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钻爆法隧道智能建造:最新技术与未来展望

现代隧道技术 2024年第2期61卷 18-27页

作者：朱合华凌加鑫朱梦琦李晓军武威同济大学土木工程学院上海200092 土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

在隧道建造条件的极端化和新一代信息技术发展引起的产业变革的双重影响下,隧道智能建造成为了隧道建设发展的必然趋势。隧道智能建造是顺应第四次工业革命的需要,用信息技术的理论和方法改造和提升传统隧道建造模式,实现隧道建设的数... 详细信息

在隧道建造条件的极端化和新一代信息技术发展引起的产业变革的双重影响下,隧道智能建造成为了隧道建设发展的必然趋势。隧道智能建造是顺应第四次工业革命的需要,用信息技术的理论和方法改造和提升传统隧道建造模式,实现隧道建设的数字化赋能和数字化转型,从而成为推动隧道建设发展的核心驱动力。在这样的背景下,文章聚焦于钻爆法隧道智能建造的最新技术发展,对隧道智能建造必要性、整体解决方案、“采集-传输-处理-表达-分析-服务”信息流进行阐述,最后对隧道智能建造的未来进行展望。通过综述目前隧道智能建造领域数据采集、传输、处理、表达、分析和服务的最新技术和研究进展,提出了“数字-数值-数据一体化分析理论”、“人-机-环境全要素数字孪生”、“采集-设计-施工一体化建造模式”和“全工程设备自动化”四大关键难题,以期实现隧道智能建造,提高重大基础设施工程质量和建造效率。

关键词：钻爆法智能建造解决方案智能设计和分析智能施工

钻爆法铁路隧道预制装配化建造研究及智能建造展望

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隧道建设（中英文） 2022年第7期42卷 1119-1134,I0003-I0018页

作者：马伟斌王志伟中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

针对目前在钻爆法铁路隧道装配化建造领域缺少对概念、体系架构、关键技术等方面系统归纳总结的现状,开展针对性阐述与归纳总结。首先,阐述钻爆法隧道预制装配式建造方案;然后,针对钻爆法铁路隧道预制装配化建造整体技术体系,详细阐述... 详细信息

针对目前在钻爆法铁路隧道装配化建造领域缺少对概念、体系架构、关键技术等方面系统归纳总结的现状,开展针对性阐述与归纳总结。首先,阐述钻爆法隧道预制装配式建造方案;然后,针对钻爆法铁路隧道预制装配化建造整体技术体系,详细阐述钻爆法装配式隧道在理论研究、设计方法、施工方法和工程管理等方面的核心内容和关键技术;最后,分析装配化建造方式在实现智能建造方面的优越性,给出实现智能建造的技术路径,并提出钻爆法装配式隧道智能建造的愿景。

关键词：钻爆法铁路隧道装配化建设智能建造

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钻爆法隧道机械化施工二衬支护时机优化方法

中国公路学报 2023年

作者：陈子全孙振宇周子寒李天胜汪波徐国文蒋长伟西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室重庆交通大学未来土木科技研究院北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心

近年来我国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造，这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率，但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机，对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁。通过调研隧... 详细信息

近年来我国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造，这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率，但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机，对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁。通过调研隧道设计、施工规范关于确定二衬支护时机的相关原则及控制指标，梳理机械化全工序施工的作业线布设方案，提出了钻爆法隧道机械化施工背景下二衬支护时机的动态优化方法，综合围岩弹塑性本构模型，以及喷射混凝土、钢拱架、锚杆、二次衬砌本构模型，建立了围岩-支护结构相互作用全历程解析方法用于求解承载极限比、荷载分担比，最后计算分析了围岩安全系数的分布规律。结果表明：通过算例分析验证了提出的机械化施工二衬支护时机动态优化方法的有效性；不同强化的初支方案对应了80 m ～ 120 m的机械装备作业线布设距离（二衬最晚支护时机），且二次衬砌可分担7% ～ 13%的围岩荷载；80 m、100 m、120 m机械装备作业线布设距离对应的初支方案下围岩整体安全系数分别为1.19、1.30、1.26，均满足安全控制基准。

关键词：隧道工程机械化施工钻爆法二次衬砌支护时机

钻爆法公路隧道装配式仰拱结构型式及受力特征研究

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钻爆法公路隧道装配式仰拱结构型式及受力特征研究

作者：郝英中国矿业大学

学位级别：硕士

近些年我国公路基础建设发展迅速,一大批长大公路隧道即将修建。仰拱作为隧道支护结构中的重要组成部分,可以大大提高隧道的整体稳定性。同时预制结构已逐渐成为社会发展的方向,因此,研究公路隧道预制仰拱结构结构型式及其受力特征具有... 详细信息

