中国TBM施工技术进展、挑战及对策

总结我国近30年来TBM设计与施工技术的发展历程,可归纳为以下5个阶段:1)研发探索和试用阶段;2)以国外施工承包商为主体,采用国外设计制造TBM施工我国隧道工程阶段;3)独立进行TBM招标采购和选型设计,并建立起自主的TBM施工队伍阶段;4)与国外厂家联合设计制造TBM,工程应用和自主施工快速发展阶段;5)实现TBM国产化,面向国内外TBM工程市场自主施工阶段。通过我国不同时期TBM施工的典型工程,介绍我国在复杂地质、大坡度、高海拔、不同直径、不同机型、超长隧洞TBM施工方面取得的经验、技术积累和业绩,展示我国TBM在穿越断层破碎带、软弱变形、岩爆、涌水等不良地质洞段取得的一系列施工新技术,以及最高月进尺1 868 m、平均月进尺超过600 m和掘进作业利用率超过40%的掘进技术水平。分析TBM在极硬岩、大断层破碎带、软弱大变形围岩、强岩爆围岩、涌水突泥洞段、高地热隧洞和超长隧洞工程中施工面临的风险和挑战,并提出一些相应的技术措施和对策,期望这些措施和对策在未来大量实际工程中进一步得到实践验证、优化和改进,不断积累和创新TBM设计与施工新技术。     

基于硬化泥膜的填舱换刀技术研究

为了解决砂土地层盾构刀盘换刀作业面易涌水、涌砂进而导致作业面失稳坍塌问题,采用水泥砂浆和膨润土浆液组成的混合浆液在土舱压力作用下,通过刀盘开口向砂土地层渗透,经固化后在原有稳定泥膜的基础上形成新型混合泥膜,在利用风镐清除土舱内硬化混合浆液的同时,保留刀盘前段形成的混合泥膜,即可进行盾构刀盘换刀作业。通过在广州某地铁盾构施工项目中的应用,表明本施工技术能为砂土地层盾构换刀提供高效且安全的解决方案。     

红外探水在高水位下断裂破碎带隧道施工中的应用

在隧道施工中,断裂破碎带富水段常出现涌水、突水突泥等地质灾害问题,在施工过程中进行超前预报探水可以在一定程度上减少人员伤亡以及财产损失。以揭(阳)惠(来)高速公路小北山一号隧道高水位断裂破碎带施工为工程背景,阐述红外探水技术的基本原理、实施方案、操作方法,以及HS-S310红外探水仪在工程中的应用实践。实践表明:超前红外探水技术针对于断裂破碎带隧道掌子面前方隐伏含水构造体的预报具有一定的准确性以及可参考性。     

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。     

磁力摩擦式辅助驱动在TBM连续皮带机中的应用

长大隧道TBM(tunnel boring machine)施工大多采用连续皮带机出渣,当运输距离较大时通常需要在中间增设辅助驱动,以降低胶带最大张力,从而降低胶带强度。为了提高辅助驱动的工程适应性,研发了磁力摩擦式辅助驱动系统,具有驱动力大、无二次转载、胶带无二次冲击损伤、结构简单、故障点少、结构紧凑占用空间小、安装方便和配置灵活等特点。该成果可用于采用钢丝绳芯胶带的TBM连续皮带机、支洞皮带机以及其他需要辅助驱动的胶带输送机,并在山西省中部引黄工程TBM1标段成功应用,具有广阔的推广应用价值。     

近十年来中国超大直径盾构施工经验

随着国内城市基础建设的快速发展,在采用盾构法建设隧道面临直径更大、埋深更大、距离更长以及地质条件更加复杂的情况下,中国已经应用不同的超大直径盾构完成了各类项目,文章结合工程案例对盾构设备、隧道内部结构施工、盾构始发和到达施工工艺、近距离穿越建(构)筑物等对国内超大直径盾构的应用进行了介绍,并探讨了相关施工技术经验。     

暗挖隧道装配式管片拼装技术研究

为解决目前暗挖隧道二次衬砌工序繁杂、施工进度慢、成形质量差等问题,结合盾构矿山法施工工艺及土压平衡盾构管片拼装原理,阐述暗挖隧道装配式管片拼装在施工中需重点解决的关键技术,并介绍配套的拼装设备结构组成及功能特点。     

极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究

以某在建高速铁路隧道作为工程实例,结合地质情况,从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法,从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制,并得出如下主要结论:1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程,不同的围岩应力释放的速度可能不同,爆破对围岩产生扰动,将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同,变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制,层状围岩的变形破坏一般形成几个区域:破坏区,崩塌,滑动滑移,张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的,隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。     

基于BIM的公路隧道运维管理系统设计与开发

近年来,我国公路隧道建设里程快速增长,但在隧道运维管理中存在技术落后、管理人员配置不足等问题。针对管理中存在的问题,本文提出将BIM(building information modeling,建筑信息模型)引入公路隧道的运维管理,通过制定具体实施规划及设计系统架构,实现可视化的公路隧道运维管理。以浙江省41省道岭下隧道工程为依托,建立基于BIM的公路隧道运维管理平台,为公路隧道运维管理提供一种直观、便捷的管理方式,提高公路隧道的信息化管理水平。     

圆形隧道施工对不同深度地层沉降影响的模型试验研究

为了预测圆形隧道施工引起地表以下不同埋深地层沉降特征,首先,通过理论推导不同地层最大沉降位移与沉降槽宽度系数的函数关系;然后,建立包括试验台架、地层模型、圆形隧道开挖模型以及测量地层变形装置的平面应变模型试验系统。通过理论解析和模型试验可知:1)地表以下地层的最大沉降位移与沉降槽宽度系数成反比;2)不同深度地层的沉降位移随着地层埋深的增加而增大,且地表以下地层沉降槽曲线仍然符合正态分布;3)通过对模型试验数据进行回归分析,得到黏土地表以下不同深度地层沉降槽宽度系数的计算公式,从而为预测圆形隧道施工地表以下不同深度地层竖向位移提供了一种可靠的计算方法。