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。

浅埋隧道悬臂掘进机施工工艺分析与研究

该文主要分析施工前、后的围岩应力状态和围岩抗剪安全系数指标,施工过程中距离隧道轴线4、8 m处,距离拱腰1、3、4、5 m的最大和最小主应力和围岩抗剪安全系数。并得出最大、最小主应力的影响范围在距拱腰0~4 m内。施工完成后距离拱腰越近,围岩的抗剪安全系数越大,并且距离拱腰0~3 m安全系数降低,在3 m以后安全系数增加。综合比较得出三台阶法施工对围岩的扰动性最小。

全断面隧道掘进机在城轨项目中适用性及施工进度影响因素探讨

为了研究全断面隧道掘进机在城轨项目的适用性,通过查阅相关资料、调研相关案例,分析了全断面隧道掘进机应用于城市轨道交通中的优势和劣势,并分析始发、掘进、过站3方面因素对施工进度的影响。

小转弯曲线隧道TBM选型与掘进姿态调控方法

小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟,确定传统类型TBM能适应的最小转弯半径。然后,对双盾敞开式TBM的推进系统和导向系统进行针对性设计,通过分析双盾敞开式TBM推进系统结构和实际施工,提出转弯时双盾敞开式TBM推进油缸内外侧行程差值的理论计算方法和施工过程中的姿态调控方法。最后,得出如下结论:1)当隧道转弯半径小于200 m时,敞开式TBM适应难度较大,需要采用双盾敞开式TBM;2)结合抚宁抽水蓄能电站项目实际施工情况,提出的双盾敞开式TBM的理论计算方法和姿态调控方法确保了转弯段隧道的轴线偏差在要求范围内。

敞开式TBM隧道穿越断层破碎带防卡机技术研究

隧道TBM穿越断层破碎带等不良地质易发生卡机风险,严重影响施工进度和安全。在大凉山1号隧道工程中,针对TBM穿越断层破碎带不良地质条件,分别总结刀盘卡机、盾体卡机及刀盘盾体卡机机理。基于现场勘察和实测数据,分析刀盘卡机现场概况及掘进参数变化情况,提出有效的预防卡机预处理技术。基于有限元分析确定最佳注浆加固范围,进一步提出TBM卡机脱困措施。研究表明,TBM掘进至断层区域后,刀盘扭矩提升、推力减小,掘进参数变化加剧。因超前地质预报可有效探测不良地层信息,故应预先采取注浆加固、适应性改造TBM、增强设备配置等有效措施。

天山胜利隧道出口端“胜利号”TBM掘进至中点

12月5日,天山胜利隧道建设取得重大进展,出口端服务隧道“胜利号”TBM硬岩掘进机顺利掘进至中点11028米,为乌尉高速建设目标实现奠定坚实基础。天山胜利隧道作为新疆乌尉高速公路的“咽喉”工程,全长约22.13公里,是世界在建最长高速公路隧道。

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。

硬岩掘进机(TBM)在我国隧道施工市场的推广应用

TBM是目前长大隧道施工最先进的大型工厂化成套设备,具有安全、快速、环保等诸多优势,在发达国家已经成为隧道施工的首选设备,但在我国却一直无法大范围推广应用,对于提升我国隧道施工技术水平极为不利。透过TBM在我国的应用现状,分析存在的问题,探讨其未能大范围推广应用的原因,探索出推广应用TBM法施工的措施,并提出正确对待TBM的适用范围、合理降低设备成本、科学筹划工期、编制合理的工程造价等建议。

大断面高铁隧道下穿既有铁路悬臂掘进机施工研究

当大断面高铁隧道长距离下穿既有运营铁路及岩溶发育复杂地层时,采用大型机械化作业容易导致隧道塌方(塌陷),影响既有线运营安全。文章以渝昆高铁引入昆明枢纽工程站前二标长水机场隧道下穿沪昆铁路施工为研究对象,针对大断面复杂地层高铁隧道下穿既有线铁路悬臂掘进机开挖工艺,对悬臂掘进机选型、开挖工法、工效分析等方面进行研究,根据研究结果采取科学的施工方法及有效措施,最终安全快速地完成下穿既有线路施工,为类似工程施工提供参考。

