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。     

“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     

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。     

土压/泥水平衡双模式盾构适应性设计

为解决复杂地质及周边环境盾构设备选型难题，结合多模式盾构的发展与研究现状，对多模式盾构进行了定义与分类，主要分为土压/泥水双模式盾构、土压/TBM双模式盾构、泥水/TBM双模式盾构等几大类型。并结合南宁市轨道交通5号线一期工程，对土压/泥水平衡双模式盾构的主要工作原理、特点、适用范围及适应性设计等方面进行了分析，结果表明： 土压/泥水平衡模式盾构地质适应性广、设备利用率高、施工成本低，解决了同一区间不同地质环境条件下盾构设备选型的问题，在一定程度上为地质复杂、工程敏感地带提供了一套可靠解决方案。     

南宁地铁5号线“泥水+土压”双模式盾构掘进模式快速转换关键技术

以南宁地铁5号线五新区间为工程背景,对并联式双模盾构掘进模式快速转换技术进行介绍。并联式双模盾构"土压+泥水"平衡掘进模式均可以独立运行。掘进过程中采用双模式盾构2套出渣系统相配合的方式改变舱内渣土性状,以满足螺旋输送机和泥浆管道出渣要求,进而启动相应模式下渣土改良方式完成掘进模式转换。通过以上措施双模式盾构完成计划内模式转换2次、试验性掘进模式转换12次,共计14次,未出现明显螺旋输送机喷涌或泥浆管道堵塞的情况,地表沉降控制良好。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

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。     

长株潭城际铁路“洞穿”湘江

<正>2014年10月16日,长株潭城际铁路综合I标湘江隧道开福寺站至滨江新城站区间左线顺利贯通,"城铁I号"大直径土压平衡盾构在开福寺路地下30 m破土而出,标志着长株潭城际铁路成功穿越湘江。长株潭城际铁路湘江隧道是我国首条土压平衡盾构铁路隧道,也是国内首个采用大直径土压平衡盾构施工的过江隧道。开福寺站至滨江新城站区间长2 710.7 m,其中穿越湘江段1 100余m。地面建筑物密集,交通繁忙,盾构穿越湘江段地质复杂多变、覆     

基于宾汉姆流体的土压平衡盾构螺旋输送机排土量研究

为确保土压平衡盾构掘进过程中有效控制排土量,须考虑螺旋输送机构造特征和渣土性质对其影响。将改良后流塑性状态的渣土假设为宾汉姆流体,并基于螺旋输送机构造沿其螺旋排土方向展开成一长条形的长方体排土模型的基础上推导盾构螺旋输送机的理论排土量计算公式。通过对排土量影响因素进行分析表明： 1）排土量受开挖面支护压力、渣土的初始剪切屈服应力影响较大,而受渣土的塑性黏度影响较小; 2）随着隧道埋深和开挖面支护压力的增加,改良渣土的流塑性降低。将该理论成果应用于指导广州地铁21号线浅覆土全断面砂土地层某区间隧道盾构掘进中的渣土改良,开挖面支护压力保持了稳定,地表沉降控制为5 mm。     

国产盾构无进洞隧道内拆除技术在新加坡地铁成功应用

<正>日前,新加坡地铁市区线三期C923A项目4条隧道掘进任务全部完成,标志着该项目主体隧道土建施工基本结束。C923A项目由2段长度分别为1.5 km和800 m的双线隧道,以及处于2隧道区间中部的盾构始发井组成,采用由上海隧道股份自行研制的国产土压平衡盾构施工。施工期间,首次在国产盾构中应用"盾构无进洞并在隧道内拆除"技术,盾构在完成1.5 km     

罗宾斯发布兼容型系列掘进机

<正>近日,美国罗宾斯发布了一系列兼容型掘进机,为双模式机型,适用于复合地层。XRE机型(兼容硬岩掘进机/土压平衡盾构)是最常见的兼容式掘进机机型,有硬岩单护盾掘进机与土压平衡盾构的特征,可以在带有岩石的混合地层中进行掘进。近日,1台XRE掘进机在澳大利亚Grosvenor倾斜隧道中完成掘进,共掘进了2条矿井巷道,其中,掘进速率是传统凿岩机的14倍。最近一次推进于2015年2月9日完成。     

中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。     

上海迎宾三路隧道开建

迎宾三路隧道位于虹桥机场南侧,隧道西起申昆路、沿规划迎宾三路向东,止于外环线。迎宾三路隧道工程盾构法隧道长约1862m,采用直径为14.27m的土压平衡盾构施工。为了顺利衔接虹桥机场两大航站楼,超大盾构一路将依次下穿七莘路高架、北横泾防汛通道、虹桥机场滑行道,水平穿越机场航油管及历史保护建筑,隧道与建筑物基础距离最近处仅为3m。驾驭超大盾构完成这个工程,就好比让大象穿针引线,盾构穿越机场滑行道将是最大难点。由于机场跑道上飞机高密度起降,所以施工中必须严格控制地面沉降量,     

