地铁隧道开敞式TBM施工关键技术探讨

介绍重庆地铁六号线一期工程概况。论述开敞式TBM施工关键支护技术、施工地段选取遵循原则,分析地面及建筑物沉降控制标准,TBM采用过站小车平移过站、掘进或步进过站方式,提出TBM下穿既有建筑物的处理措施、开敞式TBM施工技术用于城市地铁隧道施工应注意的问题和建议。     

TBM同步衬砌施工效率保证措施

全断面硬岩掘进机在长大隧道施工中具有明显的优势,并且TBM法已经成为长大隧道施工的首选方法。近年来TBM在我国的应用呈直线上升趋势,推广力度不断加大,与开敞式TBM掘进配套的现浇混凝土边顶拱同步衬砌施工技术也不断得到应用,原本独立的两个工序同步施工,必然存在着诸多干扰和影响,如何提高开敞式TBM掘进与现浇混凝土边顶拱同步衬砌施工的综合效率,摆在了广大TBM从业人员的面前。结合多项长大隧道工程的施工实践,总结了TBM掘进与二次衬砌施工之间的关系,在保证施工安全和质量的前提下,首先要保证TBM以较快速度稳产掘进,在此基础上,从总体规划、台车设计、物料运输、通风等方面采取科学合理的措施,促进综合施工进度的提高,促进TBM同步衬砌施工技术的发展与应用,促进长大隧道施工技术水平的不断提升。     

顶部导洞法TBM卡机脱困技术研究与应用

研究目的:TBM已在我国地下工程建设领域中得到广泛应用，但对于复杂地质条件，TBM卡机问题仍十分突出，施工中曾多次遭遇连续卡机、长期卡机、突水涌泥、设备报废、工法改变等不同程度的困难，不但造成工期延误，还使工程建设成本大幅度增加，因此研究复杂地质条件下TBM卡机防控技术以及TBM卡机后的安全快速脱困技术十分必要。高黎贡山隧道全长34 538 m,进口采用钻爆法施工，出口采用TBM法施工。TBM施工中，一般地质条件下掘进比较顺利，但遇到断层破碎带、岩性接触带、节理密集带、风化蚀变带、软岩挤压带等复杂地质条件时，仍发生了19次卡机事故，其中正洞8次、平导11次，严重影响TBM的正常掘进，特别是严重卡机时，常规的脱困方法难以奏效，需要研究安全有效的脱困技术，从而保证TBM的正常掘进。研究结论:(1)顶部导洞法是处理TBM卡机的一种有效脱困方法；(2)采用顶部导洞法处理TBM卡机时，导洞净空宽度宜为120 cm、净空高度宜为130 cm,管棚工作间宜在拱部120°范围内设置，管棚直径宜为76 mm,环向间距40 cm,仰角1°～3°,长度宜一次穿越隧道前方破碎带；(3)本研究成果可在类似隧道T...     

中天山隧道敞开式TBM施工技术

长大隧道采用TBM(tunnel boring machine)掘进施工是未来长大隧道施工的首选方案.实现TBM掘进与衬砌同步施工能有效利用时间、缩短工期.针对中天山隧道特点,提出中天山隧道敞开式TBM施工关键技术,为未来TBM在长大隧道施工积累了宝贵的施工经验.     

秦岭隧道建造关键技术

秦岭隧道全长18 46km,是目前中国最长的山岭铁路隧道,有4km埋深超过1000m,80%处于极硬岩石地段。施工中,首次引进敞开式全断面挖掘机(TBM)。对适合隧道地质条件和TBM施工的施工方法、工艺参数、围岩分级标准、支护参数、圆形衬砌结构及仰拱预制块设计进行研究,TBM掘进最高速度达531m·月-1。解决平导洞钻爆法施工独头通风9000m的问题,创造钻爆法硬岩快速掘进456m·月-1的国内最高记录。采用弹性整体轨道技术,减少运营环境下隧道维修作业。隧道内一次铺设无缝线路,缩短了施工周期。     

连续皮带机出渣工况下TBM掘进与二次衬砌同步施工技术

以往TBM掘进施工过程中不论采用有轨运输方式出渣还是连续皮带机出渣,都是TBM掘进完成后施作二次模筑衬砌,工期较长,并且与新奥法施工原理不相符,不利于施工安全,不满足施工周期不断缩短的要求。为此,结合西秦岭隧道施工实践,研究了连续皮带机出渣工况下,开敞式TBM掘进与二次模筑混凝土衬砌同步施工技术,并得以成功应用。     