近些年我国公路基础建设发展迅速,一大批长大公路隧道即将修建。仰拱作为隧道支护结构中的重要组成部分,可以大大提高隧道的整体稳定性。同时预制结构已逐渐成为社会发展的方向,因此,研究公路隧道预制仰拱结构结构型式及其受力特征具有重要的理论意义和工程实践价值。本文以甘肃省某钻爆法公路隧道作为工程依托背景,采用资料收集、数值模拟、室内试验等综合研究方法,对钻爆法公路隧道预制仰拱结构型式进行优化设计,并对其结构受力特征进行研究。获得的主要研究成果如下:（1）整理收集国内外不同隧道预制仰拱结构的应用案例,总结设计出两种适用于钻爆法公路隧道的预制仰拱结构型式。通过在结构型式特点、施工速度、排水能力等方面进行综合比选,得出箱型预制仰拱为较为合适的预制仰拱结构型式。并提出一套目前技术可行性高的钻爆法公路隧道预制仰拱结构设计体系。（2）采用室内相似模型试验与数字照相量测技术相结合的方法,研究了该箱型预制仰拱结构承载力以及其在荷载作用下的破坏形式及稳定性问题。得出预制仰拱破坏大致分为加载致密、弹性变形、塑性破坏3个阶段。竖向压力产生的拉张破坏作用是预制仰拱裂隙发展的主要原因,预制块接缝处以及各个预制块中柱转角处是预制仰拱结构最为薄弱的部位。（3）通过建立精细化模型对箱型预制仰拱结构在不同分块、厚度、埋深、螺栓强度条件下受力特征规律进行研究。得出箱型预制仰拱结构上表面易受拉破坏,两端底部、各个预制块中柱转角处、接缝部位为结构薄弱部位,与试验结果相一致。通过将不同参数对仰拱结构的影响进行比选,最终认为7分块、上部厚度20cm,下部厚度40cm、1.2m幅宽、8.8级高强螺栓的箱型预制仰拱结构型式最为合适,并提出箱型预制仰拱的现场设计施工方案。（4）利用Flac3d数值模拟软件对箱型预制仰拱与上部支护结构共同受力作用进行研究,归纳总结不同埋深、喷射混凝土厚度、二衬厚度、开挖方式对于围岩和整体支护结构的位移和受力影响规律。得出不同埋深、开挖方式对于围岩以及支护结构影响较大,不同喷射混凝土厚度、二衬厚度对于围岩以及支护结构影响较小。其中在围岩条件较差、埋深较大情况下,隧道采用CRD工法是减小围岩、支护结构破坏以及变形较好的开挖支护方式。该论文有图76幅,表24个,参考文献104篇。

关键词：钻爆法公路隧道预制仰拱模型试验数值模拟

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铁路山岭隧道钻爆法关键技术发展及展望

铁道学报 2022年第3期44卷 64-85页

作者：马伟斌中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

我国利用钻爆法修建了世界上数量最多、总里程最长的隧道,梳理钻爆法技术发展现状及发展趋势,对形成适用于我国国情的隧道建造技术体系具有重要意义。回顾了钻爆法基本理论和方法的发展历程,阐述了新奥法、新意法及挪威法的核心理念,系... 详细信息

我国利用钻爆法修建了世界上数量最多、总里程最长的隧道,梳理钻爆法技术发展现状及发展趋势,对形成适用于我国国情的隧道建造技术体系具有重要意义。回顾了钻爆法基本理论和方法的发展历程,阐述了新奥法、新意法及挪威法的核心理念,系统总结了我国山岭隧道主要设计、施工方法。按照隧道施工作业工序分析了近十年钻爆法的关键技术在工程中的应用,以及我国隧道钻爆法施工机械化装备的技术概况。总结了我国山岭隧道钻爆法发展面临的问题及挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：铁路隧道钻爆法基本理论设计方法施工关键技术

考虑片理倾角的钻爆法隧道松动圈演变规律研究

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地下空间与工程学报 2023年第5期19卷 1602-1610页

作者：王景春刘凯林李永昊杨秋亮常子红石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院石家庄050043

为探究片岩隧道钻爆法开挖围岩松动圈演变规律,以牛栾村隧道为依托,运用地质雷达法对现场松动圈范围进行探测;采用数值仿真方法,模拟不同倾角片岩隧道爆破开挖过程,分析围岩松动圈的分布范围及演变规律。结果表明:受片理影响隧道松动圈... 详细信息

