岩石隧道掘进机不良地质施工处置技术

岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)凭借其高效优质、作业安全等特点在铁路、公路、地铁、水利水电等领域广泛应用,在普通地质环境下推广顺利。复杂地质环境下致灾源多,如硬岩岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水突泥等不良地质使TBM施工频繁出现围岩坍塌、支护失效、卡机淹井、设备损伤等问题。本文结合工程案例,从超前主动加固、注浆及锚固、管片支护、撑靴加固4个方面总结现有施工技术,以应对TBM穿越不良地质导致的刀盘卡机、护盾抱死、初期支护变形过大、撑靴打滑等问题,提升TBM在不良地质环境下的适应能力,为类似工程提供参考。

岩石隧道掘进机刀盘驱动制动器的创新设计与应用

在岩石隧道掘进机施工过程中,维保人员需要经常进仓检查或更换滚刀。为了防止作业时刀盘转动,保证工作人员的安全,需要对刀盘制动驻车。现有的制动方式主要为湿式多摩擦片液压制动器,在实际使用过程中存在维修不便、使用寿命较短、价格昂贵等缺点。为解决上述问题,文章发明了1种结构简单、制动可靠、维护方便和使用寿命长的新型结构,在实际应用中取得了良好的效果。

基于卡机原因探讨岩石隧道掘进机的选型

为了选择出更适合穿山隧道施工的岩石隧道掘进机,以某公路工程项目双护盾岩石隧道掘进机为研究样本,阐述了如何运用比较研究的方法,从设备性能和实际施工过程出发,对所遇到的容易卡机的地层应采取的解决措施等进行了分析研究,总结出双护盾岩石隧道掘进机的适用地层范围。

基于实例推理的全断面岩石隧道掘进机刀盘主参数设计方法

刀盘主参数设计是全断面岩石隧道掘进机的关键问题,是影响其掘进性能的决定性因素。刀盘破岩机理复杂,刀盘须针对围岩属性进行适应性设计,充分利用先前刀盘设计实例中积累的成功经验和数据至关重要。提出基于实例推理的刀盘主参数设计方法。给出刀盘设计实例的表示方法;根据实例属性特点,给出各种属性的局部相似度计算方法;针对取值为区间数的实例属性,提出一种基于属性值概率分布的区间相似度计算方法;运用组合修改实例的方法获得新刀盘的主参数设计方案。经工程应用实例设计表明,该方法设计结果较好。

全断面岩石隧道掘进机(TBM)施工超前处置技术综述与思考

TBM施工过程中遭遇的复杂地质条件越来越多,超前处置是减少和避免复杂地质条件下TBM施工过程中频繁卡机最可靠的途径。为此,结合TBM施工实践,从3个方面总结10项现有处置技术,用来应对破碎、软弱、富水、完整硬岩、岩爆等地质问题,分别为:1)在掌子面或掌子面前方施作的掌子面超前处置技术,包含刀盘清理脱困、掌子面超前注浆、地表注浆和人造节理4项措施;2)在护盾尾部或护盾后方施作的后置式超前处置技术,包含超前注浆、超前小导管加固和超前管棚加固3项措施;3)从适当位置施作的导洞法超前处置技术,包含小导洞法、迂回导洞法和超前导洞应力释放法3项措施。针对TBM施工超前处置,提出5个方面的思考和建议:1)减少TBM在不适宜地质洞段的施工占比;2)提高TBM工法的地质适应性;3)提高超前地质预报的准确性和及时性;4)动态设计,合理决策;5)健全规范、标准、定额等管理体系,促进TBM科学应用与推广。

岩石隧道掘进机的施工预测模型

分析了岩石隧道掘进机的破岩机理,介绍了自上世纪70年代以来发展的一系列施工预测模型,包括单因素预测模型、综合预测模型(CSM模型和NTNU模型)、岩体分类预测模型(QTBM模型)、概率模型、模糊神经网络模型。单因素预测模型中包括的主要岩石材料参数有岩石单轴抗压强度、抗拉强度及岩石的总硬度;CSM模型主要是基于线性切割试验机岩石试验数据,其初始预测模型中包括岩石单轴抗压强度及抗拉强度;NTNU模型是一套完整的预测模型,包括掘进速度、进度预测、刀具的磨损预测及经济分析,在它的施工进度预测模型中,考虑到了岩石的可钻性、孔隙度及岩体节理的密度及方向;QTBM模型源自于Q系统,加入了一些与隧道掘进机及与掘进速度相关的参数;概率模型是基于一个庞大数据库的类比模拟模型;模糊神经网络模型是一种黑箱模型,克服了输入与输出之间的不确定性关系。

