高黎贡山隧道复杂地质条件下敞开式TBM施工关键技术研究

高黎贡山隧道地质条件极其复杂,可总结为"三高四活跃"。其中,高地热、高地应力、多断层破碎带、高压突涌水是制约TBM施工质量和安全的主要地质因素,将给TBM施工带来不可预估的风险。为了减少以上地质问题带来的TBM施工风险,通过资料查阅、调研国内外现有的TBM施工案例、专家咨询研讨、设计高适应性的TBM,并结合工程目前的施工状况,提出了TBM超前地质预报、钢筋排和钢拱架联合喷射混凝土及时支护、合理调整掘进参数等一系列确保TBM连续施工的方案与措施。研究结果可为即将进场施工的TBM提供理论参考。     

复杂地质铁路隧道敞开式TBM施工挑战及思考

为降低复杂地质条件下敞开式TBM施工极易发生的工期延误、成本大幅增加、环保事故等风险,以高黎贡山隧道敞开式TBM施工为背景,结合铁路隧道定额体系和规范标准,针对施工过程中遭遇的卡机、初期支护背后脱空、开挖断面不足、隧道清渣排水困难、弃渣松散系数选择不准、掘进指标不合理以及污水处理能力不足等影响较大的问题,从地质、设计和施工方面进行分析思考,提出以下建议:1)完善TBM法隧道地质勘察具体要求,明确地质特性,提高TBM设备设计针对性;2)结合TBM施工特点,优化围岩分级修正项,设置合理预留变形量、增强隧道断面尺寸、支护参数的适应性;3)弃渣松散系数合理范围为1.5～1.9,复杂地质隧道敞开式TBM施工进度指标结合高黎贡山隧道的TBM利用率14.66%考虑;4)污水处理综合考虑多种因素,保护生态环境;5)规范标准与定额体系相结合,及时调整完善,提高概算与进度、成本的匹配性。     

高黎贡山铁路隧道彩云号TBM的创新性设计与应用

高黎贡山铁路隧道作为大瑞铁路的关键性控制工程,具有“三高四活跃”的地质特点,为应对TBM施工过程中可能遇到的断层破碎带、突泥涌水、岩爆等灾害,正洞TBM设计实行了变截面可抬升开挖技术,创新了前置式自动化混喷技术、隐藏式常态化超前钻探技术以及水岩一体超前预报技术。实践表明,在掘进过程中TBM的创新性设计发挥了显著作用,可为同类地质条件TBM设计与应用提供经验。     

长距离掘进软弱围岩的TBM刀盘扩挖技术

为解决全断面岩石隧道掘进机（TBM）在软弱围岩地层的适应性问题,应对由于围岩收敛变形导致的卡机和支护被破坏的风险,基于高黎贡山隧道TBM施工项目,从TBM装备角度提出了针对性设计方案。通过对比现有的TBM刀盘扩挖技术,提出边缘滚刀外移和预留扩挖刀箱组合设计方案,并结合一套同步抬升油缸系统和中间导向柱实现了刀盘的抬升扩挖设计。通过上述研究,使刀盘半径方向扩挖量达到100 mm,避免由于隧道底部扩挖导致的主机“栽头”现象,实现TBM在软弱围岩地质条件的长距离扩挖掘进。     

国内首台再制造TBM下线 “中国第一铁路长隧”将添利器

正国内首台由中铁隧道集团再制造的TBM(隧道掘进机)近日在重庆下线,随后将被用于在建的中国第一铁路长隧——大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道。该台TBM直径6.36 m,曾在重庆轨道交通6号线累计掘进6 652 m,设备缺损老化。为完全满足高黎贡山隧道地质要求,同时兼顾标准件的维修更换和施工环境的改善,在恢复原机性能的基础上进行了适应性改造升级。例如:为适应极为复杂的地质条件,强化了超前钻探及探测系统;为适应岩爆可能导致的垮塌,增强了支护系统;为适应软岩变形地质,增大了顶护盾的收缩量;增     

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。     

复杂地质条件TBM研制关键技术及应用

为解决高黎贡山隧道出口段软岩收敛卡机、破碎坍塌、岩爆片帮、高温热害、突泥涌水等不良地质TBM适应性差的问题,采用TBM适应性设计方法,提出并采用变截面抬升式开挖、水岩一体超前预报、隐藏式常态化超前钻探、前置式自动化湿喷、加强型大范围初期支护、通风系统强制制冷、刀盘刀具优化设计、物料快速运输等关键技术方案,联合研制出国产最大直径TBM（9.03 m）; 针对现场应用测试存在的部分问题,对TBM创新设计方案进行优化改进,使国产最大直径TBM在复杂地层前期应用中,取得月进尺400 m以上的掘进业绩。     

