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机械选型与开挖方法探讨

对于川藏铁路隧道工程采用钻爆法施工机械的选型,分析了近二十年来高原寒区铁路长大隧道无轨运输施工机械配置情况,针对川藏铁路隧道不良地质和现有的应对措施,介绍与之相适应的机械设备,并对有利于隧道钻爆法机械化施工的开挖方法提出建议。     

川藏铁路隧道TBM适应性选型分析及不良地质对策与思考

川藏铁路具有高海拔、高寒、地质条件复杂、超长隧道众多、隧道埋深大、辅助坑道设置条件差和环境保护要求高等特点,隧道工程的顺利推进将是川藏铁路成功修建的关键因素之一,而众多的长大隧道全部采用钻爆法施工也将面临巨大挑战,在川藏铁路推广扩大TBM应用应更符合隧道发展的预期,但类似环境条件下TBM应用案例并不多。为提升TBM在川藏铁路隧道的适应性并推进其应用,结合川藏铁路隧道的建设总体要求、地质条件、环境特征和各类型TBM特点,充分吸收前期相关各方大量阶段性调查研究成果,对川藏铁路隧道TBM的应用进行了认真的系统分析与深入对比,综合性给出了川藏铁路隧道TBM的选择原则、适应性和选型结论,认为现阶段推荐的4座TBM隧道和敞开式TBM选型是合理的。另外,针对川藏铁路隧道的重大不良地质,对TBM的针对性设计、施工措施和下一步工程推进等方面提出了一些建议和思考。     

川藏铁路雅安至林芝段隧道建造面临的主要工程技术难题与对策建议

川藏铁路雅安至林芝段新建线路全长1018km,其中,隧道工程长达841km,隧线比高达82.6%,最长隧道易贡隧道长42.4km。川藏铁路雅安至林芝段隧道建设面临极端复杂的地质条件、极为艰巨的工程规模、极其恶劣的自然条件、极度敏感的生态环境等世界级挑战,是中国乃至世界上地质条件最复杂、施工难度最大的工程。初步分析川藏铁路雅安至林芝段隧道建设中将要面临的十大主要工程技术难题,结合川藏铁路隧道极端特殊施工环境,从地勘、选线、施工组织、技术与装备创新、防灾减灾、应急救援及环境保护等方面提出对策和建议,以期为川藏铁路勘察、设计、施工、运维等提供借鉴,通过系列化的创新,实现我国从"隧道大国"向"隧道强国"的跨越。     

川藏铁路隧道设计理念与主要原则

川藏铁路隧道工程规模大,地质条件极端复杂,高原高寒特殊气候显著,建设难度极大。为做好隧道工程的总体规划设计,通过大量调研、总结类似工程技术、专题研究和科技攻关,提出"科技引领、重视环境、安全智能"的川藏铁路隧道设计新理念,形成隧道选址、分合修、横断面、支护结构、防排水、防寒抗冻、防灾救援、机械化配套、施工通风和供氧、弃渣与环保、超前地质预报、施工组织等的主要设计原则,以期对川藏铁路隧道工程的规划和建设起到技术支撑作用。     

川藏铁路色季拉山隧道设计方案研究

色季拉山隧道为川藏铁路控制性工程之一,长度超越我国已建和在建山岭铁路隧道,特长隧道面临陡峻的高原地形、复杂的地质条件、恶劣的高原高寒环境和严格的环保要求,隧道修建将面对前所未有的技术难题。论文结合隧道环境及工程、水文地质条件及建设重难点,经专题研究,开展了多个高原复杂越岭线位、隧道分合修、特长隧道总体施工方法和防灾救援等重大工程方案研究,对TBM法隧道段设计、TBM设备选型及关键技术要求、长大辅助坑道设计、越岭防灾救援等关键设计方案进行分析论述,并针对高地应力下的硬岩岩爆防控关键技术提出成套设计方案。色季拉山隧道推荐38km长隧道越岭方案,采用"敞开式TBM为主,钻爆法为辅"的分修方案,按照"以人为本、有序疏散、安全待避、限时救援"的原则设计2座紧急救援站,制定了"预警先行,主、被动防控及作业人员安全防护"的岩爆综合防治技术。相关设计可丰富我国复杂环境下长大越岭隧道的设计技术,也可为后续类似工程的建设提供借鉴和参考。     

