隧道掘进机技术的发展和研究现状

通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出:1)根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构;2)目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破岩机制和施工预测模型的建立2个方面,而盾构主要研究内容集中在掌子面稳定、施工过程控制和地表沉降研究3个方面,虽然这些研究都取得了较大进展,并且部分已经有效地应用到实际工程建设中,但解决得不够透彻,还有待于进一步研究;3)隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机制的完善、复杂地质条件下掘进机制与施工过程控制研究和复合掘进机技术的发展等方面,这些会给隧道掘进机技术的研究和发展带来挑战和契机.     

隧道掘进机技术的发展和研究现状

通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出： 1）根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构; 2）目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破岩机制和施工预测模型的建立2个方面,而盾构主要研究内容集中在掌子面稳定、施工过程控制和地表沉降研究3个方面,虽然这些研究都取得了较大进展,并且部分已经有效地应用到实际工程建设中,但解决得不够透彻,还有待于进一步研究; 3）隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机制的完善、复杂地质条件下掘进机制与施工过程控制研究和复合掘进机技术的发展等方面,这些会给隧道掘进机技术的研究和发展带来挑战和契机。     

我国掘进机研制现状、问题和展望

近年来,我国重大隧道工程相继开工,掘进机研发、设计和制造水平不断提高。通过分析国产掘进机的典型工程案例,总结我国掘进机自主设计、制造技术的现状:土压平衡盾构、泥水平衡盾构和岩石隧道掘进机3大机型技术已经成熟,马蹄形盾构、矩形盾构等异形断面掘进机关键技术达到国际领先水平,同时竖井掘进机产品开始应用。分析当前我国掘进机研发制造中存在的关键问题:1)设计软件均是国外产品,信息安全问题日益凸显;2)掘进机主轴承、减速机等基础零部件需要进口;3)创新产品市场突破难度大。结合当前技术水平和市场现状,认为智能化和多样化是今后掘进机研制的重点和趋势,提出多功能多模式掘进机、异形断面岩石掘进机、复合破岩TBM、部分断面TBM等新机型设计理念,期望能够推动我国掘进机技术革新。     

软土地层中大断面矩形盾构关键施工技术研究

与圆形断面的盾构隧道相比,矩形盾构隧道在空间使用效率、潜覆土环境穿越方面存在明显优势,但断面形状和机械配置的差异使盾构掘进施工技术也有所变化。以国内首台土压平衡式矩形盾构机在上海虹桥商务区的工程实践为背景,依据现场环境监测、盾构姿态测量和管片形状监控,对矩形盾构隧道轴线控制、管片横竖内径控制和环境变形控制等关键施工技术开展探索和研究,经验和结论可用于指导类似工程实施。     

大型矩形盾构近距离穿越管线影响研究

上海临空园区地块地下连接通道采用超大断面矩形盾构机,近距离下穿大直径管道。工程是国内首条矩形盾构隧道的实践,具有施工工艺新、穿越距离近、覆土浅等特点。针对工程的特点,从隧道的设计和施工等方面进行了分析论述,提出了针对性的措施,并对矩形盾构推进过程中的管道变形情况进行了实时监测。结果表明,超大矩形盾构近距离穿越管线是切实可行的,在实施中采取的一系列措施是积极有效的。     

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。     

中国盾构制造新技术与发展趋势

中国盾构技术经过60多年的发展,已形成了一套全面的技术体系。首先,从回顾中国盾构技术的黎明期、技术创新期、跨越发展期3个历史时期入手,重点介绍在跨越发展期所涌现出的几家代表性盾构设计制造企业及其业绩与技术优势;其次,从异形盾构技术、新型驱动技术、刀盘刀具修复技术、快速出碴技术等方面阐述中国盾构技术的最新进展;最后,提出中国盾构将朝着挑战极限、性能优越化、设计数字化、制造模块化、控制智能化和管理网络化等方向发展。     

类矩形盾构法隧道关键技术研究与应用

在宁波地铁4号线工程中,创新采用"科研—设计—施工一体化"的管理模式,开发了"轨道交通类矩形盾构隧道"技术体系。该技术体系在类矩形盾构法隧道的衬砌结构设计方面,解决了管片设计、结构优化等问题;在类矩形盾构方面,开发了全断面切削刀盘与驱动系统、壳体铰接与密封、环臂式拼装机等技术;在施工技术方面,研究了同步注浆技术、管片拼装仿真与工艺优化、盾构轴线控制等关键技术。这一新的技术体系将为我国地铁建设提供一种全新的单峒双线隧道类型,以解决都市核心区和老旧城区"地下空间摆不下、邻近设施碰不起"的普遍问题。     

