双模式全断面掘进机探讨

为适应地质的复杂性以及中国国情,探讨双模式全断面掘进机的未来发展趋势,并举例说明双模式全断面掘进机的设计理念,详述其主要结构及适用范围。与单模式掘进机相比,双模式全断面掘进机地质适应性广、设备利用率高、施工成本低,是隧道掘进设备技术发展的主要方向之一,具有良好的发展前景。     

国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机下线

<正>2014年12月27日,我国首台拥有自主知识产权的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)在湖南长沙顺利下线。该掘进机的成功研制打破了国外长期垄断的局面,标志着我国在大型高端装备制造领域已取得了重大突破。大直径全断面硬岩隧道掘进机常用于长大硬岩隧道施工,被称为工程机械的"航空母舰"和"掘进机之王"。此前,国内的TBM全部依赖进口。设计制造单位结合试验工程地质条件开展关键技术研究和科技攻关,突破了大直径TBM多系统协调技术,大功     

广西首次成功实现开敞式TBM在岩溶地区最长独头掘进

正国内外岩溶地区最长隧洞——广西桂中治旱乐滩水库引水灌区工程北干渠TBM施工隧洞顺利贯通。该隧洞的顺利贯通标志着开敞式TBM(全断面隧道掘进机,tunnel boring machine)技术在复杂地质条件下取得重大突破,在国内外开创了岩溶地区独头掘进11. 9 km的先河,为多项岩溶区重大课题研究、同类工程施工提供了可借鉴的经验,标志着TBM技术在广西首次成功应用,广西岩溶地区勘察设计技术迈上新台阶。     

我国异形掘进机技术发展、应用及展望

20多年来,我国异形掘进机技术得到长足发展。首先,以异形掘进机领域的阶段性科研项目为主线,回顾我国异形掘进机技术从模仿跟随到同步突破再到创新引领的发展历程及所取得的成就,从异形掘进机全断面开挖技术、异形管片拼装技术、测控技术和施工技术等方面介绍我国异形掘进机技术的发展现状; 然后,通过大量案例分析,分别介绍矩形顶管机、矩形盾构、马蹄形盾构及其特殊施工技术在我国隧道建设中的应用情况; 最后,从地质适应性、施工效率、隧道截面形式等方面指出当前异形掘进机发展的局限性,并提出进一步的研究方向,同时对未来异形掘进机在新领域的应用提出几点思考。     

隧道掘进机技术的发展和研究现状

通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出： 1）根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构; 2）目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破岩机制和施工预测模型的建立2个方面,而盾构主要研究内容集中在掌子面稳定、施工过程控制和地表沉降研究3个方面,虽然这些研究都取得了较大进展,并且部分已经有效地应用到实际工程建设中,但解决得不够透彻,还有待于进一步研究; 3）隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机制的完善、复杂地质条件下掘进机制与施工过程控制研究和复合掘进机技术的发展等方面,这些会给隧道掘进机技术的研究和发展带来挑战和契机。     

隧道掘进机技术的发展和研究现状

通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出:1)根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构;2)目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破岩机制和施工预测模型的建立2个方面,而盾构主要研究内容集中在掌子面稳定、施工过程控制和地表沉降研究3个方面,虽然这些研究都取得了较大进展,并且部分已经有效地应用到实际工程建设中,但解决得不够透彻,还有待于进一步研究;3)隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机制的完善、复杂地质条件下掘进机制与施工过程控制研究和复合掘进机技术的发展等方面,这些会给隧道掘进机技术的研究和发展带来挑战和契机.     

3D Visual System of Highway Tunnel and Surrounding Rocks Based on CAD/GIS

针对公路隧道勘察设计多个阶段大量丰富、准确的工程信息未能有效管理、缺乏再利用的现状,提出将CAD、GIS技术运用于公路隧道的信息资料数据库管理.通过对工程实例调查标准化和整合多来源、多个时期、多样格式和多数据标准的公路隧道信息,以三维可视化为重要特征,建立平面图与隧道各类附属设施、隧道设计资料数据库、隧道设计模型、地质及地形三维模型之间的联系.构建公路隧道设计的三维可视化管理系统,建立了覆盖公路复杂隧道的设计、运营、养护等多阶段的信息管理、共享服务平台.通过vc2005和ObjectArx2008开发工具实现,并在厦门翔安海底隧道中进行了应用,取得良好效果.     

