硬巖TBM掘進機施工技術(shù)介紹培訓(xùn)

1、硬巖TBM掘進機施工技術(shù)介紹專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)目錄TBM施工準(zhǔn)備TBM組裝場地及施工場地布置TBM掘進施工技術(shù)一、 TBM掘進機的基本概念及分類專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM基本概念隧道掘進機（Tunnel Boring Machine）簡稱TBM。國內(nèi)通常將全斷面巖石掘進機稱為TBM。TBM是集掘進、支護、出碴、運輸于一體,為目前世界上最先進的隧道施工機械。采用TBM施工，無論是在隧道的一次成型、施工進度、施工安全、施工環(huán)境、工程質(zhì)量等方面，還是在人力資源的配置方面都比傳統(tǒng)的施工工法有了質(zhì)的飛躍，實現(xiàn)了隧道施工工廠化作業(yè)。掘進機構(gòu)造：由切削破碎裝置、行走推進裝置、出碴運輸裝置、驅(qū)動裝置、機器方位調(diào)整機

2、構(gòu)、機架和機尾，以及液壓、電氣、潤滑、除塵系統(tǒng)等組成。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM的分類TBM分為敞開式TBM和護盾式TBM。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)敞開式TBM敞開式TBM是利用自身支撐機構(gòu)撐緊洞壁，以承受向前推進的反作用力及反扭矩的全斷面巖石掘進機。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)單護盾TBM護盾；液壓推進油缸；管片；刀盤；裝渣斗；皮帶輸送機單護盾TBM單護盾式掘進機推進時，要利用管片作為支承，掘進與安裝管片兩者不能同時進行，其作業(yè)原理類似于盾構(gòu)。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)雙護盾TBM雙護盾TBM主要用于圍巖較完整的巖石隧洞，這些隧洞的圍巖一般具有較好的自穩(wěn)性，采用管片支護。因具有主推進油缸、輔助推進油缸以及撐靴油缸，掘進和管片

3、拼裝可以同步進行，互不干擾，理論上其掘進速度是單護盾TBM的兩倍，是敞開式TBM的1.5倍。專業(yè)服務(wù)專業(yè)制造8TBM組裝場地及施工場地布置組裝場地的布置TBM受施工場地的影響及組裝條件的需求，可分洞外和洞內(nèi)組裝兩種形式，在TBM組裝時要對吊裝位置、大件擺放及與吊機相對位置關(guān)系確定尤為重要，這樣能提高工作效率。TBM由主機、連接橋、后配套拖車三大部分組成，對于這樣龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，需要有較為充分的組裝場地。為滿足組裝時起吊和運輸?shù)男枰?，場地的長度和寬度都必須達到技術(shù)要求。大件擺放位置專業(yè)服務(wù)專業(yè)制造9TBM組裝場地及施工場地布置狹小場地洞外組裝：比如中天山隧道進口處為典型的山谷地形，兩山夾一溝，山

4、谷寬度約150m，TBM組裝場地位于隧道進口，對面為伯信特隧道，兩條隧道之間是烏蘇通溝大橋，無路基工程。烏蘇通溝大橋為跨越烏蘇通溝及連接伯信特和中天山特長隧道的兩座單線大橋。TBM組裝場地以烏蘇通溝山坡已風(fēng)化較碎的堆積礫石土作為填料，靠近伯信特隧道出口右側(cè)的山坡最為主要的取土場，回填之后才能進行TBM組裝專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM組裝場地及施工場地布置洞外組裝場地：只要組裝場地足夠就可以按順序組裝，如先安裝盾體及主軸承，然后安裝刀盤、拖車及其它輔助系統(tǒng)專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM組裝場地及施工場地布置洞內(nèi)組裝場地：洞內(nèi)組裝首先要進行組裝洞室開挖，洞室內(nèi)部布置要滿足TBM掘進機組裝需要。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)T