海域围堰孤石地层超大直径泥水盾构掘进变形规律分析——以汕头海湾隧道盾构段为例

为研究海域围堰内孤石和基岩地层中超大直径泥水盾构在浅覆土条件下的掘进变形规律,以汕头海湾隧道盾构始发段为背景,加固区采用密钻孔疏松,回填区采用钻孔爆破,通过监测二者地表沉降、地层土体压力和隧道周边深层土体位移变化,结合盾构泥水舱顶部压力、总挤压力、掘进速度和刀盘转速等掘进参数,得出如下结论:1)加固区的掘进参数变化明显大于回填区。2)加固区深受层盾土构体掘位进移挤为1压7.作6用m小m。,地3)表深沉层降土和体深位层移土呈体现位出移先变远化离都后在靠6近mm隧道以并内;最回终填稳区定受的盾规构律掘。进4)挤地压层作土用体明压显力,地在表盾沉构降掘达进到和2回7 m填m注,浆中变化明显,且加固区土体压力大于回填区。5)加固区位于隧道开挖面侧向底部,回填区位于隧道开挖面侧向上部,隧道顶部压力均较小。     

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。     

大直径盾构掘进风险分析及对特大直径盾构挑战的思考

目前,基于建设规模和设计功能的需求,特大直径盾构已多次应用于铁路、公路、城市轨道交通、地下管廊等领域隧道工程建设。初步统计了国内外15.5 m以上的特大直径盾构隧道工程,总结了大直径盾构在掘进过程中的主要风险及常见问题,包括主轴承损坏失效、盾构管片拼装脱出盾尾后上浮、刀具磨损随盾构直径增大而加剧、刀盘前泥饼粘结、渣土滞排、刀盘升温等,并结合案例分析其原因。针对特大直径盾构带来的事故风险,从土压盾构与泥水盾构主轴承密封问题、管片盾尾脱出后上浮风险、常压刀盘与常规刀盘的选择、泥饼粘结和渣土滞排难题、预探前方复杂地质、海中基岩爆破及注浆固结辅助处理等方面提出思考和建议。     

2020年全球隧道行业大事

正国际篇(一)重大工程1)意大利:欧洲最大直径盾构隧道——Santa Lucia隧道于6月8日贯通,隧道全长7 551 m,采用直径15.87 m的海瑞克土压平衡盾构施工。2)日本:(1)连通日本三大都市圈的运输大动脉——磁悬浮中央新干线工程有了重大进展。第一首都圈隧道直径14.04m、配备了Sunrise Bit换刀工法的盾构于年初顺利下线并始发;年中,品川站进入了开挖阶段。(2)横滨北线马场出入口于5月正式通车,马场出入口共设置4条匝道,具有浅覆土、急曲线、     

盾构隧道-工作井节点振动台试验设计与分析

为研究盾构隧道-工作井节点地震响应特征,进行振动台模型试验。该试验几何相似比为1∶60,盾构隧道模型材料为聚乙烯,工作井模型采用尼龙材质进行3D打印技术制作;模型土采用砂与锯末按1∶2.5质量比混合配置;模型箱尺寸为10.0m×4.5m×1.5m的刚性箱。盾构隧道模型由衬砌环模型拼装而成,衬砌环模型纵向切槽模拟纵缝对管片横向刚度的弱化;通过环间卡扣式连接键模拟纵向螺栓,通过旋转模型拼装角度模拟管片错缝拼装。首先进行自由场模型试验,考虑不同地震动输入,得到模型土加速度响应;其次开展盾构隧道-工作井节点振动台模型试验,考虑不同地震动输入方向、不同地震动类型,得到隧道模型环缝张开量、加速度响应、环向应变等数据。研究结果表明:模型箱结构设计合理,边界条件满足要求,试验数据可靠;工作井模型和盾构隧道模型加速度响应频率成分相同,均受模型土控制,两者差异主要为加速度响应幅值不同;盾构隧道-工作井节点在地震作用下环缝张开量明显大于远离该节点的常规区段,前者为后者的1.6~4.5倍;地震动输入方向会导致区间段隧道模型环缝张开量明显变化,但对盾构隧道-工作井节点环缝张开量无显著影响;地震作用下盾构隧道-工作井节点会使工作井模型产生较大环向应变,但不会造成节点处盾构隧道模型环向变形增大。     

意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

意大利Sparvo隧道采用直径为1555 m、开挖断面达到15615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术： 1）盾构装备的选型; 2）衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况; 3）超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。     

斜井隧道双模式盾构推进油缸布局优化研究

盾构推进油缸的布局合理性关系到隧道管片拼装质量,在斜井隧道施工中则更为突出。以煤矿斜井双模式盾构为例,通过分析不同掘进模式和工况下推进油缸布局优化条件以及根据单个管片受力均匀、管片环整体受力平衡及各分区推力均方差最小的优化原则,完成推进油缸的位置及分区优化。推进油缸布局优化后,各管片受力均匀,衬砌环整体受力平衡,各分区推力相近,有利于避免管片被压溃,研究结果对盾构推进系统的选型和设计有指导作用。