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。     

TBM开挖深埋铁路隧道引起的围岩扰动分析

TBM深埋铁路隧道地应力水平高,应力场复杂多变。为研究TBM开挖深埋铁路隧道引起的围岩扰动,明确其应力重分布特征及产生机制,依托实际铁路隧道工程,采用FLAC 3D数值模拟软件,建立TBM隧道施工掘进模型,基于力流理论对TBM隧道开挖过程中的围岩应力分布特征及弹性应变能进行分析,采用弹性应变能大小为指标对隧道岩爆位置进行预测。研究结果表明:1)隧道围岩应力及弹性应变能大致呈上下对称分布,TBM的质量对围岩应力分布影响不大; 2)在水平构造型应力场中,σ_x(横向应力)的重分布对σ_1(最大主应力)的应力集中程度影响显著,拱顶和拱底、拱肩和拱脚、拱腰处最大主应力集中分别主要由横向应力、剪应力、竖向应力集中引起; 3)σ_1的应力集中程度反映了弹性应变能的跃升水平,隧道拱底和拱顶发生岩爆的可能性最大。     

大直径敞开式TBM洞内无损拆机技术

针对目前国内山岭隧道内大直径敞开式TBM洞内拆机条件简陋、拆机复杂、拆机危险性较高等隧道施工单位面临的普遍性难题,以兰渝铁路西秦岭隧道工程XSQLS2标采用的Robbins TBM335洞内无损拆机方法为例,重点介绍TBM在山岭隧道内拆机的前期准备、后配套和主机重点部位拆除方法和经验教训。通过总结本次拆机的经验,得出以下结论： 1）做好周密拆机计划是大直径TBM洞内成功拆机的重要前提; 2）特殊拆机工具（如主轴承拉伸螺栓拆除工具液压拉伸器）要提前准备,并做好相关配件的储备防止相关配件损坏影响拆机进度; 3）重点部位的拆卸一定要按照经过专家审批的拆机方案严格执行; 4）拆机过程一定要做好安全工作。     

高原铁路某隧道斜井工区施工通风方式研究

高原铁路某隧道斜井工区在通风方式选择上一直存在隔板式通风和风管式通风的争论。为给该斜井工区施工通风方式的选择提供参考,首先,采用通风网络计算的方法,对2种方式的通风系统进行分析计算。然后,根据计算结果和耗能的对比分析,得出如下结论： 1）隔板式通风和风管式通风均能使作业面的风速满足设计要求。2）当斜井中2根风管直径为2.2 m时,在风机配置相同的情况下,无论是第2阶段还是第3阶段,隔板式通风在耗能方面明显优于风管式通风。3）当斜井中2根风管的直径略大于2.5m时,风管式通风的耗能与隔板式通风的耗能相当; 继续增大斜井风管的直径,其耗能将小于隔板式通风。最后,对类似单斜井双正洞模式的施工通风方式选择提出建议。     

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。     

我国自主研制的最大直径TBM在铁路隧道施工中首次成功应用

正2018年4月21日,征战中国第一铁路长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道彩云号TBM(隧道掘进机)成功穿越第1个地层交接涌水带,掘进里程突破500 m,日掘进最高达到32.14 m,标志着我国自主研制的最大直径TBM在铁路隧道施工中首次应用成功。大瑞铁路全长330 km,是一带一路沿线的标志性工程,泛亚铁路西线重点工程,也是迄今为止穿越横断山脉的第1条铁路。高黎贡山隧道是大瑞铁路重点控制性工程,全长34.538 km,是亚洲最长的山岭铁路隧道,也是中国第一铁路长隧。隧道最大埋深     

高原铁路TBM预备洞浅埋软硬不均频变地层开挖与爆破关键技术

以某高原铁路隧道左右线进口2台开敞式TBM预备洞为例,针对钻爆法施工中所遇到的富水浅埋、软硬不均且频变的Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ级围岩地层,以“岩变我变,主动应对,减震防坍”为原则,分别采取变换台阶高度动态光面爆破关键技术、三台阶预留核心土环形导坑松动爆破技术、爆破先掏槽与液压破碎锤后扩修边技术、悬臂掘进机（铣挖机）开挖上台阶与下台阶松动爆破技术、液压破碎锤开挖上台阶与反装松土器扩修边及拱脚弱爆破等开挖与爆破关键技术。采取了开挖与爆破关键技术后,施工安全、快速,顺利完成了预备洞施工。     

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。     

西秦岭铁路隧道TBM掘进同步衬砌施工技术探讨

为解决TBM正常掘进时连续皮带机在出碴工况下实现同步实施衬砌,介绍连续皮带机、通风软管、供水管路、高压电缆等的布置方式和穿越方式,对全断面衬砌液压台车进行特殊结构设计,并做科学合理的配套规划。为提高隧道TBM掘进施工进度、保证衬砌质量和施工安全提供借鉴和参考。     

某隧洞工程TBM不良地质处置探究

为解决某隧洞工程面临的断层破碎带、软弱围岩大变形、塌方、大坡度、涌水突泥、岩爆、高地热等不良地质问题,设计具有电液混合脱困、刀盘扩挖、护盾延长、超前钻机、应急排水、空气冷却装置等功能的敞开式TBM,并在实际应用中增加螺旋清渣机、钢拱架顶升等功能,与拦水坝、超前注浆、管棚支护等施工手段相结合,有效度过最大涌水量达772.57 m3/h的涌水段、232 m的岩爆段、445 m的蚀变段、塌方段、60 m的涌泥涌沙段,最后根据实际应用效果,指出针对性设计存在的不足和需要改进的地方。     