5、BM組裝場地及施工場地布置專業(yè)服務(wù)TBM組裝場地及施工場地布置施工階段場地布置：方便材料裝卸、運行順暢、無相互干擾；與前期場地相結(jié)合：不發(fā)生返工等，這就需要把運輸軌線、預(yù)制廠、攪拌站、材料供應(yīng)場所等輔助設(shè)施進行合理的布置，下面以錦屏電站為例。工廠倉庫區(qū)布置圖專業(yè)制造專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM組裝場地及施工場地布置礦車、機車維修廠布置圖TBM倉庫區(qū)布置圖混凝土預(yù)制廠布置圖專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM施工準(zhǔn)備始發(fā)洞室準(zhǔn)備：由于掘進機由步進狀態(tài)進入掘進狀態(tài)是通過始發(fā)洞來完成的，出發(fā)洞的長度由選用的設(shè)備型號確定，其斷面凈空要滿足掘進機通行的要求，即在掘進機外緣預(yù)留5cm空隙。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM施工準(zhǔn)備風(fēng)水電

6、線路的布置：風(fēng)是由洞外安裝的通風(fēng)設(shè)備進行隧道內(nèi)供風(fēng)，施工用水是經(jīng)過高山水池通過管路送到掘進機上的，施工用電是洞口的變電所提供，線路布置分別分為有仰拱塊的線路布置，掘進機邊掘進邊襯砌的線路布置，不帶仰拱塊的線路布置有仰拱塊的隧道管線布置專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM施工準(zhǔn)備掘進與襯砌施工管線過襯砌臺車方案圖引水隧洞底拱襯砌前PLC專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)能等是否正常，作業(yè)流程見開機前掘進作業(yè)流程圖1、洞內(nèi)外施工準(zhǔn)備完成，掘進機組裝調(diào)試完成2、運輸系統(tǒng)、材料供應(yīng)、二次倒渣滿足掘進的配合3、掘進機操作人員只能是事先已接受了培訓(xùn)、熟練、準(zhǔn)確的掌握設(shè)備所有系統(tǒng)，熟悉所有的操作和顯示元件的功能開機前準(zhǔn)備

7、工作啟動準(zhǔn)備接通變壓器完成自檢顯示功能正常主軸承潤滑油正常液壓系統(tǒng)正常洞口通風(fēng)正常洞口通水正常一、掘進1、掘進前的檢查，掘進機在組裝調(diào)試完成之后，具備掘進條件，在開機前要做好檢查工作，如油壓、PLC系統(tǒng)、顯示功專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)2、掘進工藝流程縮回支撐靴油缸，松開支撐前后外K向前移動掘進方向調(diào)整支撐靴再撐緊后支撐及刀盤護盾收緊牽引后配套系統(tǒng)前移換步作業(yè)完成，待啟動掘進掘進行程結(jié)束，讀出并記錄機器位置操作主機刀盤從掌子面后退約30mm刀盤轉(zhuǎn)動幾圈清理石碴停止刀盤旋轉(zhuǎn)皮帶機運行到無碴停止放下后支撐架與刀盤護盾支撐仰拱塊鋪設(shè)軌道延伸卸碴出碴掘進初期支護下一循環(huán)專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘

8、進施工技術(shù)3、掘進控制模式掘進機提供了三種刀盤掘進模式，自動扭矩控制，自動推力控制，手動控制模式。自動扭矩控制只適用于均質(zhì)軟巖，自動推力控制只適用于均質(zhì)硬巖，手動控制適用各種地質(zhì)，操作方便，反映靈活，故掘進時一般采用手動控制模式；（1）在均質(zhì)硬巖條件下掘進，選擇自動控制推力模式，設(shè)備不會過載，又能保證較高的推進速度，選擇此種掘進模式的依據(jù)是；掘進時推力達到最大值，而扭矩沒有達到額定值，則可判定圍巖為硬巖狀態(tài)，可以選擇自動控制推力模式。（2）在均質(zhì)軟巖條件下掘進，設(shè)備推力不大，而刀盤扭矩相對較高，選擇自動控制扭矩模式。選擇此種工作模式的判斷依據(jù)是：掘進時，扭矩先達到額定值而推力未達到額定值，輸送

