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盾构法隧道施工技术发展和管理重点探讨

隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 927-942,I0034-I0049页

作者：易国良中铁隧道局集团有限公司广东广州511458

针对盾构施工过程中面临的各类装备、施工和管理难题,结合工程实践,总结近10年来国内外盾构法隧道建造过程中装备关键成果,包括常压换刀技术、刀具状态智能诊断技术、刀盘刀具磨损监测技术、主轴承密封技术、主驱动伸缩摆动技术、推进... 详细信息

针对盾构施工过程中面临的各类装备、施工和管理难题,结合工程实践,总结近10年来国内外盾构法隧道建造过程中装备关键成果,包括常压换刀技术、刀具状态智能诊断技术、刀盘刀具磨损监测技术、主轴承密封技术、主驱动伸缩摆动技术、推进油缸自由分组技术等;以及盾构施工关键技术成果,包括盾构智能掘进技术、带压施工技术、钢套筒盾构始发技术等。同时,分析盾构施工中遭遇的主要难题,如刀盘损坏、主轴承损坏、线路超限等,并从施工技术管理、设备管理、施工过程管理、风险应急管理4个方面,提出盾构施工管理重点。基于上述分析,认为盾构法隧道呈现出以下发展趋势:1)采用多模式盾构修建隧道已成为趋势;2)异形盾构成为地下空间开发的一种新选择;3)智能建造将逐步成为盾构隧道发展的趋势。

关键词：盾构法隧道盾构装备盾构施工施工管理

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

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隧道建设（中英文） 2024年第1期44卷 163-171页

作者：唐绍武郭新新于家武龙文华中铁隧道局集团有限公司广东广州511458 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 中铁隧道集团二处有限公司河北三河065201

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... 详细信息

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。

关键词：挤压性围岩隧道悬臂掘进机法钻爆法现场试验

极高水压下微裂隙竖井井底车场硐室堵水注浆施工关键技术——以大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井为例

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隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 1086-1095页

作者：高广义翟康博谷晴天中铁隧道局集团特种高新技术有限公司上海200120

为有效解决极高水压下微裂隙狭小硐室安全掘进中突水淹井的施工难题,依托大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井井底车场硐室超前堵水施工,针对竖井极高水压(7.6 MPa),地层蒙脱石含量高、可注性差,井底排水能力有限,注浆堵水难度大、要求高等特点... 详细信息

为有效解决极高水压下微裂隙狭小硐室安全掘进中突水淹井的施工难题,依托大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井井底车场硐室超前堵水施工,针对竖井极高水压(7.6 MPa),地层蒙脱石含量高、可注性差,井底排水能力有限,注浆堵水难度大、要求高等特点,在钻注设备选型配套和设备拆卸吊装、极高水压防突措施、超前堵水启动和结束标准制定等方面进行现场试验研究与应用,得出以下结论:1)提出极高水压下微裂隙深大竖井井底车场超前堵水注浆“合理步距、封堵水流;由外到内、环环相扣;间隔跳孔、锁定水源;增加补孔、局部加强”的原则;2)定制大功率窄体履带式液压钻机并配置无级变速超高压低流量双液泵,满足狭小空间钻机反复拆、吊快速安全施工;3)采用溶液型的改性脲醛树脂,以2~3倍静水压力作为注浆终压,有效解决了地层可注性差的问题,达到了较好的堵水效果;4)通过原位压水试验预测前方涌水量并结合井内实际抽排能力,明确“以堵为主、限量排放”的治水原则,利用钻孔压水试验计算渗透系数并以此来制定超前注浆启动标准,以达到注浆效果的渗透系数确定堵水结束标准;5)确定注浆最优循环长度为25 m,综合施工效率达到最高。

关键词：极高水压深大竖井铁路隧道注浆设备配套高压堵水

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大倾角断层不良地质下TBM隧道稳定性分析

煤炭学报 2024年第S1期49卷 121-128页

作者：王利明隧道掘进机及智能运维全国重点实验室中铁隧道局集团有限公司

依托滇中引水大理Ⅰ段香炉山隧洞工程，利用自主研制的微型TBM掘进综合试验系统，开展了TBM穿越断层不良地质工况室内模型试验及数值模拟，研究高地应力下断层对TBM隧道稳定性的影响，分析总结隧道围岩应力应变变化规律及隧道破坏现象... 详细信息

