盾构刀盘系统的设计适应性研究与评价

盾构施工地质条件错综复杂,不同地层中的掘进效果差别巨大。针对某一特定工程定制的盾构及设计方案,不可能完美契合于其它工程,盾构刀盘系统的设计适应性及其评价问题亟待解决。文章分析了刀盘系统设计适应性的影响机理,以现有设计相对于目标设计在适应性上所拥有品质的隶属匹配度作为评价模型的初始数据,提出基于改进TOPSIS的分析模型与评价方法。以现有设计为例,对其应用于某城市的地铁施工进行可适应性分析与评价。结果表明:该盾构刀盘系统17项设计任务的适应性的影响力均为一般,9项指标适应性强弱依次为,工程施工适应性掘进参数适应性技术适应性开挖面稳定适应性环保适应性施工安全适应性经济适应性地质条件适应性耐用适应性。该模型与方法可有效评价盾构刀盘系统的设计适应性,从而为一个项目完成后的盾构设备再利用于其它工程的改造和维修决策提供依据,有效提高刀盘系统设计适应性及市场竞争力。     

基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型

净掘进速率是TBM施工速度的主要评价指标,与围岩物理力学性质、TBM掘进参数之间存在一定相关性。文章以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,基于现场实测数据,选择岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、岩石耐磨性CAI值等岩体指标,以及刀盘推力和刀盘转速等掘进参数,进行TBM净掘进速率与有关影响参数之间的单因素相关性分析,得到相应拟合公式;基于TBM净掘进速率与岩体指标、掘进参数之间的相关性,利用多元非线性回归方法建立了TBM净掘进速率预测模型。通过将兰州水源地建设工程输水隧洞实测TBM净掘进速率和预测结果进行对比,验证了TBM净掘进速率预测模型的合理性。研究结果表明:(1)在复杂的多种地质条件下,TBM净掘进速率与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩石耐磨性CAI值、刀盘推力以及刀盘转速呈负相关关系,与泊松比呈正相关关系;(2)干湿状态对岩石耐磨性CAI值有一定影响,饱和状态下岩石耐磨性CAI值与TBM净掘进速率之间的相关性更显著;(3)建立的多元非线性回归预测模型,预测精度较高,可为相似地质条件下TBM净掘进速率估算提供参考。     

兰渝铁路西秦岭特长隧道方案研究

西秦岭特长隧道是目前中国铁路建设史上采用TBM掘进最长的隧道,设计为两座单线隧道,采用钻爆法和TBM相结合的施工方案进行施工。文章结合该隧道的环境及工程、水文地质情况,对方案比选及其TBM施工特点及工程适应性、隧道衬砌断面及其支护参数设计、TBM掘进与同步衬砌、连续皮带机出碴等关键技术方案进行了分析论述,并介绍了TBM设备和隧道的施工概况。     

复合式TBM在重庆地铁实践中的关键技术研究

文章通过复合式TBM在重庆轨道交通六号线工程中的应用实践,对复合式TBM的特点及其工程适应性进行了分析;对衬砌断面及其支护参数的设计、超深竖井及其支护参数的设计,以及复合式TBM穿越建筑物的施工微扰动控制设计等几大关键技术方案进行了详细阐述;明确了设计方案的合理性与先进性.     

老城区双护盾TBM地铁工程筹划技术研究

青岛地铁2号线位于青岛市老城区,道路红线狭窄、建设用地紧张,采用双护盾TBM施工,需解决TBM掘进和车站施工相互干扰以及TBM始发、过站、接收等技术难点。文章结合青岛老城区环境特点和地铁线站条件,提出了工程筹划的基本原则;通过对TBM始发方案研究,提出了"轨排井+吊装井+始发洞始发技术";通过对TBM过站方案研究,提出了"整机曲线过站技术"和"站内导洞过站技术";通过对TBM接收方案研究,提出了"存车线隧道+车站风井解体吊出技术",总结形成了适用于老城区地铁工程建设的双护盾TBM成套工程筹划技术,并成功应用于工程实践中,缓解了老城区地铁建设征拆难度大、交通资源紧张的矛盾。     

