钻爆法施工隧道超挖对于混凝土超耗的定量关系研究

混凝土超耗居高不下是目前钻爆法施工隧道面临的形势和现状,在影响混凝土超耗的诸多因素中,超挖是其主要因素之一。本文通过大量的样本隧道,采用3D激光扫描仪测量设备,对隧道实际超挖进行实测;采用统计分析法、误差极限值法、对比分析法等数据分析方法,分析出隧道超挖的影响因素,计算因此造成的隧道混凝土超耗情况,从而得出隧道实际超挖与现行规范允许超挖的差距对混凝土超耗的影响程度,为隧道施工超挖控制提供借鉴。

高海拔铁路隧道斜井机械化配套与快速施工

为解决高海拔高寒地区斜井施工存在气压低、含氧量低、温差大、严寒干燥等问题,以某高海拔铁路隧道斜井工程为背景,结合围岩等级、断面大小、海拔高度,根据斜井施工机械化配套原则,提出高海拔陡坡长斜井机械化安全快速进洞施工工法,并选配超前支护、钻爆、装运、喷锚支护、衬砌等机械化作业线的成套设备。基于高度机械化的设备配套,提出“快挖、快运、快支”的高效施工技术以及各工序快速衔接工艺。以控制围岩变形为核心,构建一套积极干预加固围岩、注重早期支护并快速闭合的主动支护体系。结果表明:与普通钻爆法施工相比,采用三臂凿岩台车高度机械化配套施工效率高,月最快进尺为180 m,较人工钻爆法施工月进尺为130 m相比提高了近30%,施工质量稳定,作业人员投入少,且拱顶沉降和周边收敛均小于规范要求值,衬砌强度可靠,可实现高海拔小断面隧道“快挖、快支、主动支、快封闭”。

西康高铁秦岭太兴山隧道凿岩台车钻爆试验研究

基于凿岩台车应用现状,针对采用凿岩台车钻孔爆破时平均线性超挖量大等问题,选取西康高速铁路(西安—安康)秦岭太兴山隧道左洞进口Ⅲ级围岩段(DK23+075—DK23+155)作为凿岩台车钻爆法试验段。首先针对周边孔外插角大和掏槽孔深度受限情况,将凿岩台车两侧机械臂长度由7.1 m缩短至6.1 m。然后制定了精准钻孔措施。基于与该隧道同等围岩级别地段手风钻钻孔爆破施工经验,经过现场3个循环的凿岩台车钻爆试验,确定掏槽形式为两级斜孔掏槽,把电子雷管起爆时间设置为导爆管雷管奇数段位的起爆时间,按照掏槽孔、辅助孔、内圈孔、周边孔和底板孔的顺序依次起爆。经实施,爆破施工进尺可达3.4~3.6 m,周边孔爆破后炮痕保留率90%以上,断面平均线性超挖量仅19.9 cm。与凿岩台车配套的药卷直径宜在40~45 mm取值。

钻爆法隧道下穿既有双连拱隧道施工技术研究

钻爆法隧道穿越新建既有双连拱隧道结构,下穿隧道为大跨度隧道,高度大、埋深较深,且在穿越既有隧道时,不能影响其安全运营和造成结构破坏,施工难度大、风险高。采用有限元软件Midas GTS NX对钻爆法隧道下穿既有隧道的变形和受力情况进行数值模拟计算,并研究了下穿施工前对上方隧道间地层采用大管棚和锚杆联合加固产生的效果。研究表明:未加固时,施工侧隧道结构的沉降要大于另一侧,呈现出“一峰二谷”变形形状,既有隧道上下部极易发生结构破坏。采用大管棚及锚杆联合加固,有效地转移了应力集中现象,降低了结构破坏风险,并且既有隧道沉降量仅为前者变化量的1/1.83,在控制标准以内。