路堑开挖对既有铁路隧道影响数值分析

随着城市的扩大,市政道路的快速发展使新建道路越来越多的临近或穿越既有地下建（构）筑物。依托某市政道路与相邻铁路隧道工程,采用Midas GTS软件计算分析路堑开挖过程中隧道受力变化及变形情况。研究结果表明:地层结构法能反映出地层岩性对偏压隧道内力的影响,地层弹性模量E与隧道外侧拱肩弯矩M曲线为幂函数型。路堑边坡坡脚与隧道中线距离d影响隧道衬砌内力,d－M曲线存在的拐点可供设计参考。     

深埋、复杂地质条件大直径隧道TBM的设计进展与创新

要提高在深埋、复杂条件下大直径隧道TBM（隧道掘进机）的应用效率,必须正确选择TBM的类型。为了给复杂条件下TBM的选型提供借鉴和指导,总结现有的各类型TBM的特点,分析其在混合地质条件下开挖大直径、长距离隧道的局限性,提出不同地质条件下大直径隧道TBM选型指南,介绍意大利SELI公司开发的3种新型TBM,即紧凑型双护盾通用TBM（DSU Compact TBM）、土压平衡双护盾通用TBM（DSU EPB TBM）和土压平衡单护盾通用TBM（SSU EPB TBM）及其运行特点和适用范围。得出结论：传统TBM没有专门针对复杂地质条件下的大直径隧道的研究与设计;为满足市场需求,必须开发新型TBM;意大利SELI公司开发的3种新型TBM,每种专门针对特定的地质条件,这些新型的TBM能够应对复杂的地质条件,并能克服在不同覆盖层下开挖长隧道时的最常见危险。     

某大型湖底明挖隧道钢围堰设计要点

湖底隧道施工多采用明挖或盾构的方式。其中,采用明挖法施工时需要设计围堰为隧道围护和主体结构施工提供条件。钢围堰具有施工效率高、环境影响小、可重复利用、安全性高等一系列优点,而现阶段针对湖底明挖隧道的钢围堰设计尚无成熟的理论体系。通过基于某大型湖底明挖隧道对其钢围堰的设计进行讨论,形成了一些初步的经验,以供后续类似工程参考。     

重庆轨道交通开敞式TBM施工问题及对策

重庆轨道交通六号线一期五里店—山羊沟水库敞开段节点工程是开敞式TBM首次应用于城市轨道交通工程。基于TBM试验段工程实践,存在初期支护较强、二次衬砌施工及工期控制难度大等问题,针对这些问题,提出基于"动态设计、动态施工"优化初期支护设计,采用"同步衬砌"方案组织二次衬砌施工,优化开敞式TBM项目工程筹划等措施,保证了开敞式TBM在试验段及后期工程的顺利掘进,并证明了重庆轨道交通地下区间隧道采用开敞式TBM施工的可行性。     

某铁路明洞拱部裂缝成因分析

某双线铁路明洞结构拱部产生纵向裂缝,为分析该明洞拱部裂缝产生的原因,对裂缝分布情况及裂缝形态进行分析,拱部裂缝宽度与回填土石厚度存在正相关性,裂缝宽度随回填土石厚度增加而增大;当回填土石厚度为15 m时,裂缝宽度为0.55~1.00 mm。通过对明洞施工数值计算分析认为： 当回填土石厚度小于5 m时,随着拱顶回填土石厚度的减小,拱顶拉应力增大,此时施工动载对明洞结构受力影响较大;边墙回填密实度对拱顶拉应力影响显著,密实度为60%时,拱顶拉应力值为完全密实时的1.44倍,且已超出结构极限强度。综合分析认为,回填土石施工时机不当及边墙回填不密实是导致该明洞拱部产生裂缝的主因; 提出明洞结构设计计算应纳入施工动载,施工应严格掌控回填土石施作的时机,同时应加强建设管理等。     

铁路客运专线大断面隧道开挖方法选择

通过对国内部分已建和在建客运专线大断面隧道的施工总结，结合生产实践，主要论述了大断面隧道的施工技术特点及开挖方法选择；并以合武铁路隧道施工为例，对隧道开挖方法进行了探讨；可为大断面隧道施工提供参考。     

城市浅埋超大断面隧道的开挖方法探讨

重庆市轨道交通三号线红旗河沟车站位于繁华城区中心,周边环境复杂,隧道最大断面达730m2,覆盖岩层仅8.6m厚,覆跨比约为0.4,为典型的超浅埋超大断面隧道。根据工程类比,施工前对几种开挖方法进行了多次的对比分析与探讨,认为均有各自的优缺点,每种方法都得采取有效施工措施才能实现,几种开挖方法的探讨为大断面隧道的施工提供了借鉴。     

兰渝铁路西秦岭隧道TBM步进技术

根据西秦岭隧道钻爆法与TBM掘进法施工相结合的实际情况,提出TBM经过钻爆施工段的步进方案。通过介绍油缸推进、弧形滑道步进与电机驱动、整体托架步进这2种步进方法的技术特点、控制重点和详细的施工方法并对各自的优缺点进行比较,最终选择油缸推进、弧形滑道步进施工方案。