9、機上無大塊巖渣輸出，則可判定圍巖為均質(zhì)軟巖狀態(tài)，選擇自動控制扭矩模式，專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（3）如果不能判定圍巖狀態(tài)，或掌子面圍巖軟硬不均，節(jié)理發(fā)育，遇有破碎帶、斷層時，必須選擇手動控制模式。在手動控制模式作業(yè)過程中，若圍巖較硬，推進力先達到額定值，此時應(yīng)以推進力變化為參照，選擇掘進參數(shù)，但推進壓力不超過額定值。若圍巖節(jié)理發(fā)育、裂縫較多過遇破碎帶、斷層等時，主要以扭矩變化并結(jié)合推進力參數(shù)來選擇掘進參數(shù)，但電機電流不超過額定值。(4）采用液壓或變頻電機驅(qū)動刀盤時，刀盤轉(zhuǎn)速變化是由扭矩的需要調(diào)節(jié)的，而采用雙速電機驅(qū)動刀盤時，刀盤有高、低兩個轉(zhuǎn)速，此時如發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)對周圍巖石振動較大，易

10、引起周圍巖石松動，調(diào)整為低轉(zhuǎn)速，圍巖較完整時采用高速掘進。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)4、不同地質(zhì)狀況掘進參數(shù)的選擇和調(diào)整（1）硬巖節(jié)理不發(fā)育的作業(yè)圍巖本身的抗壓強度較高，不易破碎，此時推進力可能達到刀盤的額定推力值，若推進速度太低，將造成滾刀刀圈的大量磨損；若推進速度太高，會造成刀具的超負荷，產(chǎn)生軸承漏油或刀圈弦磨現(xiàn)象，所以必須選擇合理的參數(shù)掘進。正常情況下，選定的推進速度不大于35%電位計設(shè)定最大推進速度值，開始掘進時推進速度選擇15%，掘進到5cm后，方可逐漸提高推進速度，此時刀盤轉(zhuǎn)速可選擇較高轉(zhuǎn)速。（2）均質(zhì)軟巖、一般節(jié)理的作業(yè)此時所需推進力較小、可選擇自動扭矩推進控制模式，推進

11、速度調(diào)整在80%左右，扭矩值不大于80%，且變化范圍不大于10%，觀察貫入度指標(biāo)以小于10mm（17in盤刀）為好。（3）巖石硬度變化較大、節(jié)理較發(fā)育的作業(yè)因圍巖的不均質(zhì)，硬度變化大，掘進中刀盤會出現(xiàn)較大的震動，推力和扭矩值也發(fā)生較大幅度變化，應(yīng)選擇手動控制模式，密切觀察推力和扭矩的變化。在這種工況下，即使扭矩和推力都未達到額定值，也會使部分刀具過載，產(chǎn)生沖擊載荷，降低刀具壽命，同時也造成主軸承受力惡化。故應(yīng)盡量降低推進速度，控制在30%以下。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)當(dāng)推力和扭矩值在不停地變化時，要隨時調(diào)整推進速度。觀察到有不規(guī)則的石渣塊體出現(xiàn)時，可將刀盤轉(zhuǎn)速降低并相應(yīng)降低推進速度，

