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。     

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。     

南水北调中线穿黄隧洞工程盾构施工技术探讨

简要介绍穿黄工程概况及泥水盾构施工主要作业模式。对泥水加压平衡式盾构应用于穿黄隧洞的组装、始发、掘进、管片安装、同步注浆以及盾构到达南岸的二次始发等施工技术进行了详细介绍，针对穿黄工程特殊段的掘进施工进行了探讨。     

武汉长江隧道工程施工技术

武汉长江公路隧道是在建采用盾构法穿越长江的隧道中第一条贯通的隧道,通过对盾构重难点分析研究,明确了施工重点控制环节。通过盾构始发、不同地层掘进、盾构到达施工实践,总结出在特定地层和高水压条件下采用泥水盾构修建隧道的施工技术及特殊情况下的技术措施,为泥水盾构施工积累了宝贵的经验.     

大直径泥水盾构复合地层进仓技术比较与应用

通过对目前广深港铁路狮子洋隧道正在施工的２台大直径气垫式泥水加压盾构在高压、富水及复合地层中掘进施工的研究,总结出盾构在不同性状条件的复合地层中可采用带压进仓、敞开式开仓、地层加固开仓、低压限排进仓等进仓技术,详细介绍各种进仓技术方法的选择和适应范围及复合地层中各种进仓技术施工要点,可为类似工程的施工提供一定的借鉴。     

TBM隧道施工监控量测现状及发展趋势

TBM(Tunnel Boring Machine)隧道掘进机,是集钻、掘进、支护于一体,使用电子、信息、遥测、遥控等技术对全部作业进行指导和监控的全断面隧道掘进施工机械。近年来,对其进行的监控量测发展较为迅猛。从TBM隧道常规监控量测技术现状;其他监控量测技术在TBM隧道中的应用现状;特殊条件下TBM隧道的监控量测及监控数据处理等几个方面介绍了TBM隧道施工监控量测现状及发展趋势。即日趋多样化、智能化、人性化、远程化等。同时,具体的监控理论、数据处理模型及特殊TBM隧道监控方面仍存在一定不足。     

采用小直径TBM进行长大隧道导洞施工的讨论

介绍采用小直径开敞式TBM进行超前平导施工的意义、目的和国外采用小直径TBM进行超前导洞施工的实例;分析国内采用小直径开敞式TBM进行超前导洞施工的可行性;总结进行超前导洞施工时选择开敞式TBM的考虑因素。得出以下结论：利用小直径开敞式TBM进行长大隧道超前导洞施工,符合国家对基本建设的环保和安全的要求;当前的综合国力和施工技术水平也具备了相应的条件;选择小直径TBM时应考虑其特点,并满足“快速掘进、探明地质、支持正洞”的要求。     

TBM掘进参数智能控制系统的研究与应用

目前TBM智能化作业水平较低,无法实现岩体信息实时感知以及掘进参数的智能决策,影响TBM掘进效率,卡机、涌水突泥等安全事故也时有发生。为解决上述问题,研发一套TBM掘进参数智能控制系统,通过分析岩体状态参数与TBM掘进参数的相关关系,采用数据挖掘的方法建立岩机信息感知互馈模型; 在此基础上构建智能决策控制体系,实现掘进参数的预测以及掘进状态评价; 通过手动或自动控制模式对TBM掘进参数进行优化调整,使TBM保持安全高效的掘进状态。该系统软件在引松供水工程TBM施工中应用效果良好,对提高TBM掘进效率和保障施工安全具有重大意义,可为TBM隧道的科学化、智能化施工提供指导。     

双护盾TBM在青岛地铁的适应性研究

为了解决复杂硬岩地质条件下城市地铁隧道能够安全、快速地开挖建设,以青岛地铁2号线双护盾TBM施工为研究对象,通过对TBM掘进过程中施工数据的控制和分析,得出双护盾TBM可良好适应于青岛地铁隧道施工掘进。通过施工实践,针对小半径曲线隧道和破碎围岩条件下的双护盾TBM掘进作业提出了施工对策和建议。     