高黎贡山隧道TBM不良地质条件下卡机脱困施工关键技术

为降低TBM在不良地质条件下施工的卡机风险,解决卡机后快速脱困问题,结合高黎贡山隧道TBM施工情况,针对岩性接触带、断层破碎带、全风化花岗岩粉细砂地层、涌水、高压富水软弱破碎蚀变构造带等不良地质条件,从地质预报、掘进参数控制、初期支护、防卡机措施、卡机脱困技术、不良地质超前加固及改良等关键技术方面进行研究分析,总结出掘进参数与卡机的关系并提出控制措施,同时还针对不同规模的不良地质,总结出刀盘清理法、循环管棚法、导洞法、迂回导坑法等应对措施。     

高黎贡山隧道大规模突涌综合治理技术

为快速解决大瑞铁路高黎贡山隧道出口端TBM掘进D1K224+200～+230里程段后出现的突泥涌水地质灾害、隧道塌方冒顶、TBM被关在掌子面、皮带传送机中断等问题。根据隧道工程地质条件和施工开挖过程情况,分析隧道突涌原因,借鉴国内富水全风化花岗岩突涌处治经验,提出在隧道洞身地表河道改修、塌坑回填、深孔加固,确保洞顶稳定和防止水流下渗,同时在突涌体两端施作注浆加筋挡墙,为洞内清淤和TBM恢复掘进提供安全保障,形成了"高位锁口、泄水降压、两头夹击、支护加强、快挖快封"的施工技术措施对溃口进行处理,成功解决了富水风化花岗岩隧道溃口的突涌塌方冒顶的技术难题。     

亚洲铁路第一长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道

大瑞铁路高黎贡山隧道全长34 538 m,为亚洲铁路第一长隧。隧道区域地质构造发育,沿线工程地质条件差,具有“三高”（高地热、高地应力和高地震烈度）、“四活跃”（活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程）的特征。工程主要不良地质有高烈度地震、 活动断裂、高地温、岩爆、软质岩变形、放射性地层、有害气体等。工程重难点为高温热害问题突出,软岩大变形,隧道涌水量大,软弱破碎围岩地段TBM施工易卡机,安全风险极高、组织管理管控要求严 ,通风效果要求高等。围绕高地热,活动断裂地层,深竖井、复杂地质条件下TBM研制等问题,已立项并实施隧道高地热环境施工关键技术、复杂地质条件新型TBM研制及应用、铁路隧道超深竖井施工关键技术和深埋特长隧道高地温地段混凝土技术。     

关于高原铁路某隧道敞开式TBM开挖直径的探讨

为探讨高原铁路某隧道不良地质条件下敞开式TBM开挖直径是否适应的问题,结合已建、在建工程存在的问题及施工数据,分析TBM法隧道初期支护变形侵限的原因,且通过对比分析工程地质数据、衬砌参数,认为不良地质条件下TBM护盾收缩及初期支护体系形成支护能力周期长是造成初期支护侵限的主要原因。预测当TBM开挖直径为10.2 m时,该高原铁路隧道TBM段Ⅲ级围岩中等及以上岩爆段、Ⅳ级围岩（节理密集带）、Ⅴ级围岩（蚀变岩）存在初期支护侵限的风险。提出如下建议： 1）设计TBM开挖直径时考虑护盾收缩量; 2）在强烈岩爆段、节理密集带、蚀变岩等情况下,采用钢管片施作初期支护以提供临时支撑,缩短支护能力形成周期,并将TBM开挖直径适当增大为钢管片安装预留空间。     

隧道涌水段不良地质探测及围岩变形规律研究

在富水地层中开挖隧道出现涌水事故后,若继续盲目施工易引发隧道坍塌,此时应停止开挖,探明涌水段周围地质条件与岩体变形。以大奎隧道右线出口处涌水事故为背景,从地质雷达和变形监测2方面进行研究分析。地质雷达探测结果显示隧道底板左下方2.5 m处存在承压水层,且隧道衬砌背后存在巨大暗道。变形监测表明多个里程断面岩体变形超过50 mm,高于规范要求的安全界限。基于探测结果,提出了混凝土回填、超前注浆止水及架立钢支撑支护的处理方案,涌水段围岩变形最终得到了控制。     

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TBM法施工引水隧洞工程地质条件及问题初步研究

TBM法隧洞施工具有快速、高效、安全和环保的技术特点,但TBM施工地质适应性差,往往由于工程地质条件原因影响TBM的掘进效率,在TBM施工之前非常有必要对工程地质条件进行研究。以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,分析岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性和岩体的完整性等指标,得出该隧洞的地质条件适合TBM施工的结论。并根据工程区域的工程地质条件,分析施工可能遇到的工程地质问题,主要包括岩爆、断层破碎带塌方、软岩大变形、涌水、高地温及有害气体5个方面,并针对性地提出在各种不良地质条件下的预防措施和施工对策。     