填补空白!《全断面隧道掘进机再制造》国家标准来了

正近日,由盾构及掘进技术国家重点实验室牵头主编的全国首个全断面隧道掘进机再制造领域的国家标准——《全断面隧道掘进机再制造》(GB/T 37432—2019)由国家标准化管理委员会正式批准发布,将于2019年12月1日实施。这是全国首个关于全断面隧道掘进机再制造的国家标准,共有10个章节,明确规定了全断面隧道掘进机再制造的流程、再制造性评估、再制造总体方案制定、再制造设计等一般要求;规定了刀盘、主驱动单元、后配套系统等主要系统及部件的再     

对全断面隧道掘进装备智能化的一些思考

简要介绍人工智能技术的发展现状、智能工程装备的发展趋势以及全断面隧道掘进装备智能化的国家需求,指出掘进装备智能化将成为隧道工程领域的重大技术挑战和未来行业竞争热点;提出复杂环境下全断面隧道掘进装备智能化面临的科学挑战:1)复杂工况下掘进状态识别与地质环境感知,2)地质环境与装备掘进运行参数映射规律与匹配,3)多子系统掘进作业的智能规划与协同控制;分析掘进装备智能化的现有研究基础,指出环境与状态感知、施工参数自适应动态调控、多系统协调控制与多目标优化等理论与应用存在的不足;提出掘进状态感知、掘进参数工况自适应动态调控、掘进参数数据挖掘计算、掘进参数的智能优化和决策以及多系统协调智能化控制等包含全断面隧道掘进机设计、制造及运行等各个环节的智能化设想。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

极端复杂地质TBM研制及高效施工关键技术

为解决全断面硬岩掘进机在极端复杂地质掘进效率低下的难题,考虑极端复杂地质环境条件和全断面硬岩掘进机技术特点,首先,制定极端复杂地质全断面硬岩掘进机技术指标,研制极端复杂地质全断面硬岩掘进机,提出变截面收敛地层扩挖技术;然后,基于破碎围岩地质特征,建立关键参数控制、小导管化学灌浆、管棚注浆、小导洞开挖技术协同作业方法,并应用于解决破碎围岩地层;针对岩渣堆积掘进效率低下的问题,建立机械除渣和皮带机出渣联合清渣模式;最后,通过高黎贡山极端复杂地质掘进验证了本文研究成果。结果表明： 1）全断面硬岩掘进机在Ⅱ、Ⅲ级围岩条件具有较高的进尺速度,设备完好率较高; 2）Ⅳ、Ⅴ级围岩为主的破碎地层具有较好的适应性,实现刀具磨损一般的情况下最高月进尺达到了438 m,平均月进尺为412 m,表明具有良好的地质适应性。     

复杂环境大断面隧道施工超前地质预报技术与工程应用

针对复杂环境和大断面山岭隧道施工,提出采用地震散射波场和瞬变电磁波场进行超前地质综合探测的技术关键点和现场工作流程,在利用正演数值模拟验证相关解译技术的基础上,通过多源信息融合技术获取超前预报成果,从而为复杂环境的大断面山岭隧道施工安全提供科学依据和可靠保证。     

TBM安全,快速通过不良地质段探讨

掘进机在我国铁路隧道施工中尚属首次使用，特别是大断面掘进机的使用。本文通过笔者的现场实践，对秦岭Ⅰ线隧道进口使用开敞式硬岩掘进机在不良地质段如何安全、快速通过提出一些浅见。     

《全断面岩石隧道掘进机械施工关键技术研究》课题通过验收

由我国隧道股份技术中心承担的《全断面岩石隧道掘进机（TBM）施工关键技术研究》项目已于2006年7月7日通过验收。该课题报告共有5篇：1.课题总报告；2．TBM选型技术研究；3．TBM施工参数选择、匹配及地层适应性研究；4．TBM施工典型技术难题及对策研究；5．TBM施工组织设计。报告系统地分析了目前国内外TBM最新施工技术。参加验收会议的专家认为：课题预研资料齐全，数据可信，成果具有先进性和实用性，达到项目计划任务中的内容和目标，一致同意通过验收。建议今后结合国内具体工程做进一步深化研究，为TBM工程项目提供理论基础和技术支撑，可作为今后承接国家863计划项目的技术储备和参数的依据。     

