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。     

台湾海峡海底铁路隧道建设方案

从国内外江、河、海底隧道的建设经验出发,根据长隧道及高速铁路隧道的设计、施工经验,论述了台湾海峡海底隧道采用铁路隧道方案的合理性;给出了台湾海峡海底隧道的断面形式、断面面积及洞门形式建议方案;提出了台湾海峡海底隧道选择施工方案要点;介绍了国内江河海底隧道的建设情况;重申审核工程修建好坏的理念,及修建过江、过海隧道比桥梁的优点;最后给出了修建海底水下隧道急需深入研究和解决的重大关键技术问题。     

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。     

南平长大隧道钻爆设计技术

通过南平长大隧道的施工与实践,对不同围岩类别隧道钻爆开挖施工进行总结,阐述隧道钻爆的影响因素,钻爆参数确定方法,进行隧道钻爆设计研究,从而获得最佳进尺效果和洞身周边爆破效果。     

关角隧道设计方案比选

详细介绍了青藏线西格二线关角隧道的线路方案比选、施工方案的比选，主要进行了关角隧道钻爆法与TBM法施工的方案分析，以为国内其它长大隧道设计提供参考。     

凉风坳隧道出口钻爆施工和机械化配套

阐述了株六复线凉风坳隧道（全长3496m）出口机械配套，介绍了设计Ⅳ类围岩段所采取的掏槽施工技术，并对Ⅳ类围岩段的施工地质、开挖循环井尺、材料消耗进行了统计分析，总结了单线铁路隧道（无超前小导坑）钻爆施工、实现快速掘进的机械化配套技术。     

厦门翔安海底隧道陆域不良地质段施工技术

厦门翔安海底隧道是我国第1条用钻爆法施工的大断面海底公路隧道。厦门岛内从洞口到海域长达1 170 m为Ⅴ级围岩地段,岛外翔安端洞口到海底1 310 m为Ⅴ级围岩地段,加上海域5条风化深槽,Ⅴ级围岩占50%左右,这在国内外属少见的不良地质海底隧道;隧道从洞口埋深5m到海域最大埋深25m,埋深长距离在1倍洞径左右,系长距离超浅埋和浅埋暗挖隧道;地层遇水软化、液化,施工十分困难。根据不良地质段的情况,选用了CRD和双侧壁导坑法2种施工方法,并总结了厦门翔安海底隧道陆域浅滩富水砂层段施工方案,     

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。     

我国修建跨海峡海底隧道的关键技术问题

结合厦门海底隧道方案研究与勘察设计的实践经验,对我国处于规划论证阶段的琼州海峡隧道、渤海湾海峡隧道以及台湾海峡隧道几座跨海峡海底隧道的关键建设技术进行初步讨论。通过多方面分析后认为,要顺利建成这几座跨海峡的海底隧道,必须在跨海控制测量、深海地质勘察、高水压力断层破碎带的开挖与衬砌、隧道快速掘进施工以及超长隧道单元的通风等方面有所突破。     

高黎贡山隧道高适应性TBM设计探讨

为了应对高黎贡山隧道“三高四活跃”的特殊地质条件,研制高适应性TBM迫在眉睫。通过对高黎贡山隧道TBM施工段地质特征的勘察,总结了高黎贡山隧道的主要不良地质条件,分析了TBM施工存在的软弱破碎和大变形围岩洞段TBM卡机、高地应力掌子面与护盾后方岩爆、围岩收敛挤压变形支护破坏、高压突涌水和高温热害等方面的施工风险。提出高适应性TBM的针对性设计方案,包括TBM支护系统设计、刀盘刀具设计、应对涌水设计、应对高地热设计以及其他适应性设计的初步方案。研究结果可为高黎贡山隧道高适应性TBM的设计选型和制造提供参考。     

跨琼州海峡隧道方案的探讨

在琼州海峡自然条件、地质条件及现有研究成果的基础上,对跨琼州海峡隧道方案的可行性和优越性进行探讨。其中,隧道方案的可行性主要从线位方案、汽车运输方案、隧道施工方法、横断面设计方案及隧道断面结构等方面进行分析;隧道方案的优越性则从安全性、耐久性、经济性、多功能性、环保性及战略性等进行研究,以期对跨琼州海峡通道工程的方案选择提供参考。     