依托滇中引水大理Ⅰ段香炉山隧洞工程，利用自主研制的微型TBM掘进综合试验系统，开展了TBM穿越断层不良地质工况室内模型试验及数值模拟，研究高地应力下断层对TBM隧道稳定性的影响，分析总结隧道围岩应力应变变化规律及隧道破坏现象，揭示断层不良地质卡机致灾机理。研究结果表明：利用微型TBM掘进综合试验平台成功实现了高地应力条件下TBM开挖大倾角断层工况相似模拟试验，隧道成型质量好。TBM掘进过程中隧道上部围岩首先产生裂缝，当TBM掘进至两种材料交接处时拱顶产生少许掉落，在TBM刀盘整体进入断层带后，拱顶产生大范围塌方，最终形成筒仓式塌落腔，隧道结构被破坏；受断层界面上方围岩滑动影响，原岩内(交界面下方)围岩压力整体呈现先增大后减小的趋势。TBM掘进时对掌子面前方围岩压力影响范围主要在0.43D～0.50D(D为洞径)，围岩压力最大增大1.19倍。隧道拱顶上方内部围岩位移随TBM掘进具有4个明显的变化阶段。上部围岩越靠近隧道轮廓线变形越大，TBM穿越断层交界面时围岩变形速率最大，对围岩内部位移影响范围主要在掌子面前方1.21D和上方1.50D以内，断层影响范围约在1.73H(H为断层交界面水平投影长度)以内。这主要是由于断层交界面上方松散围岩滑移松动，同时它极易导致TBM卡机，因此施工宜先对断层交界面处进行超前处理，降低TBM施工风险。

关键词：断层隧道稳定性室内模型试验数值分析围岩压力围岩内部位移

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铁路隧道TBM施工物料运输方式对比分析

隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 1077-1085页

作者：齐梦学曾绍毅杨庆辉刘卓郭志龙中铁十八局集团隧道工程有限公司重庆400700 中铁十八局集团有限公司天津300222

为便于选择TBM施工物料运输方式,以铁路隧道为工程背景,首先,简要总结有轨运输和无轨运输2种运输方式的特点及其工程应用情况;然后,根据施工实践拟定典型工况,研究典型工况下的运输方案及设备配置,并从设备配置和工期2个方面对有轨运输... 详细信息

为便于选择TBM施工物料运输方式,以铁路隧道为工程背景,首先,简要总结有轨运输和无轨运输2种运输方式的特点及其工程应用情况;然后,根据施工实践拟定典型工况,研究典型工况下的运输方案及设备配置,并从设备配置和工期2个方面对有轨运输和无轨运输进行详细对比分析。研究结果表明:1)有轨运输和无轨运输在铁路隧道TBM施工中技术上都是可行的,总工期无明显差异。2)我国配合TBM施工的内燃机车质量明显不高且突破难度较大,应努力提升电动机车的工程适应性、可靠性、耐久性以及人性化设计;同时,需要规范有轨运输设备配置要求、轨道铺设和维护质量,以提升有轨运输的效率。3)需要研究适合TBM施工工况且成本低、通用性好的无轨运输设备。

关键词：铁路隧道 TBM 物料运输有轨运输无轨运输

高水压盾构滚刀用橡胶套管的自适应平衡特性研究

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隧道建设（中英文） 2024年第4期44卷 705-711页

作者：李英发陈彦涛姜海峰张耀鑫曾婧李焕旭王彪张国鹏中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司河南新乡453011

为保持滚刀浮动密封的有效性,滚刀内外压力差需要控制在0.3 MPa内,而工作环境水压可以达到1.4 MPa,因此需要设计自适应压力平衡结构降低滚刀内外压差。常规的活塞式平衡阀经常由于高压环境下的岩渣堵塞或者O型圈动密封快速磨损导致滚刀... 详细信息

为保持滚刀浮动密封的有效性,滚刀内外压力差需要控制在0.3 MPa内,而工作环境水压可以达到1.4 MPa,因此需要设计自适应压力平衡结构降低滚刀内外压差。常规的活塞式平衡阀经常由于高压环境下的岩渣堵塞或者O型圈动密封快速磨损导致滚刀浮动密封失效。因此针对高水压环境下滚刀内外压力自动可靠平衡问题,设计了自适应平衡橡胶套管:通过气囊变形响应外界压力变化,实现滚刀内介质对于外界压力变化的动态跟随功能。首先,采用理论分析的方法研究橡胶套管自适应平衡机制,并基于仿真与理论分析相结合的方式给出自适应平衡橡胶套管性能评估方法;其次,通过套管参数的敏感性分析给出优选的结构参数、试制等径式橡胶套管,并进行压力跟随试验,发现输入压力为0~0.6 MPa时,内外压差为0.12 MPa;最后,将试制橡胶套管应用在盾构滚刀项目中,滚刀运行状况良好。

