岩石掘进机关键技术展望

经过5个阶段的发展,TBM在我国的应用正在不断推广,应用前景十分光明,挑战也十分严峻。简要总结我国TBM研究与应用的5个发展阶段和应用前景,分析TBM施工面临的6大挑战： 地质多样化带来更多的地质风险; 应用领域亟待拓展; 设备技术发展赶不上施工需求的变化; 施工进度不均衡; 施工环境越来越严苛; 存在不合理的施工合同。从TBM设计制造及施工应用的9个方面提出展望： 核心部件国产化; 提升各种地质条件下的破岩能力; 提高出渣能力及可靠性; 提升初期支护及超前加固性能; 研发异形断面TBM; 圆形断面TBM开挖隧道的空间合理利用; 大力推动TBM周转使用和再制造TBM应用; 研究极端恶劣地质条件下TBM施工技术; 促进国产配套施工设备研发应用。只有不断深入研究TBM设备与施工的关键技术及前沿技术,有效解决设备设计制造和施工过程中遇到的难题,才能不断提升我国TBM设备与施工技术水平,避免陷入关键技术受制于人的窘境,促进我国TBM事业持续健康发展。     

蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究

为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的影响。结果表明： 1）相对单一地层,土砂分界地层会影响洞周应力分布,分界面处围岩容易先出现塑性区,且土砂分界地层围岩变形性质与软弱的全砂岩地层更为接近; 2）在土砂分界地层分界面处会产生较大的水平收敛,易出现拉应力; 3）土砂分界地层中,随着砂层所占比例的增大,拱顶沉降和洞周收敛不断增大,且分界面所在台阶处支护结构的应力发展会提前达到更高的峰值; 4）当分界面出现在上台阶时,围岩会产生极大的塑性变形,支护结构承受相对较大的应力,是土砂分界地层中最不利的分界情形。     

双护盾TBM分体始发技术研究与在青岛地铁1号线的实施

为保证在不具备整体始发空间的条件下双护盾TBM分体始发顺利实施,以青岛地铁1号线海泊桥站为例,针对城市地铁隧道施工始发场地有限的客观条件,以实现施工功能为导向,通过配套设备的优化布置并最大限度地利用双护盾TBM自身配置实现有限场地内最经济的TBM分体始发,并对分体始发的基本方案进行探讨。经研究分析可知： 1）分体始发时双护盾TBM需具备的基本配套系统为高（低）压供电系统及控制系统、冷却水系统、液压系统、润滑系统、脂密封系统、压缩空气系统、豆砾石回填系统、注浆系统、导向系统及除尘系统; 2）通过管线、线缆的延伸,双护盾TBM可在主机与后配套之间或主机与部分后配套之间任何位置断开。     

隧道洞口边坡变形的多阶段递进预测研究

为及时掌握隧道洞口边坡的变形规律,保证隧道进洞过程的安全,采用小波变换剔除变形序列中的误差信息,将原始序列分解为趋势项和误差项序列,并采用PSO-LSSVM模型和ARMA模型分别对趋势项和误差项进行预测,将两者叠加即得到边坡的综合变形预测值,再利用马尔科夫链建立预测误差的修正模型,进一步提高预测精度。对预测模型进行实例分析,结果表明： sym9小波函数、启发式阈值标准、硬阈值选取标准及10层小波分解的去噪效果较优,且通过综合预测,得到边坡变形预测结果的相对误差均值为1.03%,方差值为0.042 6,预测精度和稳定性较高,验证了预测模型的有效性。     

沉管隧道变截面管段浮运水流力及系缆桩可靠性分析

为探索沉管隧道变截面管段浮运过程的水流力与系缆桩可靠性,以广州洲头咀沉管隧道为依托,借助CFD软件建立流体动力学模型,计算管段横向浮运所受的水流力并探讨规范水流力公式的适用性;以此为基础,利用ANSYS开展管段浮运系缆桩可靠性分析。研究表明： 1) 规范水流力公式具备一定的适用性,采用结构形式为矩形梁时对应的水流阻力系数会导致与数值计算结果存在不容忽视的差别,通过CFD计算结果修正后两者吻合较好; 2) 系缆桩处于弹性受力状态,刚度与强度均未被削弱,设计方案可满足浮运安全要求; 3) 钢丝绳拉力作用下管段结构混凝土处于带裂缝工作状态,需基于计算结果对系缆桩预埋件锚固区做局部加强以抑制裂缝发展。     