悬臂掘进机法在挤压性围岩隧道中的适应性研究——以木寨岭公路隧道为例

为探明悬臂掘进机法应用于挤压性围岩隧道的可行性与具体效果,以木寨岭公路隧道为依托,首先开展基于工程地质条件的悬臂掘进机法适用性分析;其次,结合工程实施条件,对悬臂掘进机进行选型,并设计2台阶悬臂掘进开挖方案;最后,依托工程试验段,重点从施工效能和实施效果2方面,开展2台阶悬臂掘进机法和3台阶钻爆法开挖的对比研究。研究结论如下:1)综合对岩石强度、开挖断面和工效3个因素进行分析,悬臂掘进机选型应重点考虑切割面积和切割功率。2)木寨岭公路隧道围岩按能否较好适应于悬臂掘进机法开挖,可划分为2类6种。3)对比3台阶钻爆法开挖的施工效能,2台阶悬臂掘进机法的施工进度提高20%,平均超挖减少150 mm,用工量减少5~10人,喷混凝土超耗量减少57%。4)对比3台阶钻爆法开挖的围岩位移、压力、拱架应力和锚索轴力,2台阶悬臂掘进机法中围岩压力减小0.01~0.11 MPa;围岩位移和拱架应力最终量值无明显变化,但分布更均匀、更快趋于恒值;锚索平均轴力增大39 kN。

单线铁路隧道钻爆法快速施工技术研究

为实现单线铁路隧道钻爆法快速施工,该文以贤昌隧道为工程背景,通过工程调研和现场实践,从工装配套、施工工法和施工交通组织3方面进行优化探索,实现施工进度的大幅提高。实际效果表明,工装配套设计需要从实际工程特点出发,适用性好的配套工装可以大幅提高施工进度,保证施工质量,同时降低施工成本;在保证施工安全前提下对施工工法进行优化,利于专用设备作业,同时保证工序快速衔接;从全局考虑附属设施功能需求,可结合施工阶段需求对洞室进行调整。该文所得研究成果可为后续类似工程提供借鉴经验。

钻爆法隧道下穿既有隧道门架桩加固方案研究

针对钻爆法隧道开挖引起的上部既有隧道沉降问题,提出了一种新型门架桩加固方案。以惠盐高速公路隧道上行线盾构隧道建设工程下穿如意路嶂背隧道为背景,建立三维荷载结构模型和三维地层结构模型,使用ABAQUS有限元软件数值模拟钻爆法隧道的循环开挖施工过程,研究不采用门架桩保护措施和采用门架桩保护措施下上部既有隧道的沉降规律。结果表明:1)门架桩加固方案能有效降低既有隧道开挖导致的隧道沉降,采用门架桩保护措施后既有隧道最大沉降降低至2.49 mm,相较于无保护措施降幅达30%。2)采用门架桩保护措施会增大横梁与隧道连接位置隧道的剪力与纵向轴力,其中,峰值剪力增大了433.2 kN。采用该方案后,需要在连接处进行局部加固,防止隧道在该位置发生应力集中,导致局部剪坏。

LD公路隧道开挖施工方案优化对比研究

LD改线公路隧道出口段,属于涉铁1km范围内,对隧道施工有严格要求,且天窗期严重影响施工进度,因此该施工段不宜采用爆破施工,现场采用徐工XTR6/280悬臂掘进机进行隧道开挖.调研国内外铣挖施工研究成果,并依托LD隧道铣挖法施工现场测试试验,得到适合LD隧道铣挖法施工的地质条件,并通过松动圈试验、初支结构受力试验以及数值分析对比相同地质下悬臂掘进机施工与爆破法施工对围岩扰动的影响.实验结果表明,当LD隧道的地质条件为岩石抗压强度小于40 MPa、岩体完整系数小于0.2、岩石质量指标RQD小于20%、岩体体积节理数大于30条/m^(3)、地下水不(弱)发育时,悬臂掘进机掘进速率高于爆破法施工,且悬臂掘进机施工对围岩的扰动远小于爆破法施工.引水隧道与LD改线公路隧道地质情况相似,可为引水隧洞涉铁部分及相似工程提供参考依据.