12、待振動減少并恢復(fù)正常后，再將刀盤轉(zhuǎn)速提高。（4）節(jié)理發(fā)育、裂隙較多或在破碎帶、斷層等地質(zhì)的作業(yè)掘進機在這種地質(zhì)條件下的掘進較為困難，掘進速度很低，還需經(jīng)常停機進行支護或超前預(yù)處理。掘進時圍巖狀況變化大，刀具將承受徑向和側(cè)向沖擊荷載，降低刀具的壽命，控制扭矩變化范圍小于等于10%，并降低推進速度，控制貫入度指標(biāo)在7mm以下。刀盤轉(zhuǎn)速選用低速，推進速度開始為20%，等圍巖變化趨于穩(wěn)定后，推進速度可上調(diào)45%左右，扭矩變化范圍小于10%。當(dāng)皮帶機上出現(xiàn)一定比例（例如20%左右）的塊狀石渣時，降低推進速度，控制貫入度不大于7mm。當(dāng)皮帶機上連續(xù)不斷出現(xiàn)大量塊狀石渣時，降低刀盤轉(zhuǎn)速，并降低貫入度。在軟弱

13、圍巖條件下的掘進，應(yīng)特別注意支撐靴的位置和壓力變化。撐靴位置選擇不好，會在掘進中打滑，造成停機，也直接影響掘進方向的準(zhǔn)確。如果由于機型條件限制無法調(diào)整支撐位置，則應(yīng)進行該位置的預(yù)加固處理；此外撐靴剛撐到洞壁上時，洞壁比較軟，極易陷落，觀察儀表盤上撐靴壓力值下降較快，操作人員應(yīng)及時給撐靴補壓，避免發(fā)生撐靴失壓引起的撐靴滑落。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)二、運輸對運輸方案的選擇（有軌運輸、無軌運輸）要依據(jù)開挖洞徑、隧道長度、隧道坡度、隧道布置以及通風(fēng)和投資費用的綜合比較。1、有軌運輸（1）軌道：采用的軌道系統(tǒng)要與后配套設(shè)備以及運輸能力相協(xié)調(diào)，大斷面隧道或運輸需要可設(shè)雙軌線，雙軌線可規(guī)定重車線

14、和輕車線單向行走。后配套的軌道通過尾部的斜坡軌與隧道內(nèi)軌線連成一體，運輸軌道采用的是軌間距900mm和38kg/m的鋼軌。若隧道是單線布置，需要在隧道中間進行列車會讓時，可鋪設(shè)道岔專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（2）礦車：礦車的型式與卸碴方式相聯(lián)系，采用側(cè)卸式礦車，不需要其它卸車設(shè)備即可一次卸碴，但洞外要有足夠的卸碴場地，采用整體箱式礦車相對簡單，裝載量較大，對洞外場地要求有一定高度的卸碴臺，需要翻車機完成礦車翻轉(zhuǎn)。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（3）牽引機車：有三種機型可供選擇，即電力機車、內(nèi)燃機車、電瓶車，在長大隧道中，從牽引噸位、牽引速度安全制動距離、效率以及機動性、成本等諸多方

15、面綜合比較，內(nèi)燃機車具有較大優(yōu)勢。內(nèi)燃機車牽引噸位表。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（4）翻碴機：二次倒碴是為了加快等待車輛的周轉(zhuǎn)，提高掘進機利用率。倒碴點視現(xiàn)場具體情況決定，或設(shè)在洞口附近，或在正洞與支洞交叉點，或在井下。整體式礦車的卸載是在一個翻車機上完成的，一次可翻一節(jié)或兩節(jié)礦車。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)2、無軌運輸（連續(xù)皮帶輸送機運輸）連續(xù)皮帶機的特點是：無污染，可在大、小斷面隧道內(nèi)安裝；連續(xù)皮帶機系統(tǒng)與掘進機及后配套一體化配置，運載能力大、連續(xù)運輸。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)三、圍巖的支護與處理1、圍巖的初期支護（1）噴射混凝土，噴射混凝土的作用與效果是：a、支

