浙江省公路隧道科技成果回顾与展望

为促进浙江省公路隧道工程建设中科技创新成果的推广和应用,回顾数十年来浙江省公路隧道建设的发展历程,总结浙江省隧道工程领域的科技成果及其应用情况,包括特殊隧道建设技术、安全节能运营技术和隧道养护技术3方面代表性成果。然后,分析浙江省公路隧道领域在钻爆法施工质量缺陷、钻爆法机械化信息化程度低、TBM/盾构法占比低、智能新技术应用少、预防性养护与装备技术应用滞后等方面的短板。最后,提出未来浙江省隧道工程安全、智能、绿色3大重点发展方向。     

中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。     

当金山特长隧道设计方案研究

在高原、高寒地区修建单线单洞特长隧道,面临隧道勘察选线、施工方法选择、长距离通风、深竖井施工、生态脆弱区环境保护以及低氧环境下施工等一系列世界性技术难题。结合敦煌至格尔木铁路当金山特长隧道的设计全过程,对特长隧道的勘察设计进行全方位介绍。针对当金山特长隧道"三高(高海拔、高地应力、高地震烈度)"、"两低(气温低、气压低)"的地域特点,以及"三长(单面坡长、独头通风距离长、反坡排水距离长)"、"两多(断层破碎带多、不良地质多)"、"两大(埋深大、水量大)"等工程特点,对"钻爆法、TBM法、钻爆法+TBM法"3种施工方案进行系统的经济技术比选,最终确定大型机械配套的钻爆法施工方案。最后对单线铁路特长隧道的设计与施工提出了一些建议:1)特长隧道选线时重视物探技术;2)处理好勘察与设计的关系;3)高海拔特长隧道应加大机械化施工;4)特长隧道应充分发挥平行导坑的作用;5)重视环境设计。     

中国隧道工程学术研究综述·2015

为了促进中国隧道工程学科的发展,系统梳理了各国隧道工程领域的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景.首先在总结中国隧道工程建设历程和现状、技术发展与创新的基础上对未来隧道工程的发展趋势进行了展望;然后分别从钻爆法、盾构工法、沉管工法、明挖法和抗减震设计等方面对隧道工程设计理论与方法进行了系统梳理;进而从不同工法(钻爆法、盾构工法、TBM、沉管工法、明挖法)的角度对隧道施工技术进行了详尽剖析;最后从运营通风、运营照明、防灾救灾、病害、维护与加固等方面对隧道运营环境与安全管理进行了全面阐述,以期为隧道工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料.     

中国铁路、隧道与地下空间发展概况

通过总结目前中国隧道的修建概况,说明中国是目前世界上隧道和地下工程数量最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家;从时速250～350 km高速铁路、时速200～250 km既有线提速、高原冻土铁路、铁路重载运输4个方面的建设成就和4个技术平台的搭建阐述铁路快速、高效发展的现实;介绍中国中长期铁路网规划、国际铁路通道提议及将要实施的重大工程;扼要总结中国隧道及地下工程修建的主要技术：1）江、河、海底隧道修建技术;2）钻爆法施工技术;3）浅埋、超浅埋暗挖法施工技术;4）开敞式TBM全断面掘进机施工技术;5）盾构法施工技术;6）沉管法施工技术;7）辅助工法;8）明挖法地下深基坑围护结构施工技术;9）地铁车站施工技术;10）环境保护施工技术;11）高新技术改造、提高隧道施工质量技术。     

东方红-WZJ300挖装机的研究

隧道开挖多采用钻爆法,可以分段开挖,加快工程进度,与全断面法（使用TBM时）相比施工成本低。钻爆法出渣作业中需要使用高效的挖装机。通过对隧道挖装机双动力的匹配技术、工作装置的有限元分析技术、负荷传感液压系统技术、电控风扇冷却系统技术、电控系统技术等进行研究,完成样机试制,经工业性使用试验,表明产品达到了国内领先水平。     