中国“智”造矩形顶管掘进机首次走出国门

<正>2015年10月28日,我国具有完全自主知识产权的矩形顶管掘进机在郑州下线,将应用于新加坡汤申线地铁项目,这是中国"智"造的矩形顶管掘进机首次走出国门,开创了国产异形掘进机走向海外的先河。矩形顶管掘进机是横断面为矩形的隧道掘进机,相比常见的圆形盾构可提升空间利用率高达20%,具有减少施工扰动、避免大量拆迁和不影响正常交通等优点,主要用于距地面较近的城市下穿隧道、地铁口等工程作业。2013年12月,这种矩形顶管掘进机     

超大断面矩形盾构顶管设计关键技术

文章详细介绍了超大断面矩形盾构顶管(10.12 m×7.27 m)设计的关键技术研究:1)矩形断面开挖形式的研究与选型分析;2)超宽矩形薄壳体强度、刚度研究;3)顶推机构电液比例集成控制研究;4)矩形断面渣土改良技术研究。以上关键技术的研究解决,在施工现场得到了成功应用,为城市超大矩形断面交通隧道施工提出了一种全新工法。矩形隧道施工将会成为最经济、安全和快捷的工法。     

考虑流-固耦合效应的异形盾构开挖面稳定性极限分析

为有效评估含水地层异形盾构隧道开挖面的稳定性,解决异形盾构隧道开挖面稳定性预测和控制等关键问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了主动破坏模式下含水地层中异形盾构隧道开挖面发生失稳破坏的演化过程以及开挖面极限支护力的确定方法。运用FLAC3D有限差分软件,建立了考虑流-固耦合效应的异形盾构隧道开挖面主动破坏数值模型,通过FISH语言编程提取了异形隧道开挖面附近地层的孔隙水压分布。基于空间离散化技术和极限分析上限定理,采用线性插值方法计算了异形盾构隧道开挖面附近地层渗透力做功率,建立了含水地层考虑流-固耦合效应的异形盾构隧道开挖面稳定性分析模型,揭示了断面形状、地层参数、地下水位等因素对隧道开挖面极限支护力和三维破坏模式的影响规律。研究结果表明：流-固耦合情况下的地层孔隙水压力要明显大于单渗流情况下的孔隙水压力;隧道开挖面附近的孔隙水压力梯度明显大于其他区域;在同等工况下,矩形、五心马蹄形隧道开挖面的极限支护力相对较大,椭圆、三心马蹄形隧道开挖面的极限支护力相对较小;各断面形状下的隧道开挖面的极限支护力随黏聚力、内摩擦角和地下水位的增大而增大;随耦合时间的增大极限支护力先是不断增...     

大断面矩形盾构开舱处理障碍物技术

为解决矩形盾构掘进过程中不明地下障碍物导致的刀具脱落、螺旋输送机阻塞、刀盘卡顿及刀盘无法启动等问题,对大断面矩形盾构开舱处理障碍物的施工技术进行总结。主要结论如下:1)带压进入土舱查明掌子面稳定情况后,常压开舱成功移除导致刀盘无法启动的孤石以及土舱内废弃的铁管;2)浅埋矩形盾构施工前,尽量在盾构到达前清除隧道范围内的障碍物,以避免后期处理的重大工程风险与经济损失;3)盾构掘进前,应充分考虑掘进过程中可能遇到地下障碍物的风险及应对措施,尽可能地配置满足条件的进舱带压作业班组,并准备相应的带压进舱设备等。     

宁波轨道交通3号线出入段线类矩形盾构隧道工程勘察实践与建议

为了解决软土城市开展国内首条类矩形盾构隧道工程勘察遇见的技术难题,从勘察执行的技术标准及等级的确定、勘察的重难点、勘察方案、高流变性软土工程地质特征、场地水文地质条件、工程措施建议等方面进行分析。主要得出以下结论:1)按现行《城市轨道交通岩土工程勘察规范》3.0.8条文及说明、7.3.5条文分别确定软土地区场地复杂程度等级、类矩形盾构隧道工程勘探孔深度,结果往往会偏于保守、安全,势必会造成勘察工作量浪费问题;2)在第四纪松散海相沉积软土地区建设类矩形盾构隧道,按中等复杂场地控制勘探孔间距,以分别进入隧道底以下不小于2H(一般性孔,H为隧道高)、3H(控制性孔)控制勘探孔孔深是经济合理且满足工程需求的;3)本工程勘察方案对今后类矩形盾构隧道工程勘察及相关勘察规范标准修编具有一定的参考价值。     