16、承圍巖的作用：噴射混凝土能與圍巖粘結(jié)，使圍巖表面形成新的張力，從而達到圍巖處于三維受力的有利狀態(tài)。b、補強圍巖作用：直接噴入圍巖裂隙的混凝土，起到粘結(jié)作用，提高了塊狀巖體之間的粘結(jié)力，防止圍巖的松動，覆蓋圍巖表面的混凝土，形成了防止風(fēng)化和止水的保護層。c、形成圍巖新的支護結(jié)構(gòu)：噴射混凝土的柔性有效地控制了圍巖的變形量，緩解圍巖可能產(chǎn)生大的應(yīng)力。d、噴射混凝土與錨桿、鋼筋網(wǎng)和拱架結(jié)合起來，使支護結(jié)構(gòu)均勻受力。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（2）拱架安裝由于圍巖自穩(wěn)的時間較短，及時支立拱架可防止圍巖失穩(wěn)或坍塌，特別是在淺埋、偏壓隧道，為早期圍巖壓力增長較快，及

17、時支立拱架可提高初期支護的強度，通過斷層帶時，及時支立拱架可增加支護剛度，抑制圍巖的變形。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（3）安裝錨桿錨桿是利用主機配備的錨桿鉆機安裝的，錨桿鉆孔鉆頭要大于錨桿直徑15mm，大直徑錨桿約大于25mm，錨桿間距及鉆孔深度由支護參數(shù)決定。采用藥卷工藝時嵌入錨桿孔內(nèi)的錨固劑長度應(yīng)大于孔深度的2/3，使用袋裝錨固劑應(yīng)盡量縮短錨固劑與頂入錨桿之間的時間間隔，保持錨桿的牢固、可靠。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)（4）軟弱圍巖的支護軟弱圍巖地段隧道掘進時，二次應(yīng)力狀態(tài)下容易發(fā)生較大的變形。安裝拱架可對軟弱、破碎圍巖地段快速掘進和施工安全起到至關(guān)重要作用，因此在軟弱圍巖地段支護的措施是：

18、架設(shè)拱架、安設(shè)仰拱塊，同時加密錨桿支護，全斷面噴射混凝土。TBM掘進施工技術(shù)專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（5）剝落巖石的支護發(fā)生巖石剝落的圍巖大多為硬巖，較為完整，剝落現(xiàn)象發(fā)生在圍巖節(jié)理、層理的應(yīng)力松動區(qū)，在高地應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)在脊斜片理面或片理巖中。在巖石剝落范圍內(nèi)應(yīng)進行錨桿和拱架支護，其間距視圍巖情況而定。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)（6）裂隙發(fā)育巖體支護裂隙發(fā)育是指節(jié)理發(fā)育，石質(zhì)破碎，一般呈塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，在掘進過程中，圍巖一露出護盾，拱頂或側(cè)壁坍塌嚴(yán)重，一般采取一些措施：a、盡量做到提前預(yù)測節(jié)理發(fā)育及破碎區(qū)，以防微杜漸。b、縮小拱架間距，全斷面噴射混凝土厚度不小于20cm，可有效控

19、制坍塌及拱頂下沉。c、坍塌范圍較大且繼續(xù)掘進可能會引起進一步坍塌時，應(yīng)停機處理，對塌腔臨空面噴混凝土6cm以上，設(shè)法在護盾上立模封閉注漿，在混凝土中添加減水劑與早強劑。d、坍塌體較小，影響范圍小，如繼續(xù)掘進可在幾個循環(huán)內(nèi)塌腔消失，則等塌腔露出護盾后噴混凝土封閉。e、如掘進中發(fā)現(xiàn)斷續(xù)出碴現(xiàn)象時，應(yīng)及時停機查看。發(fā)生大面積坍塌時，可在刀盤前面立模，灌注混凝土，使掌子面受力均勻，減小坍塌。如坍塌范圍小，刀盤要慢速低推力掘進，盡量減小擾動，避免大量出碴。專業(yè)制造專業(yè)服務(wù)TBM掘進施工技術(shù)TBM掘進施工技術(shù)（7）斷層破碎帶支護斷層破碎帶支護，優(yōu)先考慮利用超前鉆機預(yù)注漿加固處理巖層方案。實施超前小導(dǎo)管注漿。跟管鉆孔并作超前管棚等，對掘進機安全通過斷層很有效果。掌子面及拱