川藏铁路TBM隧道建设挑战及装备创新设计探讨

川藏铁路具有显著的地形高差、强烈的板块活动、频发的山地灾害、脆弱的生态环境、严重的高寒缺氧等特征,是目前国内外最具有挑战性的铁路工程。为充分应对川藏铁路隧道建设过程中将面临的长大隧道多、地应力高、活动断层频繁等重大挑战,详细阐述各类复杂工况下采用TBM施工所面临的相应挑战。系统分析川藏铁路TBM创新设计理念及特点,从高原高寒、长距离硬岩掘进、岩爆、断层破碎带、大变形、突泥涌水、高岩温等方面进行TBM针对性创新设计分析,并提出:1)超前地质探测和处理是用于川藏铁路隧道TBM施工风险控制的主要手段;2)对于以岩爆为主的隧道,创新设计"双护盾+锚喷支护"的双护盾TBM或双支护TBM显得尤为重要;3)对于以大变形为主的隧道,宜首选双结构的敞开式TBM或进行其他结构方面的创新设计。     

川藏铁路隧道钻爆法施工机械化设备选型初探

为解决川藏铁路隧道钻爆法施工机械化设备配套问题，结合隧道9条作业线，针对每条作业线对设备进行分类，从设备性能、结构参数与川藏铁路隧道断面大小、海拔高度、施工效应等方面对国内现行隧道机械化设备进行适宜性评价初探，提出隧道施工9条作业线配套的机械化设备。基于配套设备，初步提出川藏铁路隧道机械化配置模型，将隧道机械化配套划分为3种类型，即低海拔高配型（A）、低海拔低配型（B）、高海拔高配型（C）。A型是以“凿岩台车+混装炸药台车”为代表的机械化配套类型； B型是以“风枪+开挖台架”为代表的机械化配套类型； C型是以“凿岩台车+混装炸药车+高原型挖装设备+电动运渣设备+高原制氧机+移动式免维护空压机”为代表的机械化配套类型。     

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。     

取芯水平钻探对川藏铁路隧道施工效率的影响研究

为研究川藏铁路深埋隧道超长水平钻探实施的可行性及复杂地质条件下水平钻探对隧道施工的影响程度,在川藏铁路隧道勘察设计中开展大量调研工作及地表超长深埋水平钻探试验,并结合隧道掘进指标、钻探速度,研究钻爆法及TBM施工中超长超前水平钻探对隧道掘进效率的影响程度。研究结果表明:1)在单位长度内,围岩地质条件越好,钻探深度越大,隧道掘进速度越快,超前水平钻探对施工影响越大。2)在Ⅱ、Ⅲ级围岩地段,在TBM设备后方180m处实施超前水平钻探时,水平钻探进度难以追赶TBM施工进度,钻探对施工指导意义相对较小;在Ⅳ、Ⅴ级围岩地段,水平钻探进度可以很快追赶上TBM施工进度,在TBM施工受阻等复杂地质条件下,采取水平钻探技术对指导隧道施工有一定意义。3)在护盾处开展长距离连续水平钻探时,对隧道施工的影响程度最大可达85.11%,影响较大。综合分析表明,超前水平钻探在断层破碎带、强富水及高压富水、岩溶等不良地质地段实施较为合适。     

铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

为配合郑万高铁实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、快速、高质量修建技术,针对超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌等关键工序开发系列化智能装备,并系统性地总结和提炼钻爆法隧道智能建造装备的4大支撑技术,即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统,是实现隧道全生命周期智能化的基础与前提; 同时,运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术,研究施工协同管理平台,借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台,实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动,为隧道智能建造提供装备保障。     

