长距离掘进软弱围岩的TBM刀盘扩挖技术

为解决全断面岩石隧道掘进机（TBM）在软弱围岩地层的适应性问题，应对由于围岩收敛变形导致的卡机和支护被破坏的风险，基于高黎贡山隧道TBM施工项目，从TBM装备角度提出了针对性设计方案。通过对比现有的TBM刀盘扩挖技术，提出边缘滚刀外移和预留扩挖刀箱组合设计方案，并结合一套同步抬升油缸系统和中间导向柱实现了刀盘的抬升扩挖设计。通过上述研究，使刀盘半径方向扩挖量达到100 mm，避免由于隧道底部扩挖导致的主机“栽头”现象，实现TBM在软弱围岩地质条件的长距离扩挖掘进。     

主驱动双速减速机在高黎贡山隧道再制造TBM中的施工应用

高黎贡山隧道出口段采用2台敞开式TBM分别在主洞和平导洞施工,由于地质条件复杂,TBM经常遇到刀盘脱困转矩不足导致设备卡机的情况。为提高刀盘驱动系统脱困转矩,满足TBM在破碎围岩条件下掘进的需要,对彩云1号TBM主驱动系统安装双速减速机的技术改造进行研究。双速减速机安装在TBM主电机和减速机之间,高、低速模式下减速比分别为1.00和1.47,可通过手柄直接进行模式切换,具有切换方便的特点;在低速模式下,可将设备脱困转矩由6150k N·m提升至9225k N·m。经现场验证:在TBM脱困使用低速挡掘进时,设备可在7000k N·m转矩下持续掘进,说明在TBM上安装双速减速机可大大提高敞开式TBM在软弱破碎围岩地质条件下的脱困能力。     

填补空白!《全断面隧道掘进机再制造》国家标准来了

正近日,由盾构及掘进技术国家重点实验室牵头主编的全国首个全断面隧道掘进机再制造领域的国家标准——《全断面隧道掘进机再制造》(GB/T 37432—2019)由国家标准化管理委员会正式批准发布,将于2019年12月1日实施。这是全国首个关于全断面隧道掘进机再制造的国家标准,共有10个章节,明确规定了全断面隧道掘进机再制造的流程、再制造性评估、再制造总体方案制定、再制造设计等一般要求;规定了刀盘、主驱动单元、后配套系统等主要系统及部件的再     

TBM掘进综合试验台的研制

刀盘刀具破岩技术是全断面隧道掘进机技术的核心,但是目前国内研究基础还比较薄弱。为了掌握滚刀破岩技术,需要在实验室内准确模拟滚刀破岩过程的试验台架。介绍TBM掘进综合试验台的主要结构、工作原理、主要技术指标、液压系统和信号检测系统等。试验台的建成将为我国TBM刀盘破岩技术及滚刀制造技术提供关键的试验设备。     

兰渝铁路特殊复杂地质隧道修建技术

兰渝铁路位于青藏高原隆升区边缘地带,地质环境极为复杂特殊,存在第三系富水粉细砂岩、高地应力软岩、大直径TBM长距离快速掘进等施工难题,采用室内外试验、理论计算和现场实践相结合的方法,对特殊复杂地质隧道修建技术进行多方面的创新和探索,得到以下成果:1)通过数值分析和现场试验,对第三系砂岩物理力学性质、微观结构和复杂的水稳特性等进行研究,采用地表深井和洞内真空轻型井点相结合的综合降水体系,首创富水粉细砂隧道全断面水平旋喷超前预加固施工工法,攻克第三系流砂难题; 2)提出高地应力软岩设计阶段变形潜势和施工阶段动态调整的分级方法,针对变形机制提出主动应力解除与被动控制相结合的变形控制技术,首创运营期间自动化实时监测系统,构建软岩隧道设计、施工、运营管理的成套技术体系; 3)提出TBM设备参数设计原则,研发同步衬砌、多级级联皮带机出碴系统,首创分阶段通风技术,解决大直径TBM安全快速长距离施工的难题。兰渝铁路特殊复杂地质隧道修建过程中取得的技术成果,填补了多项空白,推动了隧道修建技术进步。     

TB880E隧道(硬岩)掘进机主轴承密封故障诊断与处理

通过对TB880E型全断面隧道掘进机(TBM)主轴承漏油、进水、串油脂等故障处理的研究,探讨刀盘固定、锚杆锁固、支撑耐磨钢环焊接、唇型密封换位及HBW油脂系统等工艺和方法在TBM上的使用;在不便于更换修理的环境条件下,较快地解决了TBM主轴承密封缺陷和故障问题,保证了TBM的掘进,提高了设备的使用率,为TBM在今后施工中故障的快速处理提供借鉴。     

