穿越多种典型地层的跨海超大直径泥水盾构选型及针对性设计——以青岛胶州湾第二海底隧道为例

为缓解海底隧道盾构段施工中存在的关键问题,以青岛胶州湾第二海底隧道TJ-06标段为实际工程背景,针对“深蓝号”超大直径泥水平衡式盾构长距离、高水压穿越上软下硬土岩复合地层、全断面凝灰岩、断层破碎带、全断面花岗岩时的刀盘刀具磨损、刀具破岩能力不足、泥水舱滞排、刀盘泥饼堵塞和盾尾密封失效与主驱动密封失效等关键问题与难点进行针对性设计与研究,采取减小刀间距、优化刀具布置与形式、采用大直径短螺旋后接颚式破碎机排渣模式、加强并优化刀盘与泥水舱的冲刷等设计方案,实现了降低能耗、减少刀具损坏、缓解泥水舱滞排、提高施工效率,并极大地确保了施工安全的实施效果。

全断面硬岩地层盾构刀具使用寿命延长研究

针对长距离全断面硬岩地层掘进工况下,盾构刀具易发生磨损失效,缩短刀具工作寿命的问题,结合穗莞深城际铁路机场站-固戍工作区间,分析9 m级泥水盾构机掘进过程中,刀具磨损的基本规律以及磨损失效的原因。为延长盾构刀具的使用寿命,基于硬岩地层下刀具磨损的基本规律,从刀具更换标准、刀具防松装置、刀具零部件替换以及刀具耐磨工艺等多方面加以改进,提出一系列减少刀具磨损的有效措施。

三模式掘进机全断面岩层段TBM模式施工技术研究

为研究三模式掘进机使用TBM模式在全断面岩层中的施工技术,以广州地铁7号线二期萝岗站—水西站盾构区间工程为研究背景,分别从出渣方式、掘进参数控制、刀具管理和稳定器应用4个方面对三模式掘进机TBM模式施工技术进行总结。结果表明:1)本工程中三模式掘进机使用镶齿滚刀施工,相对光面滚刀的消耗更少,刀盘转矩更低;2)三模式掘进机TBM模式采用泥浆循环和螺旋输送机双通道出渣,可显著降低泥浆管堵塞的概率,提高出渣效率;3)三模式掘进机在前盾、中盾安装稳定器和撑靴,可保证全断面硬岩地层中掘进盾体不发生滚动,同时增强盾体稳定性;4)在全断面岩层中采用三模式掘进机TBM模式开挖隧道,刀盘转速为3.0 r/min,总推力约15000 k N,转矩可控制在1300 k N·m,推进速度为8~12 mm/min。

考虑流固耦合效应的双模盾构施工对地表变形的影响

为研究考虑流固耦合效应的盾构施工对地表的影响,文中以穗莞深城际西宝区间大直径双模盾构在复杂地层中施工为背景,采用midas GTS NX软件建立三维有限元模型,探究渗流作用下TBM模式在硬岩中掘进时的地表变形规律。结果表明,对于位于裂隙发育、富水性及透水性中等的硬岩隧道,隧道开挖引发的地下水渗流会加剧隧道周围及地表的位移变化,因此,在计算盾构施工对围岩及地表带来的影响时,应当考虑流固耦合效应。

空孔在硬岩光面爆破作用中的试验与应用

光面爆破对巷道稳定性和安全性意义重大。普通光面爆破法应用在小断面硬岩巷道全断面一次爆破上存在一些弊端,由于周边孔装药量、孔间距及不耦合系数的关系,爆破后出现超欠挖现象,成形不规则,增加了支护工作量,降低了掘进效率,片帮与顶板垮塌等问题。为了达到全断面光面爆破一次成巷,尽量减小爆破对围岩的破坏,改善巷道成形,保证巷道安全高效掘进。利用空孔的应力集中效应,在周边孔设计6个大直径空孔,空孔直径∅=70 mm,周边孔间距由原来的544~600 mm减少到400 mm,并且均匀布置在巷道轮廓上;周边孔选择空气间隔装药结构,间距0.4 m。选取在黑岚沟金矿-500 m中段掘进巷道进行光面爆破试验,试验结果表明:在小断面硬岩巷道全断面一次爆破中,与普通光面爆破法相比,优化后的光面爆破在技术经济安全方面更加显著。巷道掘进平均循环进尺增加0.03 m,平均半孔率提高34%,炸药单耗降低了0.42 kg/m^(3),爆破作业成本降低了7.82元/m^(3)。巷道壁完整光滑,顶板稳定性更好,能够有效降低对围岩的扰动程度,为深部硬岩全断面掘进的矿山提供经验。

全断面硬岩及上软下硬复杂地层盾构掘进技术应用

以青岛轨道交通L6一期工程石山路站—黄海学院站盾构区间为工程背景,详细介绍在全断面硬岩、上软下硬、孤石及基岩凸起等复杂地层条件下,盾构掘进过程中遇到的刀具异常磨损、刀盘卡机、螺旋机主轴断裂和盾构姿态异常等主要技术难题。针对各项技术难题深入研究和分析,总结提出对应的优化解决措施。在施工过程中切实保障盾构掘进安全、优质、高效,值得在类似地质条件的项目中进行推广应用。

