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。     

厄瓜多尔CCS水电站输水隧洞优化设计总结及体会

24.8 km输水隧洞工程是厄瓜多尔CCS水电站工程控制工期的关键项目,由2台双护盾TBM施工。从工程概念设计、基本设计、详细设计直至现场施工,设计工程师转变依照规范进行工程设计的传统设计模式,分析梳理原设计方案,依据工程合同、工程地质及水文地质、现场施工环境条件及其变化等,并结合TBM施工隧洞工程技术特点,将TBM设备特性和TBM施工技术高度融合于隧洞工程设计中,对输水隧洞设计方案、隧洞施工规划方案及TBM管片类型等进行全过程动态优化设计,为TBM快速掘进,高效成洞,安全、环保施工提供便利的隧洞设计施工方案。该方案的实施,能保证CCS水电站工程质量和工期, 并有效控制EPC模式下的CCS水电站工程投资。     

TBM主轴承失效形式及其在西秦岭隧道施工中的故障分析

主轴承作为TBM关键件中的关键部件,一旦出现问题,如何迅速、彻底地解决故障对恢复生产、提高设备利用率、加快施工进度有着重大作用。分析主轴承失效形式,并结合兰渝铁路西秦岭隧道探讨TBM施工中主轴承的维护保养技术及主轴承在施工中出现问题的应对措施,总结TBM主轴承维保和使用要点,为正确操作、准确判断主轴承内部隐患、提高使用寿命提供借鉴。     

锦屏电站引水隧洞12.43m大直径TBM组装洞室设计与施工

据地质条件和TBM的形式、安装方式及采用的吊装设备, 以及刀盘直径、TBM组件尺寸等因素, 在充分考虑扩大洞室的功能特性、施工方法、衬砌结构等的组装、始发需要, 并考虑TBM主机大件的摆放、部件转运所需的卸车区域等设计洞室的断面、长度、支护形式、衬砌结构、桥吊运行基础等,就施工过程提出有力的措施,以保证施工质量、安全与速度。上述设计方案与施工措施,为确保大直径TBM洞内顺利组装奠定了基础。     

长距离双护盾TBM施工探讨

双护盾TBM在国内外很多工程中得到了成功的应用,但同时也有一些项目存在一些问题,使工程施工未能按规划要求实施。介绍双护盾TBM在中国的使用情况,分析施工中存在的问题,通过工程实践,提出确立设备采购、项目策划、施工中的组织、技术管理等作为长距离双护盾TBM施工控制要点,并对要点的确立原因辅以案例,对如何做好长距离双护盾TBM施工中的各环节相关的工作做了阐述和说明。同时对双护盾TBM发展的趋势提出个人的看法,并针对长距离双护盾TBM施工中的问题提出建议和意见。     

西秦岭隧道TBM掘进步进施工技术

为了解决二次步进中TBM就位、安装步进设备中遇到的一系列技术难题,以兰渝铁路西秦岭隧道TBM施工为例,通过采用TBM在钻爆加大断面内模拟正常掘进、材料运输车编组优化、仰拱安装机改造等手段,解决了TBM步进设备(滑行支撑架)位置确定、步进材料供应、仰拱拼装效率低等难题,顺利、高效地实现了TBM二次步进作业。     

锦屏电站引水隧洞Ф12．43m大直径TBM组装洞室设计与施工

据地质条件和TBM的形式、安装方式及采用的吊装设备,以及刀盘直径、TBM组件尺寸等因素,在充分考虑扩大洞室的功能特性、施工方法、衬砌结构等的组装、始发需要,并考虑TBM主机大件的摆放、部件转运所需的卸车区域等设计洞室的断面、长度、支护形式、衬砌结构、桥吊运行基础等,就施工过程提出有力的措施,以保证施工质量、安全与速度。上述设计方案与施工措施,为确保大直径TBM洞内顺利组装奠定了基础。     

