螺旋输送机,但近来在一些水土压力较大的地区采用土压平衡盾构时,一节螺旋输送机难以平衡地层压力,利用双节串联螺旋输送机来解决土压平衡问题。根据土压平衡原理,建立了双节串联螺旋输送机的力学模型,得出双节串联螺旋输送机底部压力在静力平衡条件下的力学表达式,并在此基础上讨论了双节串联螺旋输送机底部压力与其设备参数及渣土性质参数的相关关系,为合理设计、改造、选用和评价土压平衡盾构双节串联螺旋输送机提供了一个简便的方法。     

复合地层双模盾构风险分析与针对性设计

为解决富水圆砾—泥岩复合地层采用双模盾构的适应性设计问题，依托南宁市轨道交通5号线五一立交站—新秀公园站隧道工程，针对穿越邕江、下穿浅基础建筑物、圆砾—泥岩复合地层中地表沉降和刀盘固结泥饼等施工风险，提出泥水/土压双模盾构结构和功能系统的针对性设计。在结构设计方面，双模盾构增设气垫仓稳定泥水压力，并配合排浆口优化设计实现了对地层沉降的稳定控制；加设中心面板和扭腿冲刷及“P0泵小循环”系统降低泥饼形成概率；优化的螺旋输送机设计减小喷涌压力，与邻近线路相比，过江段掘进速率提高近1倍。在功能性系统方面，实现泥水和土压2种排渣体系的快速转换；推进系统总推力达39 910 kN，满足不同掘进状态的需要；通过注浆系统与合理掘进参数实现对地表沉降的严格控制。     

城际铁路大直径泥水盾构施工风险及对策——以佛莞城际铁路狮子洋隧道工程为例

盾构直径过大，其成本和安全风险也将成倍增加。结合佛莞城际铁路狮子洋隧道工程地质特性和工程重难点，分析大直径盾构在高水压、强透水性、复合地层施工过程中设备选型、长距离独头掘进、穿越软硬不均地层与断层破碎带等存在的风险。具体从常压刀盘、泥浆环流系统选型设计以提高设备适应性，制定开挖管理与泥浆管理并重的掘进参数控制方法，针对上软下硬和断层破碎带地层的施工风险控制等方面提出相应对策，规避地质重大风险，确保大直径水下盾构隧道的施工安全。     

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。     

某隧洞工程TBM不良地质处置探究

为解决某隧洞工程面临的断层破碎带、软弱围岩大变形、塌方、大坡度、涌水突泥、岩爆、高地热等不良地质问题，设计具有电液混合脱困、刀盘扩挖、护盾延长、超前钻机、应急排水、空气冷却装置等功能的敞开式TBM，并在实际应用中增加螺旋清渣机、钢拱架顶升等功能，与拦水坝、超前注浆、管棚支护等施工手段相结合，有效度过最大涌水量达772.57 m3/h的涌水段、232 m的岩爆段、445 m的蚀变段、塌方段、60 m的涌泥涌沙段，最后根据实际应用效果，指出针对性设计存在的不足和需要改进的地方。