超特长隧洞集群TBM试掘进阶段存在的问题与施工技术发展方向

北疆供水二期工程总长540 km,其中隧洞段长度516 km。隧洞采用以TBM为主并结合钻爆法进行施工,其中支洞施工采用2台TBM,正洞施工采用18台TBM和3台盾构。单台掘进长度均超过15 km,最长掘进26km。TBM施工面临着集群掘进、不良地质及极硬岩穿越、超长距离施工等风险和难题,对隧洞的设计与施工技术提出了新的挑战。通过试掘进阶段的工作总结与分析,为进一步提高TBM的安全高效掘进技术水平,文章提出了超特长隧洞TBM施工今后发展的几个研究方向:1)适应TBM快速掘进的实时超前地质预报技术;2)地质适应性更强的TBM装备;3)智能化掘进技术;4)设备状态实时监测技术;5)围岩分级方法及相应的支护体系;6)辅助破岩技术;7)超长距离隧洞独头高压通风技术;8)超长距离皮带运输技术。通过改进TBM设备性能、优化隧洞设计和施工技术,从而提高设备对各种地质的适应能力,实现超长隧洞TBM的安全高效掘进。     

富水复杂地层中长距离大坡度煤矿斜井TBM选型

文章以某矿井主斜井采用TBM施工为背景,分析指出了该工程所面临的主要问题和技术挑战,并对各类型盾构和TBM在该工程中的适应性进行了理论对比分析,提出了煤矿长距离斜井施工采用双模式TBM的设备机型。鉴于煤矿斜井TBM施工面临的长距离、大坡度、大埋深、有毒有害气体危害、富水复杂地层及施工进度要求高等问题,文章对双模式TBM的主要功能设计及设备的选型配置进行了研究,提出了双模式TBM应对不同技术问题的设计方案和设备配置技术措施。     

支撑式TBM与双护盾式TBM在设计选型中的比较

如何对硬岩隧道(洞)施工中使用的TBM进行设计选型?相信这是每个工程业主和设计院都需要面对的问题.通过对硬岩隧道(洞)掘进中,支撑式和双护盾式TBM的施工方法及设备功能包括对地质的适应性以及初期支护与混凝土衬砌型式、不良地质地段处理方法、出碴运输方式、环境影响等进行比较,并结合辽宁省大伙房输水一期工程输水隧洞施工中TBM的工程实践,提出了弥补支撑式TBM开挖和衬砌不能平行作业的改进构想,提出了采用栈桥式仰拱模板台车和全环内通式模板台车的施工方法.通过改进,可实现一模养生、一模浇注、第三模移动框架梁的作业工序.     

埋地钢质管道ECDA检测定量评价指标的确定

外腐蚀直接评价技术(ECDA)在外检测工程实践应用中,因为没有定量的评价指标而难以对防腐层缺陷进行准确的评价.文中按照ECDA的技术思想,通过数据统计分析确定初步准则,再根据直接检查结果对初步准则进行修正,提出了确定ECDA检测定量评价指标的原则和方法,并给出了示例.通过在检测工程实践中的应用,证明该方法能够准确评价防腐层缺陷的真实状况,为管道完整性管理提供科学的决策依据.     

大跨地铁隧道斜井进洞垂直挑顶施工关键技术

针对软弱围岩三线大跨地铁隧道斜井进正洞施工变形不易控制的难题,文章以深圳轨道交通工程新莲区间隧道斜井进正洞段挑顶施工为例,提出了适用于城市地铁隧道工程垂直挑顶进洞的施工方法,阐述了垂直挑顶进洞施工方案、施工流程和施工要点。文章采用数值模拟方法对所提出工法的合理性进行了研究,结果表明:(1)在交叉口处加强支护,采用小导洞爬坡挑顶进正洞是一种有效可行的方法;(2)在斜井与正洞交叉口处设置加强支护可解决因斜井及正洞断面尺寸差距大造成的施工难题;(3)小导洞爬坡挑顶施工为正洞拱架初期支护安装提供了条件,有利于正洞施工快速转换为双侧壁施工工艺;(4)交叉段拱顶围岩存在应力松弛区,通过采取加强支护等措施,该工法对围岩位移控制较优。     

基于模糊聚类理论的TBM施工围岩可掘进性分级预测模型

文章针对硬岩掘进机(TBM)在复杂地质条件下的可掘进性,进行了系统及定量的研究;基于模糊聚类理论和施工样本数据分析,建立了以掘进速率为分级指标,包括岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、围岩结构面与隧道轴线夹角和渗水量四项性质指标的可掘进性分级预测模型,将TBM施工围岩可掘进性分为好、一般和差三个性能等级;并在此基础上进一步细化模型粒度,以提高模型的精度和地质适用性。将所建模型应用于西秦岭隧道和大伙房水库输水隧洞工程实际工程效果表明,TBM掘进速率与由模型预测的掘进速率基本相吻合,验证了掘进性分级预测模型的可行性、科学性和有效性,进而对TBM的选型、设计和施工提供了重要的理论依据。     