岩石隧道掘进机在岩石地层地铁隧道修建中的应用

目前地铁隧道建设多采用盾构机,对于硬岩地层盾构施工效率低、能耗高。为了提高岩石地层地铁隧道的修建速度,依托青岛地铁隧道工程,探索岩石隧道掘进机在地铁隧道修建中的应用技术。通过常用TBM适应性对比分析,得出了紧凑型双护盾TBM具有更高的地质适应性;通过紧凑型双护盾TBM施工实践,提出了弧形导向台反力支撑架、预埋钢轨反力牛腿步进以及首环管片反力环始发技术,提出了利用锁紧装置主动拉紧管片的到达技术;通过现场掘进数据统计分析,建立了不同等级围岩条件下推力、扭矩、刀盘转速、掘进速度等参数的选取范围,建立了推力、扭矩与贯入度的匹配关系。紧凑型双护盾TBM在青岛地铁隧道建造的成功应用,为岩石地层城市地铁隧道的建造提供了更多的技术与方法。

用于岩石隧道掘进机刀盘的内部焊接技术

掘进机是挖掘岩石隧道的重要工具,掘进机刀盘是挖掘过程中最关键的部件之一,它是能否在规定工期内完成隧道挖掘的关键因素,由于在挖掘岩石隧道时掘进机刀盘容易磨损破裂,因此提出一种新的焊接技术对岩石隧道掘进机刀盘内部进行焊接。介绍了岩石隧道的环境和掘进机刀盘内部焊接原理,给出刀座楔块和刀座芯体焊接装配图。将ZG35Cr1Mo型和Q345B型特种钢作为焊接材料,对其可焊性进行分析。详细介绍了焊接过程。通过拉伸与冲击方法对对接焊缝金属进行实验,测量出相关数据。实验结果表明,经所提焊接技术处理后,焊接部位淬硬性低,且不容易出现冷裂纹与热裂纹现象,验证了所提焊接技术的有效性。

极硬岩隧道工程中双护盾隧道掘进机刀盘设计与滚刀磨损分析

双护盾隧道掘进机在极硬岩隧道施工中存在刀具磨损更换频繁、装备掘不动且施工效率低下的难题。以深圳地铁6号线羊台山隧道工程为研究对象,通过统计、参数相关分析的方法,提出:在双护盾隧道掘进机设计选型阶段前期,需要重点考虑高强度刀盘本体设计、刀具型式的选择及合理的刀间距布置方式;在施工过程中,可以进行破岩刀具的材料、刀具刃形优化,以及掘进参数与不同类别围岩的合理匹配选择。提出了适宜的双护盾隧道掘进机施工控制掘进参数。实践结果证明,硬岩刀盘的针对性设计与优化调整,以及合理的掘进参数选择,有效减少了换刀频次,降低了施工成本,保证了施工工期。

重庆地铁岩石隧道掘进机过站施工方案

重庆轨道交通拟采用TBM(tunnel boring machine,岩石隧道掘进机)施工。从时间、空间上全面分析重庆市存在的问题,包括地处山岭重丘区、地势高差起伏较大、地铁线路暗挖车站较多等,说明解决TBM与车站施工相互干扰是关键性的问题,针对不同情况提出相应的解决方案。

全断面岩石隧道掘进机滚刀磨损影响因素分析

为了有效控制和降低全断面岩石隧道掘进机施工时滚刀的磨损,较准确地预测滚刀的磨损量,通过室内实验和现场实验从地质影响因素和机械影响因素2个方面对滚刀磨损问题进行了分析。通过水泥试样实验,得出等效石英含量EQC和单轴抗压强度UCS单独对岩石磨蚀性的影响规律;通过现场岩样实验,得出两者共同对岩石磨蚀性的影响规律。通过对比进口与国产TBM的刀盘刀具布置,得出滚刀破岩面积对磨损速率的影响规律;通过统计现场掘进参数与刀具磨损数据,得出场切深指数FPI对滚刀平均磨损速率的影响规律。研究结果表明:岩石对滚刀磨损的地质影响是岩石等效石英含量和单轴抗压强度共同作用的结果;破岩面积是刀盘刀具设计参数对滚刀磨损的敏感指标;场切深指数是设备掘进参数对滚刀磨损的敏感指标。

双护盾隧道掘进机穿越地铁区间断层破碎带卡机机理及防卡机技术

为了解决双护盾TBM(隧道掘进机)穿越断层破碎带卡机无法掘进的难题,以深圳地铁8号线梧桐山站—沙头角站隧道区间为背景,在对双护盾TBM卡机机理分析的基础上,采用数值分析、地质统计学方法对TBM穿越断层破碎带进行研究。确定了TBM穿越断层破碎带预处理加固范围及方案,得出了TBM穿越断层破碎带时的掘进参数变化规律及最佳加固范围,有效地规避了卡机事故,保障了双护盾TBM顺利穿越断层破碎带。