台湾海峡隧道工程规划方案若干关键性问题的思考

首先对台湾海峡隧道的若干技术关键问题作了简要归纳,包括地质地貌、线位选择、过海交通方式、耐久性问题、施工方法、加建中间服务隧道的必要性及主要功能等。简要分析了修建隧道过海的技术优势和存在的问题,指出对台海大通道桥、隧方案的比选和优化,日后定将是前期方案和工程可行性设计中的重中之重,应从长计议。重点对隧道越海施工方案和工期的设想进行了阐述,推荐采用第1方案(中间服务隧道(5.5)先行,主洞大型TBM(8.0 m)和后面的车架先拆卸成块后从服务隧道和平洞进入主隧道内,经洞内组装后再开挖掘进),第2方案作为备选(先用5.5 m TBM开挖(经横洞时仍需拆卸,待进入主隧道后再在洞内组装);主洞先形成5.5 m小洞后,随后再用钻爆法扩挖成型8.0 m)。按第1种方案对150 km的隧道工期进度进行了估算,含地勘在内的估算工期约为30年。     

高楼山特长公路隧道施工方案研究

针对高楼山隧道特殊的工程特点,本文展开施工方案研究。首先,从工程规模及设备配置、土建投资估算和土建工期等方面进行综合比较,推荐高楼山隧道采用一台小断面TBM小导洞结合钻爆方案和一台全断面TBM结合钻爆施工方案。其次从地质条件、施工管理等方面分析了高楼山隧道采用TBM施工的可行性,得出高楼山隧道采用TBM施工可行。     

近2年我国隧道及地下工程发展与思考(2019—2020年)

我国隧道及地下工程在"十三五"期间得到了长足发展,尤其是在新型冠状病毒疫情突然来袭的艰难形势下,2019—2020年无论是质还是量方面,铁路、公路、地铁等领域的隧道工程建设都取得了骄人的成就。对比分析近2年我国铁路、公路、地铁等领域隧道整体建设情况,从工程特点、工程难题及对应技术创新等方面,对佛莞城际狮子洋隧道、郑万铁路小三峡隧道、汕头海湾隧道等已建隧道工程,及大瑞铁路高黎贡山隧道、天山胜利隧道、川藏铁路色季拉山隧道等新开工隧道工程进行分析阐述。系统梳理近2年我国隧道及地下工程领域所取得的技术进步及未来发展中仍需要进一步突破的建设技术需求:1)基于渭武高速木寨岭隧道、引汉济渭秦岭隧洞、汕头海湾隧道等工程的建设,高地应力软岩变形控制技术、硬岩岩爆监测及处置技术、高地震烈度区海底隧道修建技术等,取得了较大突破与成功应用;国产大直径TBM和异型大断面隧道掘进机制造及应用技术迈上了新台阶,国产盾构主轴承及整机再制造装备得到了成功验证与应用;高压水耦合辅助破岩技术、基于大数据挖掘技术的盾构/TBM巡航掘进技术等在隧道行业中进行了尝试应用。2)面对穿江越海、川藏铁路等极端环境或复杂地质条件下的隧道建设需求,新型破岩方法、多功能混合型TBM装备、低真空管道磁浮隧道建设技术等亟需取得突破。3)针对传统隧道工程理念方法难以解决川藏铁路隧道等极端复杂地质隧道工程的关键性难题,提出隧道场的概念,指出应逐步建立并完善隧道场解重构理论与方法,革新极端复杂地质隧道设计理念;结合隧道及地下工程的复杂性、多变性、不可预测性等特点,有目的、有计划地促进"智能建造"、"5G"等先进技术与隧道及地下工程的有机融合。     