不同几何结构的TBM刀盘静力学性能对比分析

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,其变形量是否满足要求、应力分布是否合理决定了掘进机能否安全可靠地工作。为对比分析不同几何结构TBM刀盘的静力学性能,基于应用在秦岭隧道的TB880E型平面刀盘,设计了具有相同开挖直径和滚刀数目的锥面刀盘和球面刀盘;通过建立3种刀盘的有限元计算模型,分析了相同工况下3种刀盘的变形和应力分布。分析结果表明： 相同工况和掘进参数条件下,平面刀盘的应力最小,而锥面和球面刀盘的盘面变形较小。这说明平面刀盘结构平滑,不易产生应力集中,刀盘强度较高;球面和锥面刀盘的刀盘面呈拱形结构外凸,可以有效提高刀盘结构的整体刚度。     

全断面隧道掘进机简述

0引言 全断面隧道掘进机（Full—face Tunnel Boring Machine）简称TBM。1851年,美国工程师Charles Wilson设计了世界上第一台可连续掘进的隧道掘进机,但由于设计上存在难以克服的滚刀问题,无法与当时刚诞生的钻爆法相媲美,致使其无用武之地。     

复合地层条件下盾构机刀盘力学性能分析

在同一区间掘进时需同时满足切削软土地层、土岩复合地层及全断面岩石地层的复合式盾构机越来越被广泛应用,刀盘作为复合式盾构机中直接参与隧道开挖的关键部件,其力学性能关系到整个隧道工程项目的顺利进行。以某地铁隧道工程项目为例,对其穿越的地质剖面做了3种地质条件分类,采用ANSYS有限元分析软件对刀盘进行静力学分析,结果表明:除土岩复合地质条件外,刀盘的最大等效应力均出现在内周连接板与面板连接处,土岩复合地层最大应力在牛腿与法兰连接处;刀盘最大变形均出现在刀盘边缘处,因该位置距离刀盘牛腿较远,因此在刀盘的设计时需考虑这些部位的加强,确保其应力和变形值处于合理的范围内。     

隧道掘进破岩试验机结构设计及仿真

针对复杂多变地质环境，为可高效可靠地开展掘进机刀盘刀具选型设计及掘进参数精准选择，研究不同地质环境、不同掘进参数条件下多掘进机破岩机制物理试验特点，结合隧道掘进机现场工作特点，设计一种隧道掘进机螺旋推进式破岩伺服试验机。通过分析室内开展隧道掘进机破岩试验的重难点与试验机的通用性、宽泛性，重点针对试验机框架结构、刀盘结构和刀具安装装置等，采用有限元对其可靠性进行仿真计算，确定关键结构件设计参数，确保试验机工作稳定性、结构可靠性，实现试验机的研制。     

TBM滚刀布置方案对比分析与评价

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,滚刀布置设计是刀盘结构设计的关键,直接决定着刀盘的综合掘进性能。基于硬岩TBM 的 2种滚刀设计方案,对比分析不同滚刀布置方式对TBM刀盘力学性能的影响。从刀盘整体受力平衡的角度,对比计算2种方案的滚刀群径向不平衡力和倾覆力矩;从刀盘局部变形和应力分布的角度,提出滚刀分布密度的评价指标,并与刀盘面变形有限元计算结果进行关联分析。研究结果表明： 1）滚刀分布密度可作为滚刀布置的设计评价指标; 2）溜渣板对刀盘的力学性能影响较大; 3）随机式滚刀布置方案优于米字型滚刀布置方案。     

对全断面隧道掘进装备智能化的一些思考

简要介绍人工智能技术的发展现状、智能工程装备的发展趋势以及全断面隧道掘进装备智能化的国家需求,指出掘进装备智能化将成为隧道工程领域的重大技术挑战和未来行业竞争热点;提出复杂环境下全断面隧道掘进装备智能化面临的科学挑战:1)复杂工况下掘进状态识别与地质环境感知,2)地质环境与装备掘进运行参数映射规律与匹配,3)多子系统掘进作业的智能规划与协同控制;分析掘进装备智能化的现有研究基础,指出环境与状态感知、施工参数自适应动态调控、多系统协调控制与多目标优化等理论与应用存在的不足;提出掘进状态感知、掘进参数工况自适应动态调控、掘进参数数据挖掘计算、掘进参数的智能优化和决策以及多系统协调智能化控制等包含全断面隧道掘进机设计、制造及运行等各个环节的智能化设想。     