青岛地铁1号线过海隧道工程双护盾隧道掘进机应用关键技术

青岛地铁在国内首次采用双护盾TBM(隧道掘进机)技术,实现了硬岩地层地铁区间隧道快速、安全、高效建设。结合青岛地铁1号线过海隧道TBM隧道段的施工实际,采用豆砾石、水泥浆、水泥-水玻璃双液浆复合灌浆材料及环箍分段注浆工艺成套技术,有效地解决了管片成型质量问题。根据近海区域穿越断层破碎带的施工风险,提出了地面精细化控制注浆、超前地质预报等综合技术,保障了施工安全。针对超深竖井垂直提升出渣效率低下的问题,创新性地研发了TBM洞内翻渣技术,其工效较常规方案提高1倍,为复杂条件下TBM高效施工提供了新的方案和思路,具有良好的推广价值。

“铁路隧道全断面岩石掘进机法技术指南”将推动铁路隧道掘进机施工技术的发展

研究目的:随着我国铁路运输及城市地铁交通的快速发展,隧道施工机械亦不断改进和完善,铁路隧道掘进机施工技术需进一步规范,总结过去隧道经验,积极推行铁建设[2007]106号文件精神,保证隧道施工的进度、质量及安全迫在眉睫。研究结论:通过国内外典型施工案例说明,当符合相应施工地质条件时,掘进机发挥出快速、安全的优势;若不掌握可靠的地质条件、或地质条件不满足掘进机施工的要求时,掘进机不仅不能表现出来优势,反而会造成工期和经济上的损失,这是技术指南最基本的准则。

双护盾隧道掘进机施工试验段隧道结构力学性能研究

依托深圳地铁6号线梅林关站—翰林站区间隧道工程,通过现场试验,对双护盾隧道掘进机施工段的管片结构的围岩压力、轴力和弯矩进行了研究。研究结果表明:管片围岩压力变化主要分为下部注浆、上部注浆、缓慢变化和趋于稳定4个阶段,整体表现为上下大、左右小的“鸭蛋”形不均匀分布;管片轴力均为负值,即管片处于受压状态,整体表现为左上方大、右下方小的不均匀分布,管片承受偏压荷载,轴力最大值为112.87 kN,位于左拱腰处;衬砌环弯矩均为正值,即管片外侧受拉,衬砌环弯矩呈现上下大、左右小的分布规律,其弯矩最大值为11.68 kNm,位于隧道拱底处。

双护盾硬岩隧道掘进机推进支撑液压系统设计

双护盾硬岩隧道掘进机(简称双护盾TBM)是一种能够适应复杂地层,并高度集成机、电、液、光、控制以及材料等多学科技术于一体的高端隧道施工装备。推进支撑系统作为双护盾TBM的核心组成部分,是通过电液控制技术来实现的。本文设计了一套双护盾TBM推进支撑液压系统,并对其进行分析和研究。采用该推进支撑液压系统的双护盾TBM在国内某引水工程实际应用表明:该系统能够很好地实现双护盾TBM的推进支撑功能,同时具有良好的操控性能和较高的施工效率。

秦岭隧道全断面岩石掘进机(TBM)

秦岭隧道全断面岩石掘进机（ＴＢＭ）吴功达，房炳杰全断面岩石掘进机（ＴＢＭ）是近５０年来欧美等发达国家研究和发展起来的在长、大隧洞施工中最有效的大型综合施工机械之一。特别是近２０年来，ＴＢＭ有了很大发展，与传统钻爆法施工相比，ＴＢＭ施工具有快速、优质、...

岩石隧道掘进机刀具损坏形式研究

刀具是岩石隧道掘进机施工主要消耗件,对隧道施工的顺利进行和施工成本有很大影响。文章通过对刀具失效形式研究得出TBM刀具损耗的主要形式是正常磨损,并对刀具非正常损坏形式及损坏原因进行了研究,为今后预测TBM施工刀具消耗情况提供参考。

双护盾岩石掘进机施工隧洞回填灌浆方法

双护盾岩石掘进机施工的隧洞,其衬砌管片与围岩之间的空隙回填与钻爆法隧洞回填有本质上的区别,它具有分布不对称、面积大、连通性强、全断面灌浆、衬砌管片稳定性差等特点,在某工程中,经过几次试验,最终选定了一个砾石充填及水泥灌浆工艺,包括水泥浆配比,砾石和水泥浆充填孔位、孔序布置,停灌标准等。经实际压水试验、取芯检查,质量满足设计要求。文中最后总结了该施工工艺的重点环节及异常地质情况的处理办法,并提出了浆液配比、砾石质量、除尘、闭浆方法、护盾改造等各方面的改进建议。

国内首台双护盾硬岩隧道掘进机进驻青岛地铁2号线

2014年1月3日，国内首台DSUC型双护盾硬岩隧道掘进机（Double Shield Universal Compact TBM，简称DSUC TBM）进驻青岛地铁2号线海安路站施工区段，该TBM掘进机根据青岛地下岩层特点进行了针对性设计。在香港东路与海安路交叉口附近的地铁2号线海安路段施工点，这台双护盾硬岩隧道掘进机正在进行设备安装，直径为6．3 m，质量为850 t，组装完毕后，总长度为135 m。整个机身由刀盘、前盾、后盾和拼装系统等部分组成，这是掘进机这种机械化隧道施工模式在青岛地铁工程的首次应用。