西宁至成都铁路甘青隧道TBM施工方案研究

根据甘青隧道"海拔高、地质条件复杂、生态环境脆弱、辅助坑道设置条件差"等特点,分析钻爆法施工存在的技术问题,并开展TBM施工可行性研究。基于地勘资料,逐段分析TBM施工的风险及对策,得出隧道进口段较适宜TBM施工,但大直径TBM施工风险较高,推荐采用小直径TBM快速施工平行导坑方案;针对断层破碎带、节理密集带等特殊地层,提出设置辅助坑道来提前施工,然后TBM步进通过的方案。并从施工难度及风险、施工通风、施工排水、辅助坑道条件、运营维护及防灾救援、施工工期、工程投资等方面综合分析论证,推荐采用"钻爆法单洞双线隧道+贯通平行导坑(进口敞开式小直径TBM)"方案。     

青云山隧道施工方案研究

结合向莆铁路青云山隧道施工方案的研究,从施工工期、施工风险、环境保护、工程投资等方面系统分析了钻爆法施工和TBM掘进机施工的优缺点,为山岭铁路隧道采用TBM掘进机施工提供参考。     

基于摩尔-库仑准则的双护盾TBM掘进参数研究

研究目的:青岛地铁在国内首次将双护盾TBM应用于城市轨道交通工程,并取得成功,拓宽了双护盾TBM的应用领域。本文结合双护盾TBM在青岛地铁2号线的应用,基于Mohr-Coulomb准则,根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力、围岩强度之间需要满足的力学协调性,针对不同围岩级别,对双护盾TBM施工中掘进参数及模式选择进行研究,从而为双护盾TBM选型及适应性分析提供依据。研究结论:(1)对于Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级围岩地层,刀盘推力可由撑靴提供,可采用双护盾掘进模式;(2)Ⅴ级围岩(软岩、强风化)条件下,撑靴撑力、围岩承载力及刀盘推力三者不能满足力学协调性,滚刀无法成功破岩,故无法实施双护盾模式施工,可采用单护盾掘进模式,由管片方式提供反力;(3)根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力和围岩强度之间的力学协调性,得到不同围岩级别下相应的掘进参数;(4)该研究成果可为城市轨道交通工程TBM施工提供理论参考。     

中天山隧道钻爆法施工段通风方案比选

中天山隧道全长22449m，为全线控制性工程，进口段采用TBM施工，出口段采用钻爆法施工．本文结合辅助坑道、工期要求及施工组织，对出口钻爆法地段施工通风方案进行了研究、比选，并最终确定了合理施工通风方案，为类似工程提供参考．     

大跨度隧道塌方处理技术

研究目的：大跨度隧道洞口地形地质情况复杂，围岩完整性差，易出现塌方，对隧道施工进度和质量影响较大，本文结合大丽线禾洛山隧道出口段塌方的处理，对复杂地形地质情况下大跨度隧道洞口段的施工进行总结。 研究方法：针对禾洛山隧道出口段的地形、地质条件以及塌方情况，采用工程类比、数据分析和优化方案的方法，确定经济合理的处理措施，并对围岩、结构变形等进行了量测和分析，对主要结构进行了必要的检算。 研究结果：针对禾洛山隧道出口段具体的地形、地质以及塌方情况，采取有效的处理措施，取得了良好的效果。 研究结论：大跨度隧道洞口段地形、地质情况复杂，围岩软弱，有效预防和处理隧道塌方，顺利通过洞口段是隧道施工成败的关键。本工程采用大管栅、小导管注浆联合超前支付、预留核心土开挖塌体的处理方法，使塌方得到了有效控制和处理，保证了安全顺利通过塌方段，解决了隧道施工进洞难的问题。     

特长隧洞TBM施工与锚喷支护应用研究

研究目的:通过对特长隧洞衬砌结构的选择、支护参数设计、不良地质段支护技术等方面的研究,为特长隧洞的优化设计和TBM的结构安全和快速施工提供技术支持,工程经验可供今后类似工程参考。研究结论:大伙房输水工程特长隧洞根据围岩条件选择了开敞式TBM+锚喷支护复合衬砌施工方案,并且获得成功。实现的采用锚喷支护+二次衬砌复合衬砌替代管片衬砌既符合现代支护系统的NATM设计理念,解决了TBM施工的止水与排水难题,又节约了大量土地和大量资金。     