双护盾TBM在深圳地铁应用中存在的问题及对策

为解决双护盾TBM在城市地铁施工中始发困难、极限小转弯半径、穿越极硬岩及断层破碎带等工程难题,结合双护盾TBM在深圳地区的应用需求,研究双护盾TBM在深圳地铁施工中存在的问题及对策。1)提出双护盾TBM在R260 m极限小转弯半径施工中的刀具磨损消耗规律、步进控制措施及测量顶台振动解决方案; 2)提出一种分体始发技术方案以解决双护盾TBM始发场地狭小、空间受限问题; 3)提出在210 MPa极硬岩工况下双护盾TBM的针对性设计及刀具优化改进措施; 4)提出双护盾TBM穿越断层破碎带掘进参数建议及应对策略。     

软弱千枚岩地段TBM掘进施工技术

为提高TBM在软弱千枚岩地段中的掘进速度,提高施工效益,从施工组织管理、调整TBM掘进参数、围岩坍塌的快速处理和设备改造4个方面介绍TBM在这种围岩中掘进的施工措施及技术。实践证明:通过设备改造和采用合理的掘进参数,能有效地提高TBM在软弱千枚岩地段中的掘进速度和施工效益。     

多功能胶轮车(MSV)在TBM施工运输中的工程适应性研究

TBM施工运输主要有2种方式:1)采用长距离连续皮带机出渣、有轨运输方式运送施工材料;2)短距离有轨运输出渣并运送施工材料。近年来也有少量项目采用多功能胶轮车(MSV)运送施工材料。为了研究MSV在TBM施工运输中的适用条件,结合MSV的结构特点,从道路适应性与速度、运输能力与适用范围、空间适应性以及操控性能等方面分析其技术可行性,从设备配置及采购、周转材料及安拆、运行方面对比分析其经济性。分析结果表明:1)针对TBM施工材料运输,当隧道纵坡较大时,从安全角度考虑应该优先选用MSV方式运输;2)在缓坡隧道中,运距为11 km左右时有轨运输和MSV运送施工材料的综合成本基本相当,运距较小时MSV具有较大优势,运距较大时有轨运输的优势显著。     

TBM及其施工技术在中国的发展与趋势

自1964年开始,中国TBM设备研制与施工应用已有50余年,回顾总结TBM设备及施工技术的发展历程和趋势,对于认识把握TBM行业现状和未来发展方向有着重要意义。文章首先列举了国际TBM发展的重大事件; 之后分4个阶段梳理国内TBM发展历史,结合具体工程实例描述当时国内TBM研发、引入、施工和制造的历史事实,总结半个世纪来国内TBM行业从无到有所取得的巨大成就; 最后综合分析TBM市场需求、研制环境、施工水平和未来方向,并针对以上不足之处,预测了TBM未来发展趋势,提出一些改进建议。     

泥水加压式TBM于山岳岩盘隧道施工案例探讨

台湾虽已有许多TBM隧道施工经验,但山岳岩盘隧道采用泥水加压式TBM掘进案例仍不常见。本文乃介绍台湾南部一座山岳岩盘隧道采用泥水加压式TBM实际施工案例,包括TBM机型评估、设备特性、环片设计、施工风险及因应对策等。施工结果显示切削刀头磨耗、岩盘挤压收敛、排泥管阻塞及泥水配比等为影响掘进速率之主要因素。本案例施工经验可提供未来山岳长隧道采用TBM施工参考。     

TBM隧道施工SPS（持续、均衡、快速）作业法研究及应用

TBM法隧道施工技术在我国已经得以大力推广,同时施工的TBM数量已达40余台（套）,有TBM施工业绩的企业近20家。TBM法隧道施工规模的扩大,并未能带动整体施工水平的全面提升,TBM掘进施工速度差异巨大且不均衡已经成为较为显著的问题,导致工期延迟、成本增加,造成巨大的经济和社会效益损失。结合近20年的TBM施工实践,探索并实施SPS作业法,即TBM持续、均衡、快速施工技术,提出“3个基础”“10项措施”实现适宜地质条件下TBM持续、均衡、快速施工;而在恶劣地质条件下,通过完善设备功能与性能、改进施工工艺,提升TBM工程适应性; 从而促进TBM工法科学、可持续发展。     

