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第218期 隧道高质量建设的路径选择与实践

2024-7-3 12:00

【52监测网讯】第218期 隧道高质量建设的路径选择与实践


52监测网专家报告分享-第218期
《隧道高质量建设的路径选择与实践》 
中国国家铁路集团有限公司川藏办 王志坚

目录
一、当前铁路隧道建设存在的问题
二、郑万高铁隧道高质量建设探索
三、结束语

内容介绍

一、当前铁路隧道建设存在的问题

目前,我国铁路隧道建设正处于由人工、小型机具、分部开挖施工向机械化、全断面(微台阶)开挖施工过渡阶段,铁路隧道建设常见的安全质量问题有:
1.掌子面失稳、初支变形侵限、围岩掉块坍塌、喷射混凝土开裂等;
2.衬砌拱顶掉块、渗漏水、混凝土劣化、轨道板开裂上拱等。

以上问题产生主要原因一是施工方法落后(主要为台阶法),二是施工手段落后(缺乏凿岩台车等隧道机械化施工专用设备)三是施工管理方法落后(以经验管理为主,数据运用不足)。

实现铁路隧道建设由速度规模型向质量效益型转变,推动隧道修建技术进步,推动隧道建设产业升级刻不容缓!


二、郑万高铁隧道高质量建设探索

1.推进隧道工业化建造

武九公司依托郑万高铁建设,开展了国铁集团重点课题《郑万高铁大断面隧道安全快速标准化修建关键技术研究》、《高速铁路山岭隧道智能建造技术研究》研究和成果转化应用工作。

▪ 研究制定隧道机械化施工工法、工艺——开挖工法

依托15座隧道开展机械化施工工法研究,从减少围岩扰动、充分发挥围岩自承能力出发,确立全断面法、微台阶法作为隧道机械化标准开挖工法


▪ 提出隧道机械化大断面施工工法、工艺——施工工艺

同时,开发了高压劈裂注浆、超欠挖控制、低预应力锚杆、早高强喷射混凝土、自行式仰拱栈桥施工、宽幅防水板自动铺设、数字化衬砌台车等7项配套工艺,形成了包含“2大工法、7大工艺”的隧道机械化施工技术体系。


▪ 开发主动支护体系设计方法——主动支护体系内涵

主动支护体系以主动超前支护(超前管棚和小导管、超前锚杆、超前注浆加固)、主动洞身支护(早高强喷射混凝土、预应力锚杆)为主要支护手段,重点强调初期支护及早封闭成环,形成围岩-支护协同承载体系。通过主动提高围岩力学参数,主动及时有效地提供支护力,保护围岩,调动和发挥围岩的自稳能力,同时限制围岩变形,减少围岩形变荷载,提高支护结构安全性和经济性


▪ 开发主动支护体系设计方法——超前支护定量设计方法

根据掌子面破坏模式,基于极限平衡法,首次提出了隧道超前支护定量设计方法,包括:超前管棚,掌子面锚杆,掌子面注浆等超前支护的定量设计。


▪ 开发主动支护体系设计方法——洞身主动支护设计方法(形变压力计算方法)


▪ 推进隧道建设过程标准化、流程化、格式化

大型机械全断面施工经历了先建段、全线推广应用、提质增效三个阶段,机械化施工较人工小型机具隧道安全、质量、进度提升明显,提升我国隧道施工能力和标准化管理水平。


2.构筑数字化生态系统

▪ 开发隧道数字化管理平台

数字化管理平台由感知层、传输层、数据层、应用层组成,通过对要素、过程、管理之间数据信息的互联互通、分析计算、自动汇总,实现了隧道工程大数据应用


▪ 应用轻量化BIM技术

运用轻量化BIM建模,实现了工程结构分析,赋予风险、标准、数量、清单等属性,将工序状态、检验批、验工计价进行了关联,实现了数、形、量、价的统一,为工序循环的细化、量化、标准化管理提供了支撑。


▪ 建设数字化工地

通过传感器和智能终端,实现过程状态感知,数字化工地是作业工点、资源要素,是计划执行的硬件环境,是生产过程中的大数据


▪ 开发数字化管理软件

隧道数字化管理平台包含工序质量管理、施工进度管理、变更设计管理、安全风险管理、施工单位质量信用评价、甲供物资管理、验工计价管理等7大软件,实现了软件定义管理。基于数据驱动的业务管理模式,推动了隧道建设数字化管理转型。


3.探索隧道智能化建造

▪ 开发隧道围岩智能分级技术

以智能凿岩台车自动采集的钻进参数为基础,以机器学习为手段,实现了掌子面围岩精细化分级


▪ 开发隧道设计参数智能匹配推荐技术

根据隧道围岩智能分级结果,结合隧道断面、埋深、地应力、地下水发育状况等信息,利用数据库智能搜索算法,自动匹配选择出超前支护、爆破设计、洞身支护施工参数初选值。


▪ 研制隧道智能施工装备

基于钻爆法施工工序,研发了6台智能施工装备,初步实现了隧道关键工序的自主施工、精确控制、数据自动采集。


▪ 开发隧道智能化建造协同管理平台

基于大断面隧道智能化建造总体架构,将围岩智能分级系统、设计参数智能优选系统、开挖及支护智能施工系统等3大子系统与既有信息化管理平台的整合,形成隧道智能化建造协同管理平台。


三、结束语

“全断面法+机械化+主动支护+数字化管理+智能化建造”是隧道高质量建设的核心技术支撑和必由之路,代表了隧道修剪技术的发展方向。

《隧道高质量建设的路径选择与实践》 
中国国家铁路集团有限公司川藏办 王志坚

注:本内容仅供个人研学交流,版权归原作者所有


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