引水隧洞交叉段爆破振动对既有铁路隧道影响研究

针对交叉隧洞爆破施工对原有隧道安全运营的影响,本文以新建瑞垟引水隧道为依托,采用理论计算进行振动安全验算,确保钻爆施工产生的振动控制在确定的标准之内,进一步结合有限差分动力分析方法,研究下穿施工过程中既有隧道结构不同部位的应力分布特征和振动传播规律,之后依据工程监测数据,对理论分析和数值模拟结果进行验证分析。结果表明:新建隧道爆破施工不会对既有隧道结构安全构成威胁,爆源位置对即有隧道的振动响应影响显著,爆源位置在交叉点处时既有衬砌在爆点附近断面右拱脚处振动速度达到峰值4.43 cm/s,同一特征部位峰值振速由最大峰值断面向两侧衰减,且远爆源侧衰减更快,爆破开挖对后方已开挖区域的振动影响略大于前方未开挖区域,现场振动监测得出的振速分布规律与数值模拟计算结果相吻合,实测最大振速值均小于安全控制标准,研究成果可为类似上下交叉隧道工程振动安全控制提供参考借鉴。

钻爆施工隧道喷雾降尘数值模拟分析

为研究喷雾系统对隧道开挖后粉尘浓度的影响规律,采用Fluent软件建立长度为50m的隧道通风数值仿真模型,研究压入式风管风速、喷射角度、喷嘴数量和喷嘴至掌子面距离对喷雾除尘效率的影响。研究表明:随着风管风速的增加,粉尘颗粒加速运动,并且粉尘浓度最大位置逐渐远离掌子面。增加喷嘴数量可增大喷雾与粉尘的接触面积,提高粉尘颗粒与水雾作用的概率;在设置5个喷嘴且喷射角度为90°的条件下有利于降低粉尘浓度。喷嘴距离掌子面10m时可有效限制掌子面释放的粉尘,提高除尘效率。

爆破近区喷射混凝土振动安全控制施工技术研究

隧道循环爆破和初期支护结构施工交替完成,贴近爆破掌子面的喷射混凝土层龄期短、强度低,受爆破振动影响最为严重。爆破近区容易出现喷射混凝土层掉块、局部脱落,甚至破坏喷射混凝土喷层与保留岩体之间的黏结力,随后其分离形成空洞,导致支护结构的最大振速值增大,作用时间变长,且振动频率降低后易产生共振。喷射混凝土层的振动安全问题是制约隧道爆破开挖施工效率提高、施工安全和成本控制的重要因素。依托某工程开展不同爆破荷载作用下支护结构的振动监测试验,研究了爆破荷载作用下喷射混凝土层的振动响应特性及安全振动控制技术,确定短龄期、低强度喷射混凝土层的振速阈值,给出初期支护结构的安全距离,以提高施工效率、安全性。降低施工成本。

连拱小净距隧道爆破施工设计与优化

以新民隧道某连拱小净距隧道工程为例对连拱小净距隧道工程爆破施工的设计和优化进行探索。该隧道地质条件复杂,工程要求严格。针对该隧道特殊条件,在钻爆法开挖进行了爆破施工设计方案的优化,并探讨了爆破振动的校核与控制方法。通过对不同围岩条件的爆破方案优化,降低爆破振动对隧道稳定性的影响,为该工程施工提供了技术支持。

隧道开挖及仰拱初期支护成环施工工艺研究

文章以朗晃Ⅱ号隧道为研究对象,分析了隧道开挖及仰拱初期支护成环施工工艺。该工艺对提高隧道施工效率、保证施工安全、降低成本和提高工程质量具有重要意义。其中,在隧道开挖环节,阐述了隧道开挖方法选择和开挖面稳定措施;在仰拱初期支护成环施工中,提出了仰拱初期支护的重要性和仰拱初期支护成环施工工艺,为实际施工提供了科学依据和参考。研究结果表明:隧道开挖及仰拱初期支护成环施工工艺为隧道施工工艺的改进和发展提供了新思路和方法。