板岩隧道光面爆破参数现场优化试验

光面爆破技术在以矿山法为主施工的公路隧道建设中起着重要作用,是安全施工、减少超欠挖、降低成本、提高效益的强有力技术手段。本文依托怀通高速公路鱼梁坝隧道,针对III级板岩占全隧里程90%的实际情况,在分析板岩工程地质特点基础上,开展了板岩隧道光面爆破施工参数的现场优化试验,通过多次调整钻爆参数和工艺,提出了适用于板岩隧道光面爆破的钻爆参数,炮痕保留率平均达到85%～90%,为在怀通高速公路其他隧道工程中的推广应用发挥了指导作用。     

西秦岭TBM铁路单线隧道信息化辅助有轨运输安全管理

TBM施工相对常规的钻爆法施工安全性较高,但在TBM施工的安全管理中,有轨运输经常发生安全事故。为有效减少和规避隧道有轨运输安全事故的发生,在施工中采用了信息化辅助措施。以西秦岭单洞双线铁路隧道TBM施工有轨运输为例,通过加强有轨运输相关人员技能培训、引入5套信息化通信手段并加强机车日常维护和保养工作,有效地控制了有轨运输安全风险,可为类似工程施工提供借鉴和参考。     

近2年我国隧道及地下工程发展与思考(2019—2020年)

我国隧道及地下工程在"十三五"期间得到了长足发展,尤其是在新型冠状病毒疫情突然来袭的艰难形势下,2019—2020年无论是质还是量方面,铁路、公路、地铁等领域的隧道工程建设都取得了骄人的成就。对比分析近2年我国铁路、公路、地铁等领域隧道整体建设情况,从工程特点、工程难题及对应技术创新等方面,对佛莞城际狮子洋隧道、郑万铁路小三峡隧道、汕头海湾隧道等已建隧道工程,及大瑞铁路高黎贡山隧道、天山胜利隧道、川藏铁路色季拉山隧道等新开工隧道工程进行分析阐述。系统梳理近2年我国隧道及地下工程领域所取得的技术进步及未来发展中仍需要进一步突破的建设技术需求:1)基于渭武高速木寨岭隧道、引汉济渭秦岭隧洞、汕头海湾隧道等工程的建设,高地应力软岩变形控制技术、硬岩岩爆监测及处置技术、高地震烈度区海底隧道修建技术等,取得了较大突破与成功应用;国产大直径TBM和异型大断面隧道掘进机制造及应用技术迈上了新台阶,国产盾构主轴承及整机再制造装备得到了成功验证与应用;高压水耦合辅助破岩技术、基于大数据挖掘技术的盾构/TBM巡航掘进技术等在隧道行业中进行了尝试应用。2)面对穿江越海、川藏铁路等极端环境或复杂地质条件下的隧道建设需求,新型破岩方法、多功能混合型TBM装备、低真空管道磁浮隧道建设技术等亟需取得突破。3)针对传统隧道工程理念方法难以解决川藏铁路隧道等极端复杂地质隧道工程的关键性难题,提出隧道场的概念,指出应逐步建立并完善隧道场解重构理论与方法,革新极端复杂地质隧道设计理念;结合隧道及地下工程的复杂性、多变性、不可预测性等特点,有目的、有计划地促进"智能建造"、"5G"等先进技术与隧道及地下工程的有机融合。     

中国铁路、隧道与地下空间发展概况

通过总结目前中国隧道的修建概况,说明中国是目前世界上隧道和地下工程数量最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家;从时速250～350 km高速铁路、时速200～250 km既有线提速、高原冻土铁路、铁路重载运输4个方面的建设成就和4个技术平台的搭建阐述铁路快速、高效发展的现实;介绍中国中长期铁路网规划、国际铁路通道提议及将要实施的重大工程;扼要总结中国隧道及地下工程修建的主要技术：1）江、河、海底隧道修建技术;2）钻爆法施工技术;3）浅埋、超浅埋暗挖法施工技术;4）开敞式TBM全断面掘进机施工技术;5）盾构法施工技术;6）沉管法施工技术;7）辅助工法;8）明挖法地下深基坑围护结构施工技术;9）地铁车站施工技术;10）环境保护施工技术;11）高新技术改造、提高隧道施工质量技术。     

