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。

异形断面隧道掘进机复合地层开挖盲区处理关键技术研究

为解决现有异形断面隧道掘进机中心轴驱动旋转刀盘、偏心多轴驱动刀盘、行星轮驱动刀盘等多种开挖形式在复合地层适应性上存在的局限性,依据异形断面隧道内岩石强度、范围、长度等地质条件的不同,提出3种开挖盲区预处理工法,即小直径凿岩钻机钻孔结合泥土回填工法、硬岩顶管机结合管节回退泥土回填工法、盲孔主机回退结合泥土回填工法,并成功应用于某地铁出入口项目。针对异形掘进机复合地层一次开挖成型难题,研究多旋转刀盘集成盲区处理装置的同步开挖系统;设计摆动铣挖头和铣削滚筒2种开挖盲区处理装置,利用有限元方法对结构设计进行静力学验证,并应用于某复合地层矩形顶管机项目;通过对掘进数据分析,得到该地层摆动铣挖头和铣削滚筒设备掘进参数,为复合地层异形断面隧道修建提出新的解决方案。

我国掘进机研制现状、问题和展望

近年来,我国重大隧道工程相继开工,掘进机研发、设计和制造水平不断提高。通过分析国产掘进机的典型工程案例,总结我国掘进机自主设计、制造技术的现状:土压平衡盾构、泥水平衡盾构和岩石隧道掘进机3大机型技术已经成熟,马蹄形盾构、矩形盾构等异形断面掘进机关键技术达到国际领先水平,同时竖井掘进机产品开始应用。分析当前我国掘进机研发制造中存在的关键问题:1)设计软件均是国外产品,信息安全问题日益凸显;2)掘进机主轴承、减速机等基础零部件需要进口;3)创新产品市场突破难度大。结合当前技术水平和市场现状,认为智能化和多样化是今后掘进机研制的重点和趋势,提出多功能多模式掘进机、异形断面岩石掘进机、复合破岩TBM、部分断面TBM等新机型设计理念,期望能够推动我国掘进机技术革新。

我国抽水蓄能电站隧洞开挖机械化施工发展现状及展望

结合隧道开挖机械的典型工程案例,总结我国抽水蓄能电站隧洞开挖机械化发展的现状:1)凿岩台车在钻爆法地下洞室施工普遍使用;2)悬臂掘进机得到初步应用;3)全断面岩石隧道掘进机(TBM)在小断面平洞试点成功并有序推广;4)大断面TBM平洞试点开挖完成;5)反井钻机在斜井和竖井施工得到广泛应用;6)竖井掘进机得到试点验证;7)斜井TBM开始试点掘进。在此基础上,分析当前抽水蓄能电站隧洞开挖机械化过程中存在的问题和成因,包括大型成套设备施工成本高、推广困难,部分机械设备普适性不强、应用案例缺乏,成熟体系难打破、观念保守,设备操作人员少、综合素质不高等。最后,结合当前技术水平和市场现状,提出抽水蓄能电站隧洞开挖装备必将向绿色、自动化、智能化方向发展,TBM和竖井掘进机施工技术得到进一步推广,并提出新型开挖装备研发需求,期望推动我国抽水蓄能电站隧洞开挖技术的进步和机械化水平的提高。