隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)施工

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1、第三章隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工主講內(nèi)容：①施工流程②施工技術(shù)要求③施工要點(diǎn)第一節(jié)隧道掘進(jìn)機(jī)法基本概念一、TBM發(fā)展歷史簡介隧道掘進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine)是一種用機(jī)械破碎巖石、出碴與支護(hù)實(shí)行連續(xù)作業(yè)的綜合設(shè)備，它是由盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展而來的。1818年英國布魯諾(Brunel)受蛀蟲鉆孔啟示，最早提出盾構(gòu)雛形與施工方法。1846年意大利人Maus發(fā)明隧道掘進(jìn)機(jī)(盾構(gòu))。1851年美國人查理士·威爾遜研制出TBM試用于花崗巖掘進(jìn)未獲成功。1881年波蒙特開發(fā)出壓縮空氣式TBM，成功用于英吉利海峽隧道直徑2.1m的勘探導(dǎo)坑。美國羅賓斯(Robbins)公司1952年研制出第

2、一臺(tái)軟巖TBM，1956年又成功研制中硬巖TBM。二、國外主要制造商德國威爾特(Wirth)公司德國德馬克(Dcmag)公司美國羅賓斯(Robbins)公司美國賈瓦(Jarva)公司德國海瑞克(Herrenknecht)公司加拿大拉瓦特(Lovat)公司日本三菱重工(Mitsubishi?Heavy?Industries)三、TBM分類開敞式TBM：配置鋼拱架安裝器與噴錨等輔助設(shè)備。常用于硬巖，采取有效支護(hù)手段后也可應(yīng)用于軟巖隧道。雙護(hù)盾TBM：適用于各種地質(zhì)，既能適應(yīng)軟巖，也能適應(yīng)硬巖或軟硬巖交互地層。單護(hù)盾TBM：常用于劣質(zhì)地層。單護(hù)盾TBM推進(jìn)時(shí)利用管片作支撐，其原理類似于盾構(gòu)

3、。與雙護(hù)盾TBM相比，掘進(jìn)與安裝管片不能同時(shí)進(jìn)行。微型TBM：Φ0.25~3.00m中型TBM：Φ3.0~8.0m巨型TBM：大于Φ8.0mSingleShieldTBM①護(hù)盾；②液壓推進(jìn)油缸；③管片；④刀盤；⑤裝渣斗；⑥皮帶輸送機(jī)第二章山嶺隧道施工技術(shù)DoubleShieldTBM①可伸縮護(hù)盾；②刀盤；③活動(dòng)支撐鞋；④輔助推進(jìn)油缸；⑤管片GripperTBM①支撐鞋；②鋼支架舉升器；③錨桿安裝機(jī)構(gòu)；④鋼筋網(wǎng)舉升器四、TBM破巖方式與原理TBM破巖方式主要有：擠壓式與切削式擠壓式主要是通過水平推進(jìn)油缸使刀盤上的滾刀強(qiáng)行壓入巖體，并在刀盤旋轉(zhuǎn)推進(jìn)過程中聯(lián)合擠壓與剪切作用破碎巖體。滾刀類

4、型：圓盤型、楔齒形、球齒型切削式主要利用巖石抗彎、抗剪強(qiáng)度低(僅為抗壓強(qiáng)度的5~10%)的特點(diǎn)，靠銑削(即剪切)與彎斷破碎巖體。在兩種破巖方式總的破巖體積中，大部分并不是由刀具直接切割下來的，而是由后進(jìn)刀具剪切破碎的，先形成破碎溝或切削槽是先決條件四、TBM破巖方式與原理(續(xù))圓盤型滾刀破巖原理圓盤型滾刀(圖a)工作壓力50~200kN，巖體表面在刀圈刀尖強(qiáng)集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(見圖b)。隨著滾刀滾動(dòng)，在巖面上形成一條條的破碎溝，破碎溝之間巖石AO1O2B受滾刀側(cè)刃擠壓力的作用而剪切破碎。當(dāng)切入深度h較大時(shí)，剪裂面為O1O2(圖c)。四、TBM破巖方式與原理(續(xù))楔

5、齒型與球齒型滾刀破巖原理最初由楔齒尖端在滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)情況下產(chǎn)生切向張力破壞巖石的表面，切人深度為λ。然后由齒尖的楔入力繼續(xù)引起剪切破壞，楔入深度為h。由于各齒環(huán)的齒節(jié)是不同的，因此加大了楔齒的破巖效果。球齒型滾刀的破巖原理與楔齒型滾刀相同，適用于硬巖掘進(jìn)。四、TBM破巖方式與原理(續(xù))削刀破巖原理削刀在擠壓力Pv和切割力PH作用下，首先在刀尖處形成切碎區(qū)2，隨著刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成剪力破碎區(qū)3。削刀繼續(xù)回轉(zhuǎn)即在巖壁上留下環(huán)狀切削槽，兩槽之間的巖石在削刀側(cè)向擠壓力R的作用下而剪切破壞。五、單護(hù)盾TBM與盾構(gòu)的區(qū)別前者采用皮帶機(jī)出碴而盾構(gòu)則采用螺旋輸送機(jī)或泥漿泵通過管道出碴；前者不具備平衡掌子

6、面的功能，而盾構(gòu)則采用土壓力或泥水壓力平衡開挖面水土壓力。六、TBM選用①整條隧道地質(zhì)情況均差時(shí)采用單護(hù)盾TBM；②良好地質(zhì)條件中則采用開敞式TBM；③雙護(hù)盾TBM常用于復(fù)雜地層的長隧道開挖，一般適用于中厚埋深、中高強(qiáng)度、地質(zhì)穩(wěn)定性基本良好的隧道，對(duì)各種不良地質(zhì)與巖石強(qiáng)度變化有較好適應(yīng)性。七、國內(nèi)外應(yīng)用概況TBM施工法始于二十世紀(jì)三十年代，限于機(jī)械技術(shù)水平，其應(yīng)用實(shí)例甚少。五六十年代隨著機(jī)械工業(yè)與掘進(jìn)機(jī)技術(shù)水平的不斷提高發(fā)展較快。迄今為止，世界上采用TBM施工的隧道超過1000座，總長度超過4000km，以逐步成為長大隧道修建的主要施工方法之一。國外典型應(yīng)用——英吉利海峽隧道由2條外

7、徑8.6m單線鐵路隧道與1條外徑5.6m輔助隧道組成。全長48.5km，海底段長37.5km，隧道最深處在海平面下100m，全部采用TBM施工。英國側(cè)6臺(tái)，岸邊段3臺(tái)海底段3臺(tái)(單向推進(jìn)21.2km)。法國側(cè)5臺(tái)，岸邊段2臺(tái)海底段3臺(tái)。最深處需承受10atm水壓力，平均月進(jìn)尺1000m/月。隧道建成標(biāo)志著TBM施工技術(shù)的最高水平，也是融合英、美、法、德等國TBM施工技術(shù)于一體的最高成就。國內(nèi)應(yīng)用國內(nèi)TBM研發(fā)制造始于二十世紀(jì)六十年代中期，共生產(chǎn)10余臺(tái)直徑