当金山特长隧道设计方案研究

在高原、高寒地区修建单线单洞特长隧道,面临隧道勘察选线、施工方法选择、长距离通风、深竖井施工、生态脆弱区环境保护以及低氧环境下施工等一系列世界性技术难题。结合敦煌至格尔木铁路当金山特长隧道的设计全过程,对特长隧道的勘察设计进行全方位介绍。针对当金山特长隧道"三高(高海拔、高地应力、高地震烈度)"、"两低(气温低、气压低)"的地域特点,以及"三长(单面坡长、独头通风距离长、反坡排水距离长)"、"两多(断层破碎带多、不良地质多)"、"两大(埋深大、水量大)"等工程特点,对"钻爆法、TBM法、钻爆法+TBM法"3种施工方案进行系统的经济技术比选,最终确定大型机械配套的钻爆法施工方案。最后对单线铁路特长隧道的设计与施工提出了一些建议:1)特长隧道选线时重视物探技术;2)处理好勘察与设计的关系;3)高海拔特长隧道应加大机械化施工;4)特长隧道应充分发挥平行导坑的作用;5)重视环境设计。     

川藏铁路色季拉山隧道装配式仰拱方案研究

为提高钻爆法单线铁路隧道仰拱施工质量,改善洞内作业环境,推进装配式结构绿色建造等,以新建川藏铁路色季拉山隧道工程为依托,对装配式仰拱的结构形式,环向、纵向连接,防水,拼装设备,隧底填充,施工工艺及经济性等进行研究。主要研究结论有:1)仰拱与填充层整体预制成单块空心结构,结构受力条件好,洞内拼装方便; 2)预制块与现浇二次衬砌采用方形榫槽或方形榫槽+预埋钢筋的连接方式,预制块纵向通过张拉精轧螺纹钢进行挤紧,预制块底部采用碎石+回填注浆的垫层进行基底处理。装配式仰拱应用于川藏铁路色季拉山隧道,可实现轨下结构机械化快速施工,有利于提高山岭铁路隧道机械化施工整体水平。     

我国隧道及地下工程发展现状与展望

分析我国隧道及地下工程的现状,包括铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水工隧洞、市政隧道和地下能源洞库等。总结近年来我国隧道及地下工程在各个方面的技术发展与创新,包括:勘测与地质预报、设计方面、施工方面、防灾救灾与通风照明、风险控制与运营管理、防水排水新材料与新工艺应用等方面。重点对施工技术方面的技术发展与创新进行了较为详细的阐述,包括:浅埋暗挖技术,盾构、TBM装备与施工技术,单护盾TBM,敞开式TBM,矩形顶管技术,盾构始发、到达零覆土技术,岩溶隧道处理技术,高地应力隧道变形控制及岩爆处理技术,钻爆法机械化作业线,瓦斯隧道问题,沉管隧道技术等。最后,对我国隧道及地下工程的发展进行展望,认为:特长隧道将成为我国隧道建设的"新常态",地铁工程将持续发展,城市铁路将逐步地下化,城市地下公路会悄然兴起,城市排蓄水工程深层隧道方案值得推广,地下空间开发利用与地下管廊工程将由原来的"单点建设、单一功能、单独运转"转化为"统一规划、多功能集成、规模化建设"的新模式,地下能源洞库将成为必然,南水北调西线工程值得期待,三大海峡通道的建设势在必行,互联互通的国际通道建设其隧道工程将会很多,也会遇到诸多挑战。总之,我国隧道及地下工程事业将会有更大的进步和更为广阔的发展空间。     

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     

高楼山特长公路隧道施工方案研究

针对高楼山隧道特殊的工程特点,本文展开施工方案研究。首先,从工程规模及设备配置、土建投资估算和土建工期等方面进行综合比较,推荐高楼山隧道采用一台小断面TBM小导洞结合钻爆方案和一台全断面TBM结合钻爆施工方案。其次从地质条件、施工管理等方面分析了高楼山隧道采用TBM施工的可行性,得出高楼山隧道采用TBM施工可行。