悬臂式掘进机在城市地铁隧道施工应用探讨

城市轨道交通发展日新月异,为适应当代环保、安全、质量、成本等要求,地铁隧道施工领域逐渐采用悬臂掘进机进行施工。此文结合济南城市轨道交通4号线一期工程历下广场站~奥体中心站区间工程案例,在不同施工条件下,通过对施工工效、能耗等问题,综合对比分析了其主要性能和适应性,并对悬臂掘进机的选择、穿越特殊地质和主要运作性能等方面提出合理化建议。

高海拔隧道施工粉尘运移特性及通风系统布置研究

为了降低高海拔隧道掘进机(Tunnel Boring Machine, TBM)在施工过程中产生的粉尘污染并进一步提高通风除尘效果,进而改善作业人员工作环境,研究以某高原TBM施工隧道为研究对象,利用流体仿真模拟软件Fluent对长压短抽方式下不同送风风管、除尘风管位置和抽压比参数进行计算,并将模拟结果与经验公式进行比较,分析粉尘在隧道内的运移特性。研究结果显示:长压短抽通风系统下的粉尘会在风流作用下向除尘风筒一侧运动,其中大部分粉尘会经过除尘风筒排出隧道外,小部分粉尘会在除尘风筒与隧道壁处形成聚集,且隧道内的机械设备对粉尘扩散有阻碍作用;当送风管口在距离掘进面约17 m时,隧道后程粉尘质量浓度较大,在距掘进面20 m处,隧道内的沿程粉尘质量浓度较小;当除尘风管在距掘进面12 m时,隧道内沿程粉尘质量浓度相对较大,作业环境恶劣。其中,作业人员集中区域的粉尘质量浓度最高,可达65.44 mg/m3,在距掘进面6 m位置处时,隧道环境较好。与抽压比为0.5相比,抽压比为0.8时隧道沿程粉尘质量浓度降低50%,除尘效果达到最佳。研究结论可为类似高原地区大断面TBM施工通风方案设计提供科学参考。

软岩隧道工程项目悬臂掘进机施工技术分析

结合某公路隧道工程施工案例,对悬臂掘进机施工技术展开综合分析,重点介绍了悬臂掘进机施工特点,探讨了设备选型原则及施工注意事项,提出质量、安全、环保控制措施,以期能有效提升隧道工程施工质量。

隧道掘进施工建设中的机器人

盾构机是隧道掘进施工建设中最重要的大型专用设备,用机器人代替人工进行盾构机换刀作业可以显著提高作业的安全性、效率,大大降低成本。隧道掘进施工及盾构机的应用现状盾构机,全名叫盾构隧道掘进机,是一种使用盾构法的自动化隧道掘进工程机械。它具有机械机动化程度高、不受地面条件影响、保护地表人文环境、不影响居民生活、施工成本相对经济的优点。基于这些优点,经过将近200年的发展,盾构掘进机已被广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

地铁施工中多隧道掘进机任务调动方法研究

为合理调动掘进机施工任务,提升地铁多隧道施工效率,提出了地铁施工中多隧道掘进机任务调动方法。以掘进机各个施工任务独立、同时开展、不包含特殊情况为前提,根据不同类型掘进机的现场环境、能源消耗、运输条件及施工时间等情况的匹配任务权重,以减少各任务施工时间为目标,组建掘进机任务调动模型。运用拟关键路径算法求解地铁多隧道施工任务顺序,并采用最适宜调动算法,将独立工序所对应掘进机放入拟关键路径法排序出的顺序中,减少各掘进机施工时间,获取最佳掘进机任务调度结果。实验结果表明:通过所提方法调动掘进机施工任务后,掘进机的施工时间比调动前有所减少,能够合理调动掘进机施工任务,提升地铁多隧道施工效率。