饱和软黄土隧道围岩注浆加固参数研究

研究目的:饱和软黄土地层隧道围岩具有强度低、承载力差、抗变形能力弱等特性,因此对饱和软黄土地层隧道围岩注浆加固参数展开研究具有重要意义。依托西安地铁4号线火车站站暗挖西安火车站工程,进行室内黄土力学性能和现场注浆试验,研究含水率对黄土强度特性的影响,分析黄土劈裂注浆浆液扩散的基本规律及劈裂机理,并总结现场隧道围岩注浆加固参数。研究结论:(1)饱和软黄土的含水率降低,其强度呈线性增长,因此注浆后降低了原位土体的渗透性能以及提升土体的黏聚力,整体上提升土体的抗剪强度;(2)黄土劈裂注浆浆液扩散的基本规律及劈裂机理:浆脉夹角近似120°,且高度不一致,长度有差别,在注浆压力逐渐增大的情况下,浆液在黄土体内会先后三次劈裂土体,形成劈裂缝并在其中进行扩散、填充,最终形成黄土劈裂注浆的"Y"型浆脉;(3)加固后的开挖面土体无侧限抗压强度达到0.6 MPa,周边土体加固区达到1.2 MPa,渗透系数≤10-6cm/s,含水率由原先的约30%下降至10%;(4)得出了在饱和软黄土地层中下穿火车站暗挖隧道WSS注浆所使用的配合比、注浆压力控制值、黄土地层下填充系数等参数,可为饱和软黄土地层隧道围岩注浆加固参数的精细化设计提供必要的参考依据。     

秦岭翠华山特长隧道高地应力问题研究

研究目的:关于深埋长大隧道高地应力问题,业界存在许多理论和判据,不同行业、不同项目采用的判据各有不同。究竟如何预判岩爆地质灾害,有效指导安全施工。通过秦岭翠华山特长隧道勘察预判和施工验证,研究隧道高地应力问题及如何预判岩爆灾害。研究结论:秦岭翠华山特长隧道最大水平主应力方向与隧洞轴线方向夹角偏大,发生岩爆是不可避免的;基于地应力参数和岩石参数计算得出洞身开挖时存在岩爆可能性的结论,具有一定的片面性;翠华山隧道施工实践证明,在众多理论和判据中,应该多采用几种判据,综合分析后评价岩爆问题,更能接近于实际。     

液压式盾构/TBM主机平移-空推集成装置的研制

研究目的:目前,隧道掘进机平移与空推工艺多采用不同装置分步完成,装置安装耗时费力,严重影响项目施工进程,且国内外没有可同时解决掘进机主机平移和空推的工法或装置。本文研制了一种基于液压的盾构/TBM主机平移-空推集成装置,将平移与空推工序合一,可极大提高工程施工效率,实现荷载600 t盾构/TBM主机连续移位。研究结论:(1)利用液压力驱动液压马达实现装置移位和驱动轮90°转向,实现了平移与空推工艺集成;(2)多轮系和从动轮碟簧设计可优化载荷分布,从动轮选用自润滑推力关节轴承使装置可适应一定倾斜度和不平度,提升装置运行平稳性;(3) 600 t荷载下,利用聚氨酯包敷于钢轮外的复合轮设计减小了轮系与地面接触应力,降低地面要求;(4) ANSYS仿真分析表明承载台架满足强度要求;(5)目前该装置已成功应用于青岛地铁8号线项目,缩短工期20 d,填补了国内外技术空白,应用前景广阔。     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

客运专线隧道斜井转正洞施工技术

研究目的:武广客运专线金沙州隧道是新广州站及相关工程控制工程之一。由于金沙洲隧道开挖断面大,工期紧,地质条件复杂,迫切需要选择合理的斜井转正洞施工方法这对于保证隧道安全快速施工具有非常重要的意义。研究结果:现场监测表明,采用大包法进行斜井转正洞施工,围岩与支护结构安全可靠,保证了工期,施工质量达到了要求。     

广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术

秀宁隧道为双线大断面铁路隧道,全长13 187 m,是在建广昆铁路的控制性工程。隧址地段的工程和水文地质条件极为复杂,施工非常困难。主要不良地质有隧道出口滑坡、富水断层破碎带、富水岩溶、高地温、高地应力、放射性、煤层瓦斯及有害气体、软岩大变形、岩爆等。结合秀宁隧道隧址地层的地质条件,从隧道掘进、施工通风、安全生产等方面介绍秀宁隧道的主要施工方法和对策;另外对超前地质预报及工程难点与对策也作了说明。秀宁隧道的施工实践对类似地区长大隧道的施工有较好的参考价值。     

复杂地质条件下水底矿山法隧道的围岩位移分析

研究目的:长沙市湘江大道浏阳河隧道为双向四车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由小净距隧道、分离式隧道和明挖隧道组成。根据暗挖段隧道现场监测成果,结合施工措施和开挖工序进行全面分析,为长沙地区水底隧道工程提供了典型参考案例。研究结论:核心土开挖后布设测点造成的总损失量较大;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小,采用三台阶和CD法施工浅覆土Ⅴ级围岩水底隧道,能有效控制沉降。