敞开式TBM掘进过节理密集带施工技术

为确保TBM能安全顺利地通过花岗岩节理密集带,以南疆吐库二线中天山隧道进口为例,通过现场实践,采用刀盘内施作超前自进式锚杆,注新型聚氨酯化学浆液,围岩出护盾后径向注浆补加固等方法,有效地控制了围岩变形坍塌,提高了设备利用率,确保TBM安全、高效地通过了花岗岩节理密集带。     

采用QTBM评估硬岩隧道中TBM的性能

挪威NGI的技术顾问Nick Barton开发出一种预测TBM贯入速率（PR）和掘进速率（AR）的新方法。此方法以扩展的Q系统和相对于适当岩体强度的平均滚刀切削力为基础，并考虑了岩体的结构或节理结构的方向以及岩体的抗压强度为荷载（抗拉）强度。利用特隆赫姆大学的滚刀寿命指数（CLI）纳入了岩体的耐磨性和不耐磨性，同时还考虑了岩石应力水平。在可行性研究中可确定QTBM新参数，而且还可以根据隧道施工期间TBM的性能进行反算。     

硬岩掘进机（TBM）在我国隧道施工市场的推广应用

TBM是目前长大隧道施工最先进的大型工厂化成套设备,具有安全、快速、环保等诸多优势,在发达国家已经成为隧道施工的首选设备,但在我国却一直无法大范围推广应用,对于提升我国隧道施工技术水平极为不利。透过TBM在我国的应用现状,分析存在的问题,探讨其未能大范围推广应用的原因,探索出推广应用TBM法施工的措施,并提出正确对待TBM的适用范围、合理降低设备成本、科学筹划工期、编制合理的工程造价等建议。     

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。     

马蹄形隧道掘进机刀盘设计探讨

概括性论述了多圆软土刀盘、矩形刀盘、马蹄形刀盘等异形刀盘的设计特点,重点分析了马蹄形隧道掘进机组合刀盘的关键技术:1)掌子面流场仿真分析;2)刀盘静力学仿真分析;3)盲区处理研究;4)刀具破岩机制分析。通过对以上关键技术的研究,为软土马蹄形掘进机组合刀盘的设计提供了优化方法,并创造性提出刮削破岩和挤压破岩相结合的马蹄形硬岩刀盘设计方法,对马蹄形隧道掘进机刀盘设计有一定的指导意义,也为异形隧道掘进机的刀盘设计提供了设计参考。     

硬岩掘进机技术发展与趋势

结合施工案例,对近几年国内应用的TBM设备进行总结,从TBM整机寿命、机型、刀盘性能、主轴承密封与润滑、残渣清理等方面对TBM技术的新特色及其发展趋势进行分析。TBM整机使用寿命延长、连续施工能力大大提升;TBM对工程条件的适应性不断提高,出现了多种机型并存的局面;刀盘性能和寿命都得到了较大改善,性价比越来越高;主轴承密封形式有了较大进步,并且密封位置相对可调,有利于保证密封效果、延长使用寿命;残渣清理方式逐步向机械化发展,其应用效果不断提升。对TBM从多个方面进行了人性化设计,TBM技术将在地下工程施工中发挥越来越重要的作用。     

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。     

盾构穿越上软下硬及硬岩段施工技术分析

在城市轨道工程施工过程中,经常会遇到上软下硬的地质环境,对盾构的正常施工造成了比较大的影响。以实际工程为例,对盾构穿越上软下硬地层的施工风险和问题进行分析和探讨,然后提出了相应的应对措施,保证了盾构穿越上软下硬以及硬岩段的施工质量和施工安全,可供参考。     

软岩地层泥水盾构掘进刀盘堵塞现象研究

软岩地层(黏性矿物含量高)泥水盾构掘进刀盘堵塞现象(刀盘结泥饼)时有发生,不仅影响施工进度和质量,而且开舱处理风险较大,可能会导致人身伤亡或工程事故.为了探明刀盘堵塞现象及其影响因素,实现对刀盘堵塞的有效预防和治理,研发了一套软岩地层泥水盾构掘进模型试验装置.在自行设计、制作的模型试验平台上,选用以膨润土、高岭土、石英...     

单护盾TBM管片旋转问题及应对措施

为了解决由于单护盾TBM掘进刀盘扭矩过大或盾体姿态发生偏差时,管片在掘进过程中产生旋转,造成管片安装精度、外观质量及运输效率受到影响等问题,结合单护盾TBM在软岩地层掘进条件下,分析管片旋转产生的原因,针对刀盘等设备的结构进行设计改进、优化掘进参数、优选刀具类型、及时清理刀盘以及必要时采取牺牲管片环缝与纵缝等措施,最终解决了单护盾TBM掘进过程中管片旋转的施工难题。     

硬岩掘进机刀具失效的受力分析

通过对硬岩掘进机刀具的一般工作状态描述,界定了刀具的受力要素,对刀具进行了受力分析及失效状态分析,提出了控制刀具受力状态、防止刀具过早失效的措施。     

硬岩掘进机刀盘纯切削扭矩计算研究

根据硬岩掘进机盘形滚刀在岩体开挖面上滚压切削的实际状态,以刀刃下的岩石受滚压破坏并沿刀刃两侧软弱面崩落为机理,以岩石强度极限为材料常量依据,试推导滚刀切削牵引力以及刀盘纯切削扭矩的计算方法。在推导过程中,不考虑岩石为什么会被破碎或怎么破碎,仅考虑岩体受力状态,以实际工程掘进报告比较计算结果。     

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。     

岩石掘进机(TBM)刀具消耗预测研究

鉴于刀具消耗费在岩石掘进机（TBM）施工总成本中占有相当高的比重,从刀具消耗的原因入手,采用因果分析图法对各工程数据进行了统计和拟合,得出刀具消耗预测方法,最后结合实际工程从刀具消耗量和费用方面对该方法进行验证。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

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。     

特大断面硬岩隧道爆破开挖技术研究——以丰宁隧道Ⅱ级围岩段为例

为验证特大断面硬岩隧道爆破空孔布置形式及爆破参数选取的合理性,并解决现场试爆造成的危险系数增加和费用增高等问题。对丰宁隧道Ⅱ级围岩段采用ANSYS/LS-DYNA有限元模拟软件,模拟了中间空孔和四周空孔2种布置形式的直眼掏槽方案,分析爆破应力波传播规律及岩石破坏情况,确定前者为优选方案;利用光面爆破技术,确定周边眼合理参数;结合现场观测数据,评价爆破效果。证明"中间空孔布置的直眼掏槽+合理的爆破参数"设计是合理的,且数值模拟技术可有效降低成本,其研究成果可为类似工程提供参考。