软土刀具的磨损预测——一种研究刀具磨损系统中主要影响因素的新方法

硬岩隧道掘进机的性能很大程度上取决于其切削刀具的磨损情况。刀具的磨损会降低掘进速度,进而导致掘进时间延长、项目成本增加。通常在隧道项目的规划阶段使用预测模型来进行磨损预测,而常规的磨损试验对磨损系统的考虑还不够准确,并没有考虑到刀具/土体的相互作用、周围介质（水、膨润土）以及掘进过程中的荷载等因素。针对该问题,专门设计了一个水平放置的磨损试验设备。本文介绍了该试验方法,研究并讨论了磨损系统相关因素对磨损率的影响。结果表明,该设备可模拟真实的掘进过程,很好地解决了上述问题,达到了高效、准确预测磨损的效果。     

盾构隧道埋深对临近铁路桥梁的影响分析

为研究盾构隧道下穿临近铁路桥梁过程中隧道埋深对既有桥梁沉降变形及水平位移变化的影响,以武汉地铁3号线区间盾构穿越铁路桥梁工程为依托,利用有限元软件ANSYS对不同隧道埋深（2D、2.5D、3D（D为隧道直径））下桥梁的梁体结构、轨道线路及桩基位移等进行对比分析,并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大会引起桩基、梁体及钢轨等结构竖向位移的增大,当隧道埋深为18 m时,墩台最大沉降超过了限制值; 2）隧道埋深分别为12、15、18 m时,桥梁墩台及梁体结构均表现出以沉降为主的变形,而水平位移变化幅度较小; 3）在满足地表沉降限值的条件下可适当减少隧道埋深,以控制隧道开挖引起的上部桥梁、钢轨等结构物变形。     

长昆客专湖南段隧道洞口设计研究

长昆客运专线湖南段经过湘中低山丘陵区、湘中中低山区及云贵高原东缘高山区,项目桥隧工程多,工程设计难度大、施工风险高。为解决项目在复杂山区困难条件下的桥隧相连、大量隧道洞口偏压高陡,部分隧道洞口段穿越岩堆或顺层等不良地质等造成的诸多设计施工难题,针对高速铁路隧道工程的特点,通过研究复杂条件下桥隧相连工程的相对关系,将复杂山区的桥隧相连工程划分为隧桥串接、隧桥对接和隧桥毗连（短路基）3种衔接方式分别系统处理,首次开发并应用高速铁路分离式隧桥串接洞门,用于解决桥隧相连情况下的隧桥串接洞门设计; 通过研究偏压、高陡洞口地形、地质,对困难条件下的隧道洞口提出采取“耳墙+护拱+反压回填”暗挖进洞技术、锚固桩正面防护技术及基底桩基托板技术等工程方案解决了进洞困难、洞口不良地质、隧底软硬不均或部分悬空、安全施工等难题。     

丽香铁路玄武岩隧道大变形段施工控制技术

为有效控制丽香铁路三叠系玄武岩大变形的突出难题,在分析大变形机制及原因的基础上制定支护措施,并进行现场试验,对大变形段的原位强度、松动圈、矿物成分、地应力大小、变形特征、初期支护及二次衬砌内力等进行了测试。总结出以下措施可有效控制玄武岩大变形： 1)加大边墙轮廓曲率及预留变形量; 2)加大初期支护钢架型号及加长边墙系统锚杆; 3)缩短初期支护钢架封闭时间; 4）施作二次衬砌期间控制初期支护变形速率为1~2 mm/d。     

高速公路隧道入口段照明动态阈值区间研究

为满足隧道智能调光技术的发展要求,提高隧道入口段驾驶员安全舒适性,利用眼动仪进行实车试验,研究公路隧道入口段驾驶员视觉特性.采用瞳孔面积变化率和反应时间表征驾驶员行车舒适性及安全性,建立与亮度折减系数、车速2项指标的回归模型,并以此基于确定高速公路隧道入口段照明动态阈值区间.以张承高速(张家口—承德)小三岔口隧道为例计算隧道入口段照明动态阈值,求解得到满足小三岔口隧道行车安全舒适性的亮度折减系数区间为[0.033,0.050],对调光方案进行节能计算,方案实施后预计隧道半幅在24 h内约节能20%.该模型可保证各时段隧道入口段照明环境满足驾驶员视觉需求.