对隧道TBM导洞扩挖法施工的探讨与展望

介绍导洞法的概念及其作用,分析导洞法的特点及其适用条件。以2座已建成运营的单洞双线铁路隧道和1座施工图设计阶段的双洞6车道高速公路隧道共3座地质差异较大的特长隧道为依托,主要进行以工期关键工序--挖掘和初期支护为研究对象的工期方案模拟,并比对模拟方案工期与实际或施工图设计工期。认为： 1）软弱破碎围岩比例高的单洞隧道应慎重采取TBM导洞法。2）仅用1台TBM单向导洞法取代工期性辅助导坑对单洞特长隧道而言是不可行的;在单洞特长隧道建设中,2台TBM相向实施TBM导洞法是可行的,但须具备设置辅助导坑的条件,辅助导坑宜按无轨双车道断面设置。3）在双洞特长隧道建设中,双洞各用1台TBM相向平行导洞法则有望取代工期性辅助导坑;双洞特长隧道实施TBM导洞法,在工期、成本(投资)、不良地质应对方面有明显优势。4）川渝地区广泛分布的泥岩、砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩及其互层地层具有实施TBM导洞法的天然地质优势。最后对TBM导洞法的应用前景进行了展望。     

我国隧道及地下工程发展现状与展望

分析我国隧道及地下工程的现状,包括铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水工隧洞、市政隧道和地下能源洞库等。总结近年来我国隧道及地下工程在各个方面的技术发展与创新,包括:勘测与地质预报、设计方面、施工方面、防灾救灾与通风照明、风险控制与运营管理、防水排水新材料与新工艺应用等方面。重点对施工技术方面的技术发展与创新进行了较为详细的阐述,包括:浅埋暗挖技术,盾构、TBM装备与施工技术,单护盾TBM,敞开式TBM,矩形顶管技术,盾构始发、到达零覆土技术,岩溶隧道处理技术,高地应力隧道变形控制及岩爆处理技术,钻爆法机械化作业线,瓦斯隧道问题,沉管隧道技术等。最后,对我国隧道及地下工程的发展进行展望,认为:特长隧道将成为我国隧道建设的"新常态",地铁工程将持续发展,城市铁路将逐步地下化,城市地下公路会悄然兴起,城市排蓄水工程深层隧道方案值得推广,地下空间开发利用与地下管廊工程将由原来的"单点建设、单一功能、单独运转"转化为"统一规划、多功能集成、规模化建设"的新模式,地下能源洞库将成为必然,南水北调西线工程值得期待,三大海峡通道的建设势在必行,互联互通的国际通道建设其隧道工程将会很多,也会遇到诸多挑战。总之,我国隧道及地下工程事业将会有更大的进步和更为广阔的发展空间。     

公路水下隧道地质勘察技术分析

通过总结我国公路水下隧道地质勘察设计经验,结合钻爆隧道、盾构隧道、沉管隧道及堰筑隧道4种水下隧道建设工法的设计与施工特点,提出水下隧道地质勘察成果不仅应满足各设计阶段的要求,而且还应满足工法的需要。强调地质勘察质量取决于勘察方案的合理性、勘察手段的针对性以及勘察成果的完整性。制订切合实际的地质勘察方案,投入与各阶段设计深度相适应的地质勘探工作量,对提升地质勘察工作的质量和保证工程安全至关重要。通过综合分析,给出了不同地质条件下各类水下隧道的合理勘探方法与应达到的勘察深度,对提高水下隧道工程质量与安全具有参考价值。     

铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

为配合郑万高铁实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、快速、高质量修建技术，针对超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌等关键工序开发系列化智能装备，并系统性地总结和提炼钻爆法隧道智能建造装备的4大支撑技术，即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统，是实现隧道全生命周期智能化的基础与前提； 同时，运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术，研究施工协同管理平台，借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台，实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动，为隧道智能建造提供装备保障。     