青岛地铁1号线双护盾TBM施工技术创新

为解决双护盾TBM在城市轨道交通隧道施工过程中遇到的始发场地受限不具备施作始发洞条件,双线小净距隧道掘进和频繁过站工效低、经济性差等工程难题,以青岛地铁1号线为背景,总结双护盾TBM应用于青岛地铁2号线的经验,结合青岛地铁1号线的具体工况和TBM设备特点,发展并实施基于掘进模式、掘进参数和姿态控制的双护盾TBM负环始发技术,基于先行隧道加装移动式支撑台车和袖阀管注浆加固的双线隧道小净距掘进技术和基于换装预制钢支腿的后配套台车"踩高跷"过站技术。这些施工技术的创新应用成功应对了青岛地铁1号线施工过程中遇到的特殊工况。     

超浅覆盖隧道穿越煤坑段抽坍处理技术

随着环境保育、水土保持观念的提升以及减少对自然条件改变的理念,安全、节能、环保的隧道施工技术,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往浅覆盖隧道多以露天明挖,或辅以混凝土盖板保护顶拱再填土覆盖之施工方式,皆为需要大量开挖的施工方法。在减少开挖之因素考量下,舍传统明挖或混凝土覆盖板方式,以先进支撑稳定顶拱之工法,是最常被采用的开挖方式之一。本文探讨台湾北部某开挖中之双孔公路隧道,地形上通过一处长100 m山谷地区,其上方覆土仅20 cm～2 m,同时下方为煤碴堆积及废弃煤坑分布等不利隧道施工之因子。基于节能环保及水土保持因素考量,采用管幂工法通过。由于本案例地质材料除表土、风化岩盘及昔日矿碴外,多雨的气候,使得地表水常年汇流于山谷内,造成隧道开挖遭遇极大的困难,但经数次之抽坍应变处理后,勉为通过,其处理经验与心得,可供后续类似案例之参考。     

统包制度执行成效探讨——以台电地下电缆隧道高港二标为例

统包制度为结合设计与施工之发包方式,在台湾已逐渐被工程界采用,透过统包模式可有效整合设计与施工人才,减少界面协调的冗长程序,并可提早展开施工作业,缩短完工期程,是对业主、承包商均相当有利的制度。以台湾电力公司"高港-五甲-高雄345kV地下电缆线路凤林路段潜盾隧道统包工程(高港二标)"为例,探讨统包制度之执行成效,履约过程中为确保施工安全与达成业主要求,统包团队展现出设计与施工缜密完整的结合,除透过价值工程减省工程费及提升功能性外,统包团队依其施工能力、经验及技术,设计兼具安全性、施工性及经济性之作业方式,采用纤维筋(FRP)可切削工法顺利完成潜盾发进作业、利用钢环推进工法完成联络横坑施工、设计可挠伸缩接头衔接电缆隧道与分歧井有效解决应力集中及差异沉陷问题等施工困难案例。     

ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆段施工的应用与对策

近年来,随着环境保育观念的提升,减少地表开挖的理念,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道洞口浅覆段采用明挖法,已逐渐被暗挖法直接穿越所取代。即使在地质、地形或环境条件上不尽理想之区段,基于整体路线考量,亦有非采用不可之情形。本文以台湾北部正施工中的双线双车道公路隧道为例,探讨ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆进洞的应用与对策。由于该案例位处山凹处,属谷部地形,不仅覆盖极薄,开挖过程中更遭遇到废煤矿碴与多雨的气候,使得降雨所汇集的地表水,不断入渗至隧道内,开挖面自立性极差。几乎非原设计之NATM工法足以因应。但经采取ADECO-RS工法之管幂加劲、土心加固及拱盖培厚等超前约束与加固理念后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。     

桃园机场捷运线CA450A标双圆潜盾工程施工技术初探

本文针对桃园机场捷运CA450A标(以下简称本标)双圆潜盾隧道施工做一探讨,本标系为台湾第1次采用双圆潜盾隧道工法(DOT),本文介绍对象包括本标之沿线地质状况;DOT工法之简要说明及本标所采用之环片形式及其接头形式做完整之介绍,幷对掘进可能的"掘进时遭遇流木、潜盾机滚转、自动方向控制管理"等课题及对策做说明,最后并说明初期掘进阶段遭遇之最大问题-"压送管线塞管"及"环片滚转"之解决方法,期可做为后续类似隧道施工之参考。     

