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。     

川藏铁路隧道钻爆法施工成套装备技术体系研究

为实现川藏铁路高起点、高质量、高标准的建设目标,针对高原长大隧道群在地质、气候、生态等方面的风险和挑战,系统性地开展钻爆法成套装备技术体系研究。首先,对川藏铁路隧道钻爆法施工面临的主要挑战进行系统分析,提出与工程特点紧密结合的高原环境、复杂地质、生态环境、机群协同4方面装备技术需求,并详细阐述对应装备的适应性设计技术。然后,以常规地质标准化配置和特殊地质针对性处置为策略,提出川藏铁路隧道施工成套装备体系的建议方案,以适应川藏铁路一般性及特殊风险隧道建设的需要。最后,针对川藏铁路工程对数字化、信息化管理的更高要求,开展以装备数据为驱动的围岩分级与动态设计、装备机群施工调度、施工质量在线评价关键技术的初步探索。通过建立智能成套装备机群协同作业平台,依托机械化、信息化、智能化为川藏铁路安全、优质、高效、绿色建设提供支撑。     

郑万高铁隧道施工大型机械化配套及信息化应用探索

为解决隧道钻爆法施工整体机械化程度较低、施工环境恶劣和工人劳动强度大等问题,以郑万高铁湖北段隧道工程实践为依托,从大断面快速修建技术理论研究、机械化配套设备、机械化配套条件下施工技术和信息化系统应用等方面总结郑万高铁湖北段隧道大断面修建关键技术,即： 在建造理念上由塌方荷载发展为变形控制设计方法;在施工工法上由分步、分部开挖法发展为大断面和全断面开挖法;在支护形式上对初期支护和超前预加固进行强化（中空、砂浆锚杆强化为涨壳式低预应力锚杆,喷射混凝土采用高强、早强混凝土）;在施工装备上由小型机械化、半机械化开挖施工阶段转变为多臂凿岩台车为主的机械化作业;在工序作业上由单一工序机械化施工转向全工序机械化配套作业;搭建信息平台,将手机作为管理工具,借助物联数据进行施工管理。通过对隧道施工大型机械化配套及信息化应用的探索和创新,由理论到实践,形成了一整套机械化配套条件下的大断面隧道安全、快速、标准化施工工法及工艺,推动隧道的整体施工水平和综合管理能力。     

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。     

绵广路石瓮子隧道全断面快速掘进钻爆技术

近年来隧道建设规模越来越大,长大隧道已不鲜见,迫切需要与长大隧道快速掘进相关的技术与之配套。本文以绵广路石瓮子隧道全断面快速掘进钻爆技术为例,分析论述了快速钻爆掘进相关的技术问题和施工组织管理问题     

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。     

悬臂掘进机在滇西红层隧道中的应用研究

为解决滇西红层隧道支护变形风险高、单线小断面铁路隧道由于空间受限施工速度慢等问题,结合滇西红层以紫红色泥岩、砂岩为主,节理裂隙较发育,围岩强度适中等工程地质特征,依托大瑞铁路秀岭隧道进口平导,在滇西红层小断面隧道中引入悬臂掘进机施工,通过在适应性、设计参数等方面的深入研究,并与钻爆法在投资、施工进度、安全质量等方面进行对比分析,证明悬臂掘进机在滇西红层地区具有较好的适应性,具备较高的推广应用价值。应用研究结果表明:1)悬臂掘进机适用于围岩强度适中、围岩(较)破碎、节理裂隙(较)发育以及地下水不(弱)发育的隧道;2)悬臂掘进机对滇西红层围岩扰动小,初期支护可取消系统锚杆,并可以加大钢架间距;3)悬臂掘进机在滇西红层隧道施工中进度优势明显,特别对于Ⅳ级围岩,进度较钻爆法提高了近67%;4)悬臂掘进机早期资金投入较钻爆法高,且各级围岩条件下悬臂掘进机开挖单价为钻爆法的4～5倍。     

浙江省公路隧道科技成果回顾与展望

为促进浙江省公路隧道工程建设中科技创新成果的推广和应用,回顾数十年来浙江省公路隧道建设的发展历程,总结浙江省隧道工程领域的科技成果及其应用情况,包括特殊隧道建设技术、安全节能运营技术和隧道养护技术3方面代表性成果。然后,分析浙江省公路隧道领域在钻爆法施工质量缺陷、钻爆法机械化信息化程度低、TBM/盾构法占比低、智能新技术应用少、预防性养护与装备技术应用滞后等方面的短板。最后,提出未来浙江省隧道工程安全、智能、绿色3大重点发展方向。     