我国公路隧道改扩建技术发展现状及研究展望

通过分析近20年来国内隧道改扩建的发展历程，梳理增建隧道、原位扩建隧道、组合扩建隧道及改建隧道等不同型式的案例，归纳隧道改扩建型式、施工工法、施工力学响应、支护参数设计与优化、安全控制等研究热点的进展，并指出存在的不足。具体如下： 1）在改扩建型式研究上，不同工程的选型指标差异大，缺乏指导性标准； 2）在施工工法研究上，设计多偏于保守，如何利用既有隧道衬砌并实现高效施工，亟待系统研究； 3）在施工力学响应及支护参数的研究上，不同工程的现场监测、解析求解、数值模拟结果存在较大差异，且缺乏对复杂动态加卸载条件下围岩变形、应力及塑性区演变规律的研究，需结合更多的工程实践总结出特点及规律，并建立支护参数优化分析体系； 4）在施工安全控制研究上，主要从减轻爆破振动、优化支护布置、软弱围岩局部加固及施工辅助措施方面考虑，并制定风险源评价的定量指标体系。最后，展望隧道改扩建工程标准化设计、信息化管理、绿色施工及快速建造的发展方向。     

漫谈矿山法隧道技术第十一讲——谈隧道施工机械化

阐述我国隧道施工机械化的现状。指出： 1)我国缺乏专门研究和制造隧道施工机械的企业; 2)隧道施工机械化的水平参差不齐; 3)由于客观原因一些大型施工机械得不到充分利用,甚至弃之不用; 4)遇到施工难题没有可以选择的施工机械可以利用,制约了隧道施工机械化的发展。在一般围岩条件下,我国重点隧道的施工机械化水平,基本上能够满足施工要求;但在不良围岩条件下,机械化的差距特别突出,与预支护技术相适应的施工机械的研制和开发必须提到日程上来。重点介绍了日本的几种施工机械： 1)与围岩补强或预支护相适应的施工机械,如长钢管超前支护专用钻注一体机及搭载在台架上的液压凿岩机、控制拱脚下沉的弯曲钻机; 2)提高施工效率的施工机械,如钻孔机械（多臂钻孔台车、排钻）、喷射机械（双机械手干喷,大容量、低粉尘的新型喷射系统,长臂喷射机）; 3)单跨、双跨、三跨仰拱栈桥; 4)充分发挥施工机械综合能力的集约化施工机械,如多臂TWS（隧道机组工作站Tunnel Work Station）、移动式大功率通风除尘机。指出提高隧道施工机械化的程度,大幅度缩短单项作业的时间,发挥综合机械化的威力,确保快速施工和工程质量是当务之急,机械化或工厂化施工是大势所趋,特别是在TBM法和盾构法在我国基本上已经实现工厂化施工的情况下,矿山法隧道也应该逐步向这个方向发展,这也是时代的要求。     

TBM隧道施工SPS（持续、均衡、快速）作业法研究及应用

TBM法隧道施工技术在我国已经得以大力推广,同时施工的TBM数量已达40余台（套）,有TBM施工业绩的企业近20家。TBM法隧道施工规模的扩大,并未能带动整体施工水平的全面提升,TBM掘进施工速度差异巨大且不均衡已经成为较为显著的问题,导致工期延迟、成本增加,造成巨大的经济和社会效益损失。结合近20年的TBM施工实践,探索并实施SPS作业法,即TBM持续、均衡、快速施工技术,提出“3个基础”“10项措施”实现适宜地质条件下TBM持续、均衡、快速施工;而在恶劣地质条件下,通过完善设备功能与性能、改进施工工艺,提升TBM工程适应性; 从而促进TBM工法科学、可持续发展。     

中天山特长大隧道施工#1斜井通风技术

中天山隧道为双单线隧道,是国内少数几座特长大隧道之一,进口采用TBM掘进,出口为钻爆法施工。在出口五千多米的位置设置了一条2547m长的单车道斜井,坡度为11.3%。着重介绍斜井通风方案的比选及相应措施的施工技术。通过实践表明,采用大功率风扇通风接力排烟方案简便、可行,效果良好,为类似特长大隧道斜井的通风排烟积累了施工经验。