Studies on the evolution process of rockbursts in deep tunnels

This paper focuses on the evolution processes of different types of rockbursts occurring in deep tunnels. A series of laboratory tests and in-situ monitoring in deep tunnels excavated by tunnel boring machine (TBM) and drill-and-blast (D&B) method have been conducted to understand the mechanisms and processes of the evolution of different types of rockbursts, including strain rockburst, strain-structure slip rockburst, immediate rockburst and time-delayed rockburst. Three different risk assessment methods are proposed to evaluate the intensity and potential failure depth of rockbursts. These methods can be applied before excavation and the results can be updated according to the real-time information during excavation. Two micro-seismicity based real-time warning systems have been established for predicting various intensities of rockbursts, such as slight, moderate, intensive and extremely intensive rockbursts. Meanwhile, the probability and intensity of the rockburst are also given. The strategy for excavation and support design has been suggested for various intensities of rockbursts before excavation. The strategy for dynamic control of the rockburst evolution process is also proposed according to the monitoring results. The methodology has been successfully applied to rockburst risk reduction for deep tunnels at Jinping II hydropower project. The results have illustrated the applicability of the proposed methodology and techniques concerning rockbursts.

高速铁路钻爆法隧道分序支护设计技术研究

为进一步提升隧道智能建造水平,加快施工进度,以量化设计为前提,全过程质量控制标准为基础,提出隧道支护分序技术。以宜兴高铁隧道智能建造试验段为对象,对不同围岩的分序支护设计方案、施工期的安全性、进度提升效果等进行研究,得出以下结论:1)在保证支护结构强度增长速度不低于围岩压力增长速度时,初期支护分序施工是可行的,可以保证施工安全。2)一序初期支护应充分发挥围岩的自承载作用,同时满足围岩压力增长和支护强度匹配要求,补强初期支护滞后距离在满足多工序作业循环所需施工设备排布空间要求的同时,尽可能缩短布置长度,以利于发挥初期支护的早承载功能。3)分序支护建立在量化设计和精细化施工基础上,因此需要严格控制隧道施工质量和支护时机。4)以宜兴铁路350km/h单洞双线隧道智能化工区试验段为例,Ⅲa衬砌A型分序、B型分序,Ⅳa衬砌C型分序方案对应的施工进度可分别提高46.5%、14.7%、9.36%。

我国隧道钻爆法施工技术回顾与展望

随着经济的持续发展、综合国力的不断提升及高新技术的不断应用,我国钻爆法隧道施工技术得到前所未有的快速发展。首先,回顾我国隧道钻爆法施工技术的发展历程,并依次阐述湿式凿眼的采用、多臂凿岩台车的引进、乳化炸药的应用、导爆管雷管起爆系统的广泛应用、工业数码电子雷管的应用与推广等5大技术突破;然后,分别介绍钻爆法建造理念与方法(新奥法)、机械化施工配套设备、超长隧道与超长距离通风技术、超大埋深与极端复杂地质隧道施工技术、超长高水压水下隧道施工技术、特大断面隧道与洞群施工技术、隧道超前地质预测预报技术的现状及发展趋势;最后,对隧道智能化建造技术、绿色低碳建造技术等未来建设和发展中亟待解决的问题进行思考,并提出,钻爆法在复杂地质长大隧道施工中具有显著优势,一定时期内仍将是隧道施工的主要方法,今后应着重发展机械化、智能化及绿色低碳建造技术,进一步提升钻爆法的施工效益和建造水平。

复杂艰险地区铁路隧道钻爆法施工安全风险评估

针对复杂艰险地区铁路隧道钻爆法施工安全风险问题,综合考虑复杂艰险地区地质结构、气候条件和施工方法等,利用Python对隧道施工安全风险文献资料和安全风险评估报告进行文本挖掘,并基于事故致因理论、风险识别理论和风险因素核对表等对隧道钻爆法施工安全风险因素进行辨识。针对安全风险因素从施工环境、施工技术、材料设备、施工管理、施工人员5个方面构建较为完善的复杂艰险地区铁路隧道钻爆法施工安全风险评估指标体系,并利用博弈论对层次分析法和熵权法进行组合,确定安全风险评估指标权重。采用二维云模型从安全风险发生概率和安全风险损失程度2个方面构建复杂艰险地区铁路隧道钻爆法施工安全风险评估模型,提出采用主、客观概率相结合的方法确定安全风险发生概率,采用雷达图法从人员伤亡、经济损失、工期延误、环境影响和社会影响等方面综合确定安全风险损失程度。结合MATLAB实现定性评估和定量评估的相互转换,并引入贴近度的概念定量确定复杂艰险地区铁路隧道钻爆法施工安全风险评估等级。对Z隧道钻爆法施工安全风险进行评估,确定其施工安全风险等级为IV级,施工安全风险程度为高度,验证了该模型的可行性和有效性,为复杂艰险地区铁路隧道钻爆法施工安全风险评估提供借鉴和参考。