为探究片岩隧道钻爆法开挖围岩松动圈演变规律,以牛栾村隧道为依托,运用地质雷达法对现场松动圈范围进行探测;采用数值仿真方法,模拟不同倾角片岩隧道爆破开挖过程,分析围岩松动圈的分布范围及演变规律。结果表明:受片理影响隧道松动圈并不总沿轮廓线对称分布,且水平与竖直方向不对称性的表现程度不同;由于内部片理构造与外部爆破开挖扰动的共同作用,片岩极易沿片理方向发生破坏,松动圈的形成也易沿片理方向发展;随着钻爆开挖的进行,松动范围呈非线性累积扩展状态,4次钻爆之后对初次产生的松动圈影响不再明显,隧道各部位累积程度不同;地质雷达的使用能够有效地实现隧道多次钻爆后围岩松动范围的探测。

关键词：隧道松动圈钻爆法片岩片理倾角

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高速铁路钻爆法隧道分序支护设计技术研究

隧道建设（中英文） 2023年第3期43卷 369-382,I0016-I0029页

作者：肖明清徐晨谢壁婷陈文鹏王克金中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063

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... 详细信息

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%。

关键词：高速铁路隧道钻爆法智能建造分序支护安全系数支护设计理论施工效率

钻爆法双线铁路隧道预制拼装二次衬砌分块方式研究

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现代隧道技术 2021年第6期58卷 46-58页

作者：周晓军郭建杨昌宇卿伟宸熊国兴旷文涛潘英东西南交通大学土木工程学院成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

针对钻爆法施工隧道二次衬砌采用模筑混凝土衬砌时其施工速度慢且拱部衬砌质量难以达到设计要求等问题,提出适用于钻爆法施工的双线铁路隧道预制拼装二次衬砌结构分块方案。基于盾构法隧道管片接头的计算理论,计算得到预制二次衬砌横向... 详细信息

针对钻爆法施工隧道二次衬砌采用模筑混凝土衬砌时其施工速度慢且拱部衬砌质量难以达到设计要求等问题,提出适用于钻爆法施工的双线铁路隧道预制拼装二次衬砌结构分块方案。基于盾构法隧道管片接头的计算理论,计算得到预制二次衬砌横向和纵向接头的刚度值。利用梁-弹簧计算模型对不同分块方案进行对比和分析,研究不同厚度拼装衬砌的受力特性,提出较优的拼装二次衬砌厚度为500 mm。同时采用壳-弹簧计算模型对不同幅宽的通缝拼装二次衬砌内力分布进行了分析,结果表明,预制拼装二次衬砌内力分布具有明显三维特性,接头边缘部位弯矩较大,而中部弯矩较小,拼装二次衬砌的幅宽宜为2.0 m。

关键词：钻爆法铁路隧道预制拼装二次衬砌接头刚度数值分析

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钻爆法单线铁路隧道装配式仰拱结构形式研究

铁道标准设计 2021年第8期65卷 101-106页

作者：刘建红中铁第一勘察设计院集团有限公司桥梁隧道设计院西安710043

仰拱对隧道的长期稳定性和运营安全性有重要影响,已建铁路隧道的仰拱大多采用现浇的施工方式,近年来时有病害发生,给铁路运营带来很大的安全隐患。为提高仰拱施工质量,加快修建速度,改善施工环境,提出钻爆法单线铁路隧道装配式仰拱设计... 详细信息

仰拱对隧道的长期稳定性和运营安全性有重要影响,已建铁路隧道的仰拱大多采用现浇的施工方式,近年来时有病害发生,给铁路运营带来很大的安全隐患。为提高仰拱施工质量,加快修建速度,改善施工环境,提出钻爆法单线铁路隧道装配式仰拱设计理念。从施工工艺、吊装运输、施工效率、施工环境等方面,对"装配式仰拱+现浇混凝土填充层分离结构、装配式仰拱+装配式混凝土填充层组合结构及装配式仰拱+混凝土填充层一体化结构" 3种结构形式进行综合论述分析,并采用荷载-结构模型对处于Ⅴ级围岩地层的一体化结构进行数值计算。研究结论:隧道轨下结构采用"装配式仰拱+混凝土填充层一体化结构"更适应于钻爆法施工的单线铁路隧道;装配式一体化结构的安全系数及裂缝均能满足规范要求。仰拱与混凝土填充层整体预制的设计理念为钻爆法单线铁路隧道的设计与施工提供新思路。

关键词：单线铁路铁路隧道钻爆法装配式仰拱数值计算组合结构结构形式