高黎贡山隧道破碎地层TBM施工技术与应对方法研究

为解决大瑞铁路高黎贡山隧道出口段岩石破碎地质影响TBM施工的问题,针对掌子面前方破碎围岩,提出掌子面前方化学灌浆加固、小导洞开挖及超前管棚等方法联合帮助TBM脱困,同时提出护盾向前延伸、刮渣口限粒板加密的TBM设备改进应对方法; 针对破碎围岩露出护盾后易塌落问题,提出隧道顶部加强初期支护和化学灌浆、隧道腰部立模灌浆、隧道底部机械化清渣的应对方法。现场实践表明： 采用上述方法,有效降低了TBM在破碎地层掘进刀盘被卡的风险,即使刀盘被卡也能在可控的时间内及时脱困; 同时还有效提高了TBM通过破碎地层的施工速度。     

敞开式TBM在重庆轨道交通6号线的应用分析

为了使敞开式TBM在城市轨道交通中能正常使用,以重庆轨道交通6号线一期工程为例,在TBM设计阶段,对TBM的刀盘刀具、主轴承、支护、皮带机等系统进行针对性设计;在TBM掘进施工阶段,探讨分析喷射混凝土、皮带机系统、出碴系统、垂直运输系统、刀盘刀具系统及隧道施工与车站施工互相干扰的问题,并提出相应的处理措施。实践证明,通过所采用的方法和应对措施,能够提高敞开式TBM在岩性地质中的适应性。     

深埋隧洞TBM超前地质预报及预处理关键技术研究

为有效解决复杂不良地质条件造成的施工风险,系统开展TBM施工超前地质预报工作,综合采用TRT7000、TSP203、超前地质钻孔、微震监测等技术手段,结合地勘、地面物探及已揭露围岩特征,实现对不良地质的准确有效判识;针对隧洞沿线实际地质条件,对TBM设备进行优化设计,提高TBM设备应对断层破碎带、突涌水、挤压大变形及岩爆等灾害的能力;在此基础上,提出TBM施工灾害超前预处理技术方案,以减少卡机现象,避免埋机等事故风险。     

引松供水4标TBM连续穿越灰岩的施工技术研究

为应对吉林引松供水4标7 km灰岩隧洞段的特殊地质条件,引松开敞式TBM的针对性设计和克服不良地质风险的施工技术研究显得尤为重要。首先,针对引松4标长距离掘进、大断面施工、快速掘进及强支护量等工程特点,对TBM进行超前地质预报系统、支护系统等方面的针对性设计制造。其次,对于通过灰岩地段各种不良的地质风险,分别制定相应的施工和处理措施。通过对TBM的针对性设计以及不良地质地段恰当的施工处理措施,使TBM顺利地通过了7 km灰岩地段,既节省了开支,又缩短了工期。     

大瑞铁路高黎贡山隧道施工挑战与对策

为解决高黎贡山隧道在施工中遇到的斜井软岩变形、竖井井筒防治水、TBM穿越不良地质卡机等难题,通过对存在问题进行理论分析、现场试验、方案优化、阶段总结,提出解决方案与关键施工技术,现场实践结果表明:1)斜井软岩变形采用"早成环、快封闭"、合理设置开挖轮廓线曲率、加强支护的综合防变形技术,达到初期支护不破坏、不拆换的目的;2)采取"有掘必探、以堵为主、堵排结合"的治水原则和地表深孔S型深孔预注浆关键技术,能够大大降低富水软弱花岗岩竖井建井淹井风险;3)通过采用小导洞工法能使敞开式TBM快速安全通过糜棱化花岗岩不良地层,充分发挥TBM的快速高效施工性能。     

青岛地铁隧道双护盾TBM适应性设计及应用

为应对岩石地质条件下城市地铁隧道施工工况的特殊性,对应用于青岛地铁2号线的双护盾TBM进行适应性设计。盾体采用模块化设计并在前盾安装配合稳定器工作的辅助支撑,管片吊运直接由吊机喂送至拼装机,后配套出碴配置梭式皮带机,采用满足小转向半径掘进的双激光靶导向系统,从而保证隧道施工过程中装机、始发、掘进、出碴、过站、小曲线半径掘进和洞内拆机等工况的顺利实施,取得良好的应用效果。通过对施工过程中掘进参数、衬砌变形和地表沉降等应用效果的分析,验证了双护盾TBM选型的正确性和对青岛地质的适应性。