我国最大直径全断面硬岩掘进机在成都竣工下线

<正>我国隧道施工装备现代化取得最新成果。近日,成都南车隧道装备有限公司为兰渝铁路西秦岭隧道生产的两台直径10.23m全断面硬岩掘进机(TBM)竣工下线,填补了我国最大直径全断面硬岩掘进机制造的空白,改写了我国该设备长期依赖进口的历史。成都南车隧道装备公司由此成为我国西部唯一一家同时具备硬岩掘进机和软土盾构机制造技术的企业。     

基于隧道掌子面炮孔钻进的超前地质预报技术研究

钻孔过程中钻具与岩土体进行直接接触,钻具响应信息综合反映了岩土体的力学性质,钻具响应信息中隐藏的大量地质资料,可用于分析、测定岩土体的力学参数和空间分布,是进行地层界面识别和围岩级别划分的重要参考指标。现阶段在岩土工程领域的钻具响应信息并没有被收集,造成了数据资源的极大浪费。为充分利用隧道炮孔钻进中的相关参数信息,采集并建立参数与围岩质量的关系,结合掌子面地质情况,对掌子面前方围岩级别进行预报。依托贵州三独高速开展基于隧道掌子面炮孔钻进的超前地质预报技术研究并得到以下成果。研究证明了岩石的可钻性与钻进速度、振动加速度以及振动频率有直接的关系。在此基础上完成了隧道掌子面炮孔钻进短距离地质预报的理论研究;研发了一套随钻监测设备,应用于气动凿岩机,随钻设备可采集钻机钻进速率、振动加速度的实时数据;将采集到的钻进速率,振动加速度进行分析研究,构建了岩体级别和钻进信息的定量关系;通过在依托工程中的应用,初步建立了基于围岩岩石类型为石英砂岩的不同级别围岩的岩石抗钻系数标准数据库。并与开挖现场的地质报告进行比对,完善了数据库。     

基于双护盾TBM的导向系统研究

为满足隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的测量需求，研发一种能够提高其数据准确度的双护盾位置检测装置，包括感光靶、激光靶、激光发射器、全站仪、棱镜等硬件，并研究双护盾导向系统设计、测量算法的实现、激光位置检测装置误差修正算法。为验证整个算法的正确性以及软件的稳定性，进行CAD模拟和软硬件联合调试，并利用全站仪进行模拟测量。结果显示： 采用该算法计算的坐标与全站仪测量的真实坐标相比，误差在5 mm以内，可满足隧道掘进机施工测量的需要。     

滚筒式矩形隧道掘进机工法

<正>水建设与东京都港区共同开发的滚筒式矩形断面隧道掘进机,首次运用于硬质地基的输水管工程。滚筒式矩形断面隧道掘进机工法是以硬质地基为对象构筑矩形断面隧道的技术,具有高效、经济等优点。掘进机掘削构造简单,设计了以前从未配置的形状刀头。与一般的矩形断面掘削机相比,其制造成本减少了30%     

岩石隧道工程地质数据分类管理与应用

目前岩石隧道中工程地质数据缺乏统一交换标准、二维CAD 数据不便于进行空间分析和属性查询、数据难于集成显示等, 为解决以上问题,基于云南省老营隧道工程,提出岩石隧道工程地质信息目录和信息节点,实现对工程地质数据进行有效、快速的分类; 将CAD 数据以点、线、面、文字注记4 种格式转换成GIS 数据,解决不同CAD 数据在空间分析、属性查询方面的欠缺; 对老营隧道部分工程地质数据进行分类和处理,并在基础设施智慧服务系统iS3 中进行集成展示。最终结果表明,本文提出的方法提高了老营隧道工程地质数据的管理水平,对类似岩石隧道工程中地质数据管理有一定借鉴价值。     

向家湾隧道软弱围岩段全断面工法适用性研究

以郑万高铁向家湾隧道IV级围岩段为研究对象,在隧址区工程地质条件野外调查、隧道施工过程中围岩地质信息编录和岩体力学测试的基础上,采用UDEC离散元软件分析全断面开挖工况下围岩的应力分布、变形和破坏特征。结果表明,向家湾隧道试验段采用全断面开挖会造成拱顶渐进式破坏,进而塌落形成水平拱。在仅对围岩作超前小导管注浆处理的情况下,全断面开挖工法不适用于IV级和V级软岩隧道施工。