隧道全断面掘进机在超长隧道施工中的应用研究

对于隧道全断面掘进机的使用,通常需要在机械压力的作用下,完成对岩石的切割和破碎。在开展大型地下隧道开挖施工作业时,该类设备的运用具有高度机械化、自动化的特性,虽然技术操作比较复杂,但具有优质、安全、快速、高效等多重优势。作为新型隧道施工技术中的一种,在使用隧道全断面掘进机这一核心设备的时候,利用全断面掘进机法进行施工操作,将掘进、出渣、衬砌、灌浆等工序一气呵成,保证全断面一次成型,整体施工进度比较快,具有良好的安全性,一般对通风的要求比较低,可以有效减少衬砌支护工程。本文也超长隧道施工为背景,分析对隧道全断面掘进机的相关应用,以期为相关人员提供参考和借鉴。

TBM全断面隧道掘进机在隧道施工中的质量控制

TBM全断面隧道掘进机为进口大型岩巷掘进设备。在引黄工程隧道施工中 ,开挖、管片安装、豆砾石回填和灌浆同时进行 ,如何设置质量控制点是质量控制的关键。由于TBM施工速度快 ,若出现开挖、衬砌质量缺陷 ,则处理难度很大。所以 ,在施工中应以事前控制、事中控制为主 ,严格每一施工工序 ,杜绝各种隐患和缺陷。论文根据TBM施工特点 ,对其在隧道施工中如何进行质量控制作了探讨。

考虑不确定性的TBM施工速度加权随机森林预测模型

TBM施工速度影响因素众多,具有显著的不确定性。对于地质参数的模糊性,采用岩体分级系统RMR、岩石耐磨性CAI和岩石硬度H衡量地质条件;对于施工过程中机械参数的随机性,利用TBM刀盘推力TF与转速RPM等主动控制参数进行分析;同时提出以其他因素停机时间占比来量化人为因素的不确定性。依托兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实测数据,建立了考虑不确定性的TBM施工速度预测数据库和加权随机森林算法模型,并与随机森林、支持向量回归、BP神经网络等预测方法进行了对比分析。研究表明,加权随机森林模型中测试集的预测结果均方根误差和决定系数分别为1.59,0.97,预测精度及可靠性均优于其他3种模型。该模型采用不同权重赋值的方法优化超参数,具有高精度、不易过拟合等优点,表现出更好的泛化能力和鲁棒性。

地铁施工物化阶段TBM区间碳排放核算与减排

目前,国内外对土建工程碳排放的研究主要集中在住宅、办公建筑领域,对地铁建设工程碳排放的研究较少。为计量地铁TBM区间土建工程物化阶段碳排放,识别其排放特点,运用碳排放系数法建立了包含TBM区间土建实体、建造配套设备、运输施工机具、周转材料、劳动力在内的系统边界,将物化阶段划分为建材及预构件生产、建材及预构件运输、现场施工三个环节对碳排放进行计量。对碳排放因子进行了定义选取,构建了TBM区间各环节碳排放的计量模型并对青岛地铁典型TBM工段进行了案例分析,得到物化阶段三个环节的碳排放强度分别为4875.87 tCO_(2)/km、49.54 tCO_(2)/km、1780.04 tCO_(2)/km,总碳排放强度为6705.45 tCO_(2)/km。通过情景假设法,得出地铁TBM区间再生建材的使用可以带来1.21%~2.43%的减排效益。

隧道掘进机(TBM)在工程施工中的应用

回顾了隧道掘进机(TBM)的产生背景,并对隧道掘进机在英吉利海峡隧道工程以及山西省万家寨引黄工程和大同塔山矿井主巷道隧道工程中的应用情况进行了介绍。这些工程的顺利进行为隧道掘进机的进一步应用,积累了宝贵的实践经验。