隧道围岩分级方法研究进展及“人工智能+”应用动态

目前,隧道围岩分级方法有评价围岩稳定性分级方法和评价围岩可挖性分级方法2类,分别对应钻爆法施工围岩分级方法和TBM法施工围岩分级方法。据此,围绕现阶段2类方法研究进展予以分别阐述。首先,针对钻爆法施工围岩分级方法,介绍其发展现状和常用分级方法适用条件,并提出3条后续发展建议:1)重视工程因素对围岩分级劣化的定量表征;2)积极探索围岩亚级精细化分级方法;3)推进围岩分级方法集成化体系构建。然后,针对服务于围岩可挖性的TBM法施工围岩分级,梳理基于围岩可挖性及TBM施工适应性的常见围岩分级方法,并着重关注考虑关键地质因素、TBM掘进参数和渣料特征的TBM综合分级方法。其中,可挖性分级建议以TBM净掘进速度、岩体可挖性和现场贯入度指数等参数作为评价指标,而适应性分级则建议依据卡机风险、TBM利用率或施工速度进行评价。最后,介绍“人工智能+”在隧道工程围岩分级方法的应用动态,探索隧道围岩分级集成算法模型、智能化图像处理技术、云计算、智能决策等新方法及新技术在隧道工程围岩分级方法领域的最新应用动态,并提出“人工智能+”在隧道工程围岩分级领域的未来发展方向。

钻爆法隧道智能建造技术研究综述与展望

首先,概述智能建造的基本内涵,即采用新一代信息技术、人工智能技术和机器人技术,构建智能超前地质预报、智能围岩质量评价、智能设计、智能施工、工程智能管理的多系统协同控制的隧道建造新模式。其次,从智能超前地质预报、智能围岩质量评价(钻进参数、数字图像、三维激光扫描点云等)、智能设计(信息化和数字化支护参数设计、智能化生成式设计方法等)、智能施工(施工工法工艺、施工装备等)、智能建造协同管理平台5个方面总结钻爆法隧道智能建造技术的研究现状。最后,从以下方面对智能建造今后的发展前景和方向进行展望:需构建与钻爆法隧道智能建造相适应的智能算法和模型;探索智能建造条件下隧道围岩响应规律和支护力学特性;发展考虑时间效应的隧道围岩整体稳定性评价方法和支护体系一体化设计方法;研制自感知、自适应、自决策的谱系化、多功能智能装备;形成更为安全、高效、经济的隧道智能建造标准化工法工艺;开发覆盖面更广、功能更强大、智能化水平更高的协同管理平台。

基于微震监测的钻爆法施工隧道围岩稳定性综合判断方法研究

为了对深埋钻爆法施工隧道围岩稳定状态或灾害进行综合解译与判断。首先,基于震源参数空间提出了微震事件分类和围岩损伤等级划分方法;其次,构建了多微震参数的时间序列,对比揭示了爆破施工期间围岩稳定、塌方和岩爆3种状态的微震特征;最终,提出了钻爆法施工深埋隧道围岩稳定性的综合判断方法。这套方法适用于深埋隧道爆破施工期间围岩稳定状态、塌方和岩爆灾害的判断,并在此基础上结合地质条件对灾害风险等级进行判定。研究结果表明:钻爆法施工期间围岩稳定、塌方和岩爆3种状态在震源参数空间和微震时间序列趋势中均有独特的特征及规律;围岩稳定阶段仅在爆破后短时间内出现强烈的应力调整;围岩稳定性异常阶段在爆破后微震事件长时间持续活跃且累积能量、累积事件数、累积视体积曲线快速增长,能量指数曲线快速下降。研究结果可为钻爆法施工深埋隧道围岩稳定性判断、灾害预警及防控方案提供重要参考,也可为其他相似的工程提供借鉴。