关键词：高水压自适应平衡橡胶套管密封盾构滚刀

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下穿铁路咽喉道岔区线路加固体系研究

铁道工程学报 2024年第5期41卷 34-40页

作者：赵大亮刘金国郭小亮中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

研究目的:由于道岔区轨道刚度和质量分布不均匀及其固有的不平顺性,结构受力比正线复杂。道岔一直是病害高发区域和养护维修的难点,因此顶桥下穿铁路咽喉道岔区比铁路正线风险高、难度大。基于此,本文提出一种新的受力性能好、适用范围... 详细信息

研究目的:由于道岔区轨道刚度和质量分布不均匀及其固有的不平顺性,结构受力比正线复杂。道岔一直是病害高发区域和养护维修的难点,因此顶桥下穿铁路咽喉道岔区比铁路正线风险高、难度大。基于此,本文提出一种新的受力性能好、适用范围广、应用于顶桥下穿多股道铁路咽喉道岔区的加固体系。研究结论:(1)横梁按照简支梁结构计算与实际横梁受力状态不相符,对纵横梁加固体系进行数值模拟分析时,将纵梁、钢轨、扣轨梁及岔枕等构件考虑在内,与实际工程中横梁的受力状态较为相符;(2)路基模量的变化对横梁和钢轨位移影响较小,为防止施工中顶桥区域及其两侧路基塌陷,建议采取适当注浆措施;(3)本文研究对顶桥下穿多股道既有铁路道岔区工程加固体系设计具有借鉴意义。

关键词：桥梁工程框架桥纵横梁加固体系道岔区有限元变形

基于人工智能的隧道掘进机自动化控制技术优化

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中国机械 2024年第8期 89-92页

作者：张云川中铁隧道集团二处有限公司

本文旨在探讨基于人工智能的隧道掘进机自动化控制技术的优化。在岩体信息动态获取与识别方面引入了线阵激光扫描技术，通过PointRCNN算法实现对岩渣三维特征的自动识别，结合多目视觉摄像技术和边界识别算法提出了岩体完整性实时监测... 详细信息

本文旨在探讨基于人工智能的隧道掘进机自动化控制技术的优化。在岩体信息动态获取与识别方面引入了线阵激光扫描技术，通过PointRCNN算法实现对岩渣三维特征的自动识别，结合多目视觉摄像技术和边界识别算法提出了岩体完整性实时监测方法，通过CED边界识别算法和DepthCameraD455自动测量裂隙间距离发现裂隙和变形。垂向姿态智能控制方法通过采用基于模型预测控制（MPC）的方式，水平姿态智能控制方法则采用模糊控制系统建立智能水平姿态控制模型，实现了对垂直和水平姿态的智能化调整，可供相关人员参考。

关键词：隧道掘进机人工智能自动化控制技术岩体信息动态获取模型预测控制

地铁车站盾构接收区近接既有建筑物超宽扩挖施工技术

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城市轨道交通研究 2024年第8期27卷 149-154,160页

作者：潘伍中铁隧道局集团建设有限公司南宁530007

[目的]为解决地铁车站超大断面下穿扩挖施工引起的地面既有建筑物沉降控制困难的问题。[方法]依托成都地铁新建18号线倪家桥站盾构接收区下穿既有立交桥引桥工程,通过数值模拟分析方法,开展了地铁车站盾构接收区近接既有建筑物超宽扩挖... 详细信息

[目的]为解决地铁车站超大断面下穿扩挖施工引起的地面既有建筑物沉降控制困难的问题。[方法]依托成都地铁新建18号线倪家桥站盾构接收区下穿既有立交桥引桥工程,通过数值模拟分析方法,开展了地铁车站盾构接收区近接既有建筑物超宽扩挖施工技术研究,并采用现场监测数据进行了验证。[结果及结论]采用超前大管棚、12导洞分部扩挖法以及复合式衬砌等施工技术,能够在有效控制既有建筑物沉降的前提下,实现车站主体结构长距离扩挖,保证车站盾构接收区结构的吊装净空;对既有建筑物沉降变形造成主要影响的施工步骤是①、⑦导洞围护桩的破除,以及①、⑦导洞的开挖;既有建筑物在①、④导洞处沉降明显,最大沉降值为8.82 mm,是模拟结果沉降最大值的1.21倍;实测结果与模拟结果均满足安全控制要求。

关键词：地铁车站盾构接收区下穿建筑物超宽扩挖施工技术

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