广西首次成功实现开敞式TBM在岩溶地区最长独头掘进

正国内外岩溶地区最长隧洞——广西桂中治旱乐滩水库引水灌区工程北干渠TBM施工隧洞顺利贯通。该隧洞的顺利贯通标志着开敞式TBM(全断面隧道掘进机,tunnel boring machine)技术在复杂地质条件下取得重大突破,在国内外开创了岩溶地区独头掘进11. 9 km的先河,为多项岩溶区重大课题研究、同类工程施工提供了可借鉴的经验,标志着TBM技术在广西首次成功应用,广西岩溶地区勘察设计技术迈上新台阶。     

TBM掘进模态综合实验平台升级改造研究

为建立全断面岩石隧道掘进机刀盘不同位置滚刀载荷分布规律，防止TBM滚刀及刀座频繁过载失效，通过对TBM掘进模态综合实验平台升级改造，研发了单把滚刀载荷测试方法，实现了单刃滚刀、中心双联滚刀以及不同规格滚刀载荷的直接获取； 开发了滚刀载荷和转速监测系统，实现了滚刀载荷和转速数据的实时采集和无线传输； 制造了可安装不同规格滚刀、刀间距和刀高差可调的多功能刀盘，实现了刀盘刀具多种方式布置。TBM掘进模态综合实验平台的升级改造为TBM刀盘不同位置滚刀载荷分布规律、刀盘刀具布置等滚刀破岩理论的研究提供了实验工具，为TBM滚刀载荷实时监测提供了新方法。     

高黎贡山隧道复杂地质条件下敞开式TBM施工关键技术研究

高黎贡山隧道地质条件极其复杂,可总结为"三高四活跃"。其中,高地热、高地应力、多断层破碎带、高压突涌水是制约TBM施工质量和安全的主要地质因素,将给TBM施工带来不可预估的风险。为了减少以上地质问题带来的TBM施工风险,通过资料查阅、调研国内外现有的TBM施工案例、专家咨询研讨、设计高适应性的TBM,并结合工程目前的施工状况,提出了TBM超前地质预报、钢筋排和钢拱架联合喷射混凝土及时支护、合理调整掘进参数等一系列确保TBM连续施工的方案与措施。研究结果可为即将进场施工的TBM提供理论参考。     

中铁隧道集团二处TBM掘进破万米

日前,由中铁隧道集团二处掘进机一公司负责施工的兰渝铁路西秦岭隧道出口TBM刀盘运转4 258.1 h、完成掘进10 003.9m,创造了刀盘直径10 m以上TBM掘进破万米、平均2.35 m/h 2项国内新纪录。这是继该TBM掘进机创造2项世界纪录、5项国内纪录后取得的又一重大突破。自2010年1月TBM掘进机起运以来,掘进机一公司以TBM掘进为主线,紧盯TBM维修保养、机车整合编组、长距离有轨运输、皮带七次转载等关键环节,先后克服了TBM超宽超高超重、运输线路长等诸多难题,实现了日掘进42.69 m、周掘进235 m、月掘进841.8 m、掘进破万米、平均2.35 m/h、连续皮带出砟及同步衬砌等多项国内纪录及世界纪录。     

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。     

高黎贡山隧道敞开式TBM穿越高压富水软弱破碎蚀变构造带施工技术

为解决敞开式TBM在高压富水软弱破碎蚀变构造带不良地质条件下围岩变形、钻孔困难、支护困难、刀盘被卡、护盾被卡、突涌掩埋设备等工程难题,结合大瑞铁路高黎贡山隧道2台敞开式TBM在滇西南极端复杂地质条件下的施工情况,以PDZK221+481处高压富水软弱破碎蚀变构造带处治为例,从初期支护加固措施、钻孔技术、超前加固措施、侧壁导坑泄水降压措施、TBM卡机脱困技术、不良地质掘进支护措施等关键技术方面进行研究。总结出对于此类不良地质,可采用高位小导洞探测地质、侧壁导坑超前泄水降压、原位超前管棚及注浆加固、盾体区域扩挖释放护盾脱困、掌子面化学注浆加固后清理刀盘周边释放刀盘脱困、初期支护加强等综合处理技术通过,同时提出侧壁导坑断面形式及支护措施、管棚工作室断面及支护措施、超前加固支护措施等。     

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。     

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。