凿岩台车采用长短眼配套控制隧道超挖技术

为有效降低施工成本，减小钻爆法隧道超挖量，提高钻爆施工技术及改进施工工艺，通过研究凿岩台车作业模式，分析得出凿岩台车进行隧道钻爆开挖时，由于受台车钻臂结构影响以及现场视线不清、视距较远等，钻凿周边眼时外插角不易控制，产生的隧道超挖往往较大。结合工程实践，通过对比凿岩台车在初期支护紧跟掌子面及不紧跟掌子面等不同施工工况下长短孔配套施工产生的超挖量，得出在保证施工安全的前提下，保留一定长度的隧道不进行初期支护施工钻孔，并采用长短孔配套钻孔爆破技术，可有效控制凿岩台车钻爆时隧道的超挖量。研究结果表明： 采用长短孔配套钻孔时，Ⅱ、Ⅲ级围岩，Ⅳ级围岩，Ⅴ级围岩相比类似条件只采用长眼时的最大超挖量分别减少约12、19.5、21.5 cm。     

隧道开挖支护质量3DZI检测技术及应用研究

为解决钻爆法隧道施工过程中隧道围岩及开挖支护质量难以快速、完整、准确检测的难题,通过对三维重建与全景展开图技术的融合与改进,提出基于3DZI技术(3D Reality and Deep Zoom Image)的隧道开挖与支护质量检测方法。通过用参数化流线与迹线方程构建网格化的设计轮廓曲面,建立三维轮廓与二维展开平面之间的映射关系,实现三维实景与平面全景展开图的信息协同与辨识;通过网格曲面法线方程与三维实景模型求交,实现对空间距离测量和体积估算,并生成净空偏差云图和断面图;通过求交修正后的网格曲面实现对图像无视差矫正拼接,生成高质量的全景展开图,用于还原记录围岩和初支表面情况,实现对表面物体长度和面积的测量。结果表明:该方法设备成本低且作业灵活,仅需在现场布置若干控制点后自由设站拍摄照片,可实现隧道围岩地质编录、超欠挖与初支工程量等量化检测,以及隧道塌方体积与大变形量的快速测定,并可揭示各项作业效果之间的因果关联性。工程现场应用表明:该方法检测结果能直观全面地反映隧道开挖支护效果及围岩地质情况,同时获得超欠挖分布规律和初支材料用量信息,可为隧道施工开挖与支护质量控制、动态设计提供可靠的信息化检测结果和依据。     

隧道工程自动化激光测量放样系统研发与应用

针对隧道工程钻爆法开挖过程中钻爆设计图形放样、初期支护拱架安装定位精确度不高的问题,通过分析国内外隧道工程开挖与初期支护采用的测量放样技术,提出基于激光的全自动测量放样技术方案,并研发了配套设备。工程试验结果表明,该技术及配套设备,具有安装使用简单、运行安全可靠、定位精准等特点,能够发挥隧道开挖及初期支护全自动化快速施工测量放样的技术优势。     

山岭隧道机械化大断面法设计关键技术

为解决长大山岭隧道钻爆法机械化安全、快速、高质量施工所面临的技术问题,依托郑万铁路湖北段隧道工程,采用“科研先行、试验验证、推广应用”的工作方法,开展隧道大型机械化修建技术研究与现场试验。结合国内外调研情况及工程实践,得出如下结论： 1)隧道机械化修建方法是对传统方法的系统性改变; 2)Ⅳ、Ⅴ级围岩传统多台阶法、被动支护、围岩压力“分担比”理论与机械化大断面法不相适应; 3)机械化大断面法施工的核心要点是“快挖、快支、主动支、快封闭”; 4)隧道结构设计采用规范中基于松散压力的围岩压力计算方法与实际存在差异,可采用形变压力计算方法; 5)对于采用机械化大断面法施工的隧道,掌子面超前主动支护体系与洞身主动支护体系是确保隧道掌子面附近围岩稳定的关键。     