隧道施工机械化集群作业与传统劳务班组施工的差异性分析

目前,隧道施工大多数仍采用人工作业,不仅工序循环时间长,而且安全风险高,施工进度缓慢,机械化集群作业成为隧道施工新的选择和契机。结合两徽高速试验段两段隧道工程,分别对采用机械化集群作业和传统劳务班组施工进行了进度、质量、成本管控、环保、安全等方面的对比。结果表明,机械化集群管理模式有效避免了传统劳务班组施工中劳动强度大、支护质量差、工作效率及安全系数低等问题,具有机械化程度较高、质量达优、成本可控的优势,这对提升隧道机械化水平、降低施工成本风险等具有重大意义。     

中天山特长隧道TBM施工湿热环境控制技术研究

针对南疆铁路吐库二线中天山特长隧道TBM施工过程中遇到的高温高湿环境问题,对温湿度成因及对作业人员和设备的影响进行分析,得到隧道内除湿冷负荷的计算应重点考虑电动设备的散热量,建立起湿热环境数学模型。对中天山隧道TBM施工湿负荷进行计算分析,确定掌子面附近降温除湿所需的冷负荷为1 192.3 kW,给出中天山隧道湿热环境控制方案中的热泵模式选取、设备选型等关键参数,为TBM施工湿热环境控制提供分析和计算方法。     

TBM施工风险与应对措施

为更好地认识与规避TBM施工风险,从地质水文条件、TBM装备及TBM施工队伍3方面,全面分析总结引发TBM施工风险的各种因素,其中详细阐述影响TBM施工的地质因素,并对TBM施工装备和施工队伍提出相应要求。在此基础上,着重从不良地质及对策、TBM装备设计2个方面,提出规避各种风险的对应策略。最后,以台湾雪山隧道TBM工程为例,详细介绍和剖析其施工风险及应对措施,能够为类似工程TBM的设计、施工风险的分析与规避提供指导。     

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。     

垂直皮带机用于地铁TBM施工的可行性探讨

近年来我国在岩石地层的地铁隧道施工需求越来越大,在青岛地铁双护盾TBM施工过程中,龙门吊垂直出渣方式严重制约了TBM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,但在岩石掘进机施工中的应用效果不佳,因此有必要进行探索和变革,采用更加适用的方法以充分发挥TBM快速施工的优势。分析龙门吊垂直提升石渣对双护盾TBM施工效率的影响,调研相关行业的物料垂直提升方法,从技术、经济和工期3方面分析龙门吊与垂直皮带机出渣的差异。在城市地铁双护盾及开敞式TBM施工中,垂直皮带机出渣技术具有运输效率高、不占用TBM掘进时间、故障率和综合成本低的优势,可为充分发挥TBM掘进效率提供良好保障,具有很大的市场推广价值。     

一种岩石磨蚀性实验

在TBM、盾构掘进过程中刀具磨损难以预测,一旦出现部分刀具磨损严重而未及时更换,则会影响整个刀盘刀具的寿命,将给施工工期和工程的经济效益带来严重的影响。为有效预测刀具磨损状况,从岩-机结合的角度出发,开展一种新的岩石磨蚀性实验方法研究。详细介绍该实验方法的原理、设备和具体操作方法及数据分析,并以广州地铁某施工项目为研究对象,通过岩石磨蚀性实验数据和现场刀具磨损数据的对比分析验证该实验研究方法的可靠性,并提供岩石磨蚀性指标参数来指导隧道工程的施工。     

TBM隧道施工监控量测现状及发展趋势

TBM(Tunnel Boring Machine)隧道掘进机,是集钻、掘进、支护于一体,使用电子、信息、遥测、遥控等技术对全部作业进行指导和监控的全断面隧道掘进施工机械。近年来,对其进行的监控量测发展较为迅猛。从TBM隧道常规监控量测技术现状;其他监控量测技术在TBM隧道中的应用现状;特殊条件下TBM隧道的监控量测及监控数据处理等几个方面介绍了TBM隧道施工监控量测现状及发展趋势。即日趋多样化、智能化、人性化、远程化等。同时,具体的监控理论、数据处理模型及特殊TBM隧道监控方面仍存在一定不足。