桃园机场航厦下方捷运扩挖隧道施工案例

在桃园国际机场第二航厦下方,预留了捷运机场线的隧道,由于新规划的路线改变,需要扩大该隧道断面;这项扩挖隧道工作位于卵砾石地层,有11m高的水头;结构的宽度由4 m扩大至18.4 m,总开挖量约有7 927 m3。为了确保第二航厦结构及营运安全,新设了避雷接地网、重型托基支撑架及安全监测系统等;并藉由袪水、双环塞固结灌浆及防洪安全门等工程措施,辅助钻石链锯进行镜面破除切割。开挖过程中对于开挖壁面保护,则采用喷凝土、自钻式岩栓及垂直钢支撑,构成了临时开挖主要支撑系统。介绍隧道扩挖施工,细部工作内容及经由施工得到的许多宝贵经验。     

岩石隧道受震反应之工程影响因子研究

地震发生频繁区域之岩石隧道受震破坏案例已发生多起,其相关研究课题已日渐受重视,惟土层隧道耐震设计已有规范遵循,岩石隧道者者尚缺乏深入探讨。研究采经岩石隧道震后破坏案例及解析解等验证正确性之动态数值分析模式,探讨岩石隧道受震工程影响因子,包括衬砌刚度、衬砌与岩盘互制、围岩加劲及围岩弱化等。由分析结果知,衬砌劲度越大,震波引致最大应力增量正规化值愈大,即震波引致应力增量值愈大,因此隧道衬砌耐震设计不能全以提高劲度为主要方法;隧道衬砌与岩盘互制作用研究结果显示,采用匀滑开挖、防水膜及衬砌与岩盘填补增加滑动性材料等,可减少衬砌受震引致轴向应力增量,达到减震效果;岩石隧道混凝土衬砌外侧之再加厚衬砌与辅助工法等加劲措施,经采用等值劲度模拟分析结果显示,采用如一次支撑及辅助工法提高围岩劲度,将增加衬砌轴向应力,但减少剪应力及挠曲应力;加大加劲范围可减少衬砌轴向应力,但将增加剪应力及挠曲应力;开挖引致的松动区减少围岩劲度,将减少衬砌轴向应力,但增加剪应力及挠曲应力。     

超高压地下电缆潜盾隧道新技术之应用实例

随着社会经济高度发展,民众生活素质不断提高,电力建设为满足都市化及现代化的需求,超高压电缆隧道地下化为当前建设趋势。本文以台湾电力公司高港—五甲—高雄345 kV地下电缆线路凤林路段潜盾隧道统包工程为例,针对高地下水位、砂质土壤及砾石地层之工址地质特性,分别就潜盾发进施工安全考量、大口径潜盾隧道急曲线施工等经验进行说明,并介绍首度采用可挠伸缩接头衔接电缆隧道与分歧井案例,可有效降低接头处之应力并解决不同结构间之差异沉陷问题。     

隧道铣挖法施工技术

对采用铣挖机进行隧道掘进施工的适用条件、设备配套、施工工艺及有关技术措施进行详细论述,并结合武广客运专线几座不同地质条件的大断面隧道采用铣挖法施工的实际情况,对隧道铣挖法的施工工艺、工效、围岩变形控制、存在问题、注意事项及改进措施等进行分析探讨,认为铣挖法在隧道不允许爆破、围岩强度适中、节理裂隙发育、变形控制严格的条件下,不失为一种经济有效的方法,对提高我国隧道的施工机械化水平作用较大。     

超浅覆隧道遭遇废煤坑管幂施工补强技术

近年来,随着环境保育观念的提升,"减少地表开挖"的理念已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道穿越浅覆盖段采明挖法(开膛剖肚)的方式,已逐渐被暗挖法(直接穿越)所取代;因此,管幂先撑浅埋暗挖设计,在未来一段期间内,即使是在一些地质不尽理想的超浅埋段将不断被尝试。以台湾北部某执行中的双孔公路隧道为例,探讨超浅覆隧道遭遇废煤坑采管幂施工之补强技术。由于案例穿越一旧崩塌地形成之谷地地形下方,不仅覆盖极薄,遭遇的废煤矿碴自立性极差,几乎非原设计之管幂工法足以因应;但经紧急采取双层管幂、钢管加劲及拱盖培厚等管幂补强技术后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。