高黎贡山隧道TBM法施工重难点及关键技术分析

高黎贡山隧道为目前国内在建最长铁路隧道,其地理位置特殊、地质条件复杂,具有"三高、四活跃"的地质特点。文章全面分析了该隧道采用TBM法施工过程中可能遇到的重难点问题,包括:(1)高达50℃左右的高岩温热害问题;(2)总长为3 185 m地段的软岩大变形问题;(3)预测最大涌水量为1.92×10~5m~3/d的涌水问题;(4)长度达2 260 m的岩体破碎—极破碎地段TBM施工问题;(5)Ⅰ级风险隧道的施工安全风险问题;(6)长距离通风问题。在此基础上,对高地温热害防治、软岩大变形控制、涌水应对、TBM过断层破碎带等不良地质段施工关键技术进行了研究与论述,可为后期TBM施工提供技术支撑。     

双线盾构隧道近接下穿既有隧道结构沉降变形与施工节点控制分析

城市新建地铁隧道穿越引起既有隧道变形的规律是工程领域研究的热点。文章依托某新建盾构隧道近接下穿既有盾构隧道工程,对施工全过程的实测数据进行整理,结合数值模型计算结果,重点分析了新建左、右线依次穿越过程中既有双线隧道沉降变形规律,进一步对阶段受扰动土体稳定性进行分析。结果表明:(1)时间维度上,穿越过程中既有结构竖向变形趋势与施工阶段具有一一对应关系;(2)距离维度上,隧道结构变形随着距穿越中心距离减小而增大,规律与模拟结果一致;(3)根据既有隧道变形量及变形速率,穿越开始阶段可作为沉降控制的关键节点;(4)既有隧道穿越中心区域沉降量远小于模拟值,实际沉降变形实现重新分布,验证了施工关键节点控制的有效性和结论的准确性。     

TBM在岩石城市轨道交通建设中的应用研究

岩石地层城市轨道交通工程采用钻爆法施工存在施工扰民及影响环境等诸多问题.文章针对城市轨道交通特点,并结合重庆六号线及青岛地铁二号线的设计及施工情况,从线路平、纵断面控制条件及线路埋深、TBM过站、TBM选型、支护结构及运输方式等方面进行了研究,并对采用TBM工法存在的风险进行了分析.分析结果表明,岩石地层城市轨道交通采用TBM工法是可行的,风险是可控的,施工是安全的;单护盾TBM机型应该是城市轨道采用的主要机型,支护结构应以管片衬砌为主,过站应尽可能采用平移过站形式.     

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用北大核心CSCD

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。     

地铁重叠隧道施工顺序研究

文章以深圳地铁三号线老-东区间盾构隧道工程为背景,采用有限元数值模拟研究方法,对地铁重叠隧道段在地表无任何建筑物和地表有房屋基础两种工程条件下,采用先上洞后下洞和先下洞后上洞两种施工顺序的盾构区间隧道施工全过程的力学行为进行了分析对比。通过分析,揭示出了相关的研究成果与实际施工顺序不同的关键所在,可为今后类似工程的设计与施工提供参考。     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞.隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式.隧洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题.文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题.通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴.     

超长隧洞TBM施工关键技术研究

"引黄入晋"隧洞工程作为大规模集中采用TBM施工的大型引水工程,创造了TBM累计掘进124 km的新纪录,开创了TBM施工技术在我国广泛应用的先河.文章以此工程为范例,介绍了TBM用于超长深埋岩石隧洞施工的若干关键技术,并就TBM适用条件、隧洞衬砌理论、掘进参数确定等进行了分析和研究,可为其它类似工程提供借鉴与参考.     

中天山隧道TBM掘进施工适应性研究

文章结合TBM在南疆铁路二线吐库段中天山隧道中的应用,根据该隧道的地形地质条件并借鉴西康铁路秦岭隧道的实践经验,分析了TBM的工程适应性;依据勘察设计施工中实测的地质参数和掘进速度,探讨了主要地质因素对TBM掘进效率的影响,对如何使TBM适应地质条件,以及如何采用针对性措施提高掘进速度进行了分析研究。结果表明,隧道围岩的工程地质对TBM掘进效率影响显著;采用高质量和耐磨性能的刀具、增大TBM总推力是提高TBM掘进效率的有效途径。     

中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术

采用敞开式TBM施工的隧道,一般是在TBM掘进贯通后再进行二次衬砌.在南疆吐库二线铁路中天山特长隧道工程施工中,开发并成功地应用了敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术,缓解了本工程工期压力,解决了同步衬砌与TBM掘进施工相互干扰问题,开创了敞开式TBM施工的新模式.文章从衬砌台车选型设计、道岔选择与布置、TBM施工用管线穿行及施工通讯等几个方面,阐述了中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工的关键技术和总体施工方案,可为今后类似工程施工及决策提供参考.