台湾海峡隧道工程规划方案若干关键性问题的思考

首先对台湾海峡隧道的若干技术关键问题作了简要归纳,包括地质地貌、线位选择、过海交通方式、耐久性问题、施工方法、加建中间服务隧道的必要性及主要功能等。简要分析了修建隧道过海的技术优势和存在的问题,指出对台海大通道桥、隧方案的比选和优化,日后定将是前期方案和工程可行性设计中的重中之重,应从长计议。重点对隧道越海施工方案和工期的设想进行了阐述,推荐采用第1方案(中间服务隧道(5.5)先行,主洞大型TBM(8.0 m)和后面的车架先拆卸成块后从服务隧道和平洞进入主隧道内,经洞内组装后再开挖掘进),第2方案作为备选(先用5.5 m TBM开挖(经横洞时仍需拆卸,待进入主隧道后再在洞内组装);主洞先形成5.5 m小洞后,随后再用钻爆法扩挖成型8.0 m)。按第1种方案对150 km的隧道工期进度进行了估算,含地勘在内的估算工期约为30年。     

海底隧道盾构方案可行性研究

盾构法已经在国内外的地下工程中广泛运用,特别是国外著名的海底盾构隧道,如英吉利海峡隧道、日本东京湾海底公路隧道、荷兰W estersche lde隧道;国内先后用盾构技术建成大连路、复兴东路盾构过江隧道,还有在建的上海翔殷路越江公路隧道、上中路隧道和已经开工建设的上海长江桥隧工程。文中首先论述了国内外大直径、高水压、长距离推进等盾构施工关键技术,并结合珠江口海底隧道的建设条件与国内外的成功实例,对海底隧道盾构方案的可行性进行了初步研究。     

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。     

琼州海峡铁路跨海隧道全寿命风险评价

为研究琼州海峡铁路跨海隧道工程建设的可行性以及合理的隧道工程线位、施工工法,以琼州海峡铁路跨海隧道工程预研阶段设计方案为研究对象,从隧道工程建设全寿命角度对设计方案进行风险识别和分析。通过专家调查表方式收集中线盾构法、西线盾构法和西线沉管法3种方案在建设条件、结构设计、工程施工及运营管理阶段的风险评价基础数据,利用模糊层次综合评价法对专家调查表统计结果进行分析,建立模糊评价模型和模糊评价矩阵计算风险评价结果。根据风险评价结果和专家建议,从预研阶段设计方案中选出中线和西线盾构隧道方案为推荐方案。最后结合琼州海峡铁路跨海隧道工程条件,从地质勘查处理、结构设计优化和工程施工措施3方面,提出控制和降低盾构法方案重大风险的建议和措施。     

丹平路猫公坝隧道上穿供水隧道的风险控制

深圳市丹平快速路—猫公坝隧道近距离上穿越布吉供水隧道、东部引水隧道,三条隧道交叉叠置,对既有隧道结构影响较大。该文论述了猫公坝隧道修建过程中对既有隧道的影响和工程安全性;提出了既有隧道的工程安全控制指标。建议在地质条件容许的情况下,应进行机械开挖。若必须采用爆破施工,应严格控制既有隧道结构的振动。对既有隧道结构、新建隧道与既有隧道之间中夹岩体提出了加固措施。拟定出施工过程中既有隧道的监控量测方案,根据监测数据反馈围岩与支护的状态以指导施工,并为可能出现的安全问题提供了预案。实践证明,对布吉供水隧道的加固设计是必要的和成功的。     

内梅罗指数法在隧道施工对景区环境影响评价中的修正与应用

为掌握旅游景区隧道施工对周围环境的扰动程度,确定隧道工程的环境可行性,选取噪声污染、粉尘污染、固体废物污染、废 水污染和人文景观建筑变形5 项指标,建立旅游景区环境评价指标体系。运用博弈论组合赋权法将指标的主客观权重相融合,并 对传统内梅罗指数法在景区环境评价中存在的不足加以修正,构建旅游景区隧道施工对周围环境影响评价模型。基于河北省秦皇 岛市老龙头景区隧道K1+500~+930 区间实测数据,应用该模型评价隧道施工对老龙头景区环境影响程度。结果表明,评价等级为 Ⅱ级,即老龙头隧道施工对景区环境影响程度有限,该工程的环境可行性良好。     

蓉江四路越江隧道工程设计关键技术

赣州市蓉江四路越江隧道总体方案设计过程中,对隧道、桥梁方案,从工程层面对工程地质风险、方案可靠性、可实施性和工程经济性等方面进行了比较,按综合效益最优的原则,确定采用暗挖隧道方案,并对越江隧道土建、防水排水、防灾疏散等设计及施工关键技术进行介绍。在地质条件适宜的条件下,蓉江四路越江隧道工程实践证明,采用水下隧道越江是较优及可行的。