异形盾构施工注浆工况下衬砌结构受力分析与荷载设置

为更加精细化地指导大断面异形盾构隧道施工注浆荷载下的结构设计工作,依托宁波地铁3号线类矩形盾构隧道工程,探索施工荷载注浆工况下衬砌结构的受力特征,研究同步注浆填充阶段真实的浆液扩散过程及其压力分布规律,针对既有设计模型中注浆工况下的荷载施加模式、注浆填充扩散压力分布计算模型以及特殊工况下的实际受荷情况进行综合分析。结果表明： 按注浆填充扩散压力分析的结构受力较为均匀,而既有设计模型注浆工况和特殊条件下的荷载分布会使得管片结构受力更加不利,建议在类矩形盾构衬砌结构注浆工况设计模型中考虑浆液环向填充扩散机制对应的结构受力模式为基础,在拱顶、拱肩、拱腰及拱底处分别叠加100、150、200、250 kPa的分布压力较为合适。     

矩形隧道掘进技术的发展历程和现状

正0引言矩形隧道掘进技术通常是指掘进断面形状为圆角矩形或复合圆形的隧道掘进技术,是异形断面隧道掘进技术的一种。相较于传统的圆形断面隧道掘进技术,矩形断面隧道掘进技术具有空间利用率高、覆土浅和施工成本相对低廉等特点。其有效使用面积相较于传统圆形盾构增大了20%以上,且在拥有同等使用面积的情况下矩形盾构能节35%以上的地下空间,大大减少隧道埋深。根据主要施工设备的不同,矩形隧道掘进技术可分为矩形顶管和矩形盾构。其中矩形顶管技术主要适用于短距离、浅覆土、单坡     

我国盾构产业跃居世界前列

日前,从中国工程机械工业协会掘进机械分会成立大会暨"中国掘进机械发展论坛"上获悉,随着我国城市轨道交通、铁路、水利等建设事业的高速发展,作为隧道以及非开挖施工主要装备的掘进机械发展迅猛,全断面隧道掘进机(盾构)的产量和市场规模均处于世界领先行列。经过近10年的发展,我国目前盾构制造企业已经近40家,国内盾构每年生产销售80至100台,销售额约80亿元。盾构作为城市轨道交通、水利工程、公路铁路等领域隧道施工的关键设备,市场需求巨大。首先,我国城市地铁建设方兴未艾,在2011年至2020年,地铁隧道盾构施工市场需求约为500台;其次,水底隧道、高速公路、市政建设使用盾构潜力巨大。总体来看,未来5至10     

隧道盾构带压进舱作业的潜水技术问题

从潜水技术的专业视角探讨潜水技术与盾构施工的应用问题,通过研究隧道盾构带压作业的主要难点和技术条件、所需潜水技术及特征、主要潜水设备、潜水技术应用的一般准则等,以解决隧道盾构带压进舱作业的潜水技术应用问题。主要结论如下:1)潜水技术适用于隧道盾构施工作业;2)潜水技术用于隧道盾构作业,除需解决装备、规程及减压表等软硬件外,潜水人员及作业管理也是其成败之关键;3)与隧道盾构作业所需潜水作业相比,海上潜水面对的环境更严酷,更复杂,人员装备的要求更高;4)我国隧道盾构带压作业潜水,目前需要优先关注的是如何将海洋工程潜水技术科学有效地移植于隧道盾构施工带压作业领域。     

国内最大矩形盾构进场组装

<正>2014年元旦刚过,中铁隧道集团股份有限公司郑州市下穿中州大道隧道工程1标施工现场便迎来了又一个施工高潮,项目部经过前期的精心组织和合理策划,加班加点地完成了盾构始发井主体结构施工。2014年1月8日,国内断面最大矩形盾构顶管机陆续开始运进盾构始发井,目前矩形盾构部分组件正在紧张有序地组装施工,     

隧道掘进机技术及其在我国的发展和应用

掘进机在隧道工程中得到了越来越广泛的应用。该文主要介绍了隧道掘进机的分类、发展简史以及近半个世纪以来在我国的应用情况,同时,简要分析了隧道掘进机的未来发展趋势,以及在我国发展中存在的问题、有利条件以及应用前景。最后,针对隧道掘进机在我国的应用情况提出了几个值得思考的问题。     

城市轨道交通类矩形盾构法隧道施工技术研究

通常盾构法隧道的断面形状均为圆形,其易于实现全断面切削和相对合理的结构受力体系,掩盖了空间利用率低、地下空间占用大的不足。矩形盾构法隧道在断面空间利用率和狭窄道路中的穿行能力上则存在较大优势,但因其结构受力和变形、盾构机推进控制、矩形管片拼装等难题,未能得到有效的发展。系统阐述了城市轨道交通类矩形盾构法隧道技术施工研究,通过分析类矩形盾构法施工上的重难点,分别从类矩形隧道全断面掘削、管片拼装、轴线控制和管控技术等相关技术方面进行研究和探索,为进一步开展矩形盾构法隧道的建设提供更可靠的依据和建议。