中国公路隧道近10年的发展趋势与思考

中国公路隧道在规模、数量、建设速度等持续快速发展的形势下,近10年来又取得了众多隧道建设技术的突破,已由隧道大国步入向隧道强国转变的轨道。首先宏观研究分析近10年来中国公路隧道建设状况,对比论述了山岭、水下、城市地下道路等类型隧道的发展特点、趋势及相关建议;从隧道建设需求导向、地质超前预报、节能环保、应急救援等方面提出了公路隧道建设理念的变化,对比总结了钻爆法、盾构法、沉管法及TBM法等4类修建公路隧道常用施工方法的应用情况及未来发展趋势,并在此基础上,对中国公路隧道未来建设中将遇到的一些问题进行了研究与思考。结果表明:应改变以支护参数设计为重点的隧道设计理念,建立以介质场为主体的隧道结构设计方法,在隧道场解重构理论与技术体系方面进一步创新;对于采用双洞布局模式的长大公路隧道,为减少长深斜竖井设置,提升建设速度,应优先采用“钻爆法+小TBM导洞扩挖法”相结合的混合方法来修建;针对越来越多的公路隧道进入后运营期,提出了隧道智能监测评估与快速修复的技术途径,以将隧道修复作业所带来的影响降到最低;中国公路隧道建设应融合大数据、智能装备、5G等先进技术,并尽快完成配套标准的制定。     

蒙华铁路隧道工程施工技术要点及机械化配套

目前我国隧道钻爆法施工存在整体机械化程度较低、施工环境恶劣、工人劳动强度大的问题。以蒙华铁路隧道工程实践为依托,从建立监控量测信息化平台、大断面开挖及初期支护早封闭施工、提高硬岩地段隧道光面爆破水平、确保隧道支护结构质量等方面总结蒙华铁路隧道工程施工技术要点,即"一强化(强化量测)、二紧跟(钢架紧贴掌子面、仰拱紧跟下台阶)、三超前(超前预报、超前加固、超前支护)、四到位(工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌质量到位)";并重点介绍隧道施工机械化配套情况,包括湿喷机械手、自行式仰拱长栈桥、新型二次衬砌台车工装、马蹄形盾构、预切槽设备、悬臂式掘进机等的应用和创新;为全面统筹全线路隧道施工技术管理及提高隧道施工机械化水平形成示范效应并提供技术支撑。     

水平层状围岩隧道超欠挖控制技术研究

基于吉怀（吉首-怀化）高速公路羊和岩隧道水平层状红砂岩钻爆法开挖的工程实践,对超欠挖的危害、超欠挖的影响因素进行了分析,提出了水平层状围岩全断面法施工的钻爆设计参数;鉴于现场钻爆施工的方便性及可操作性,提出了从提高钻孔精度、控制装药参数、规范装药结构和加强施工管理四方面来控制水平层状红砂岩隧道超欠挖的技术措施。     

隧道掘进机工程大数据管理平台关键技术及应用研究

为解决目前大多数信息化管理平台兼容性及扩展性不强、功能单一,满足不了当前工程管理需求的问题,从高质量的大数据管理平台架构、兼容性强的数据采集、扩展性强的分布式存储3个方面进行平台建设关键技术研究。采用分布式HBase列存储数据库和高性能Spark内存计算引擎,创建行业Hadoop集群生态架构,设计一种多协议、多通道且兼容性强的数据采集系统,为隧道掘进机大数据平台的采集、存储、搭建等提供技术支撑。建立集智能监测、综合分析、协同管理、大数据应用功能于一体的隧道掘进机工程大数据管理平台,从管理和技术层面为类似的大数据平台设计开发提供参考,提升隧道掘进机施工效率,提高智能化管理水平。     

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。     

粉砂质泥岩条件下隧道液压破碎贯通施工技术

对蒙文砚高速公路铳卡隧道左洞断层破碎带粉砂质泥岩条件下隧道贯通的施工技术进行研究。隧道采用单向掘进挖掘法、配合超前小导管支护注浆工法进行围岩加固、三台阶预留核心土开挖方法、破碎锤代替钻爆开挖及围岩监控量测等施工技术,确保在粉砂质泥岩条件下隧道贯通的安全性、经济性,为今后同条件下隧道贯通技术方法提供参考。     

南平长大隧道钻爆设计技术

通过南平长大隧道的施工与实践,对不同围岩类别隧道钻爆开挖施工进行总结,阐述隧道钻爆的影响因素,钻爆参数确定方法,进行隧道钻爆设计研究,从而获得最佳进尺效果和洞身周边爆破效果。     

富水大断面软弱围岩隧道施工方法研究

某富水超大断面隧道采用钻爆法施工,其最大跨度为27. 8m,最大断面面积405m~2,埋深为15～23m,围岩破碎,节理发育。隧道上方临近建筑物,对地表沉降控制严格,施工难度大。本文依据该部分初步设计方案,即双侧壁导坑,采用大型有限差分软件FLAC~(3D)研究了不同施工工序和支护结构对岩体变形、破坏特性的影响,确定了合理施工方案,为隧道工程的施工决策提供了必要的参考,也可为类似工程提供借鉴。