全断面硬岩地层盾构掘进问题分析及解决措施

以东莞~惠州城际轨道交通GZH-3标为依托,介绍了盾构在120~150 MPa的全断面硬岩地层中掘进时遇到的盾体被卡、刀具被磨损、管片上浮、错台及管片漏水等问题,同时对其原因进行了具体分析,给出了详细的解决措施;后续施工生产速度及工程质量均取得了良好效果,在类似工程中具有一定的借鉴意义。

软硬混合地层盾构滚刀磨损规律研究——以北京市团城湖——第九水厂输水隧洞为例

为解决盾构滚刀在软硬混合地层掘进过程中磨损速度快、异常磨损严重等问题,基于北京市南水北调团城湖—第九水厂输水隧洞盾构施工刀具磨损现场监测数据,通过引入滚刀单位破岩体积磨损速率评价指标,对断层破碎带、全断面硬岩等软硬混合地层滚刀换刀数、异常磨损数进行回归分析;并结合滚刀异常磨损形式,对比分析不同地层滚刀磨损及失效规律。结果表明,滚刀磨损状态受平均磨损速率影响较大。滚刀在断层破碎带中异常磨损形式主要为偏磨、刀圈破坏,前者受平均磨损速率影响,后者主要是岩性不均使滚刀受异常冲击导致;滚刀在全断面硬岩中异常磨损形式主要为偏磨、镶齿脱落、刀圈破坏,镶齿脱落同样受平均磨损速率影响。最后,根据研究结果提出针对性的滚刀减磨措施。

富水岩溶坚硬地层盾构掘进施工技术研究

以徐州地铁3号线为工程背景,对区间内存在岩溶不良地质,地层基岩裂隙水发育及长距离穿越全断面坚硬地层情况进行分析,为防止盾构在掘进过程中遇到上软下硬的不均匀地质及全断面高强度硬岩,可能造成刀具及刀盘磨损,提出盾构在施工工程中需采取的相应措施,所得研究成果可为类似盾构穿越富水岩溶坚硬地层施工提供借鉴。

煤矿巷道硬岩截割技术研究现状及发展趋势

针对综掘工作面采掘失衡的现象和导致采掘失衡的关键因素,介绍了硬岩截割技术发展现状,以及硬岩掘进装备的实际应用情况及存在的问题,指出了目前硬岩截割装备及所采用的技术原理在硬岩截割过程中的不足。分析了部分断面掘进机和全断面掘进机的优缺点,最后提出了未来我国硬岩截割技术和装备的发展方向与建议。

富含地下水的全断面地层盾构隧道同步注浆技术研究

全断面硬岩地层具有较强的自稳性,盾构在该地层掘进过程中,施工安全风险较小,但是在施工质量方面的管控难度大幅度增加,尤其在富含地下水的全断面硬岩地层,传统的同步注浆质量无法得到有效保障,从而导致成型隧道渗漏、上浮等质量问题。本文结合深圳地铁14号线共建管廊工程施工案例,针对盾构在富含地下水的全断面硬岩地层掘进时同步注浆技术进行探索和研究,提高管片壁后填充质量,为后续类似工程施工提供参考。

泥水盾构长距离硬岩地层掘进刀盘大圆环耐磨问题研究

为促进区域经济一体化,加强城市间资源配置和产业合作,经济相对发达的华南地区大直径、长距离的城际铁路建设逐渐增多。以穗莞深城际机前段长距离跨海隧道项目为例,工程地质以全断面硬岩为主,且类似可借鉴项目较少。基于此本文针对大直径泥水盾构在长距离硬岩地层掘进施工中刀盘大圆环磨损问题,分析磨损形成机理,并提出处置方案及预控措施,旨在为越来越多的类似城际铁路大断面长距离硬岩盾构隧道施工提供技术参考。

千米竖井硬岩全断面掘进机装备关键技术研用及展望

千米竖井硬岩全断面掘进机装备与技术是实施我国向地球深部进军重大科技战略的关键,是智能化、无人化建井的基础,同时也是建井技术发展方向.为保障竖井全断面掘进机的研制,针对国内外竖井全断面掘进机均不能适用于千米级硬岩竖井的显著特点,回顾了竖井掘进机的发展历程,进一步制定了“技术需求分析—关键技术攻关—整机装备研制—工程应用”的技术攻关路线,围绕岩性原位探识、岩石高效破碎、岩渣垂直排运、岩体稳定支护、装备精准控制等方面,分析了制约千米竖井硬岩全断面掘进机装备与技术发展的2个关键科学问题、6项关键技术难题及其研究思路,并据此提出了以破岩理论研究、高效掘进与协同支护技术研究、主体装备研制、工程应用为核心的4项研究任务.在此基础上,研制了竖井全断面掘进机--“蜀畅号”,并在沿江公路通风竖井工程中进行了试用,单班(8 h)最高进尺2.4 m.最后,提出了竖井全断面掘进机发展的战略路线和技术目标,以期推动我国机械化建井迈向安全、高效、绿色、智能的新阶段.

盾构区间全断面硬岩处理方法研究

盾构机开挖范围为全断面硬岩地层时,施工效率低、机身震动大、刀具磨损快一直是盾构施工中的难题。以厦门市轨道交通3号线浦边站~后村站盾构区间工程为背景,通过对左右线相似全断面硬岩段采用爆破预处理及不进行爆破处理两种不同处理方法时,盾构掘进过程中的掘进参数、刀具磨损情况、成型管片及隧道渗漏水情况进行分析对比,总结了盾构区间全断面硬岩处理方法。为今后类似工程提供了相关技术指导和实践经验,具有重要借鉴意义。