隧道掘進(jìn)機(jī)施工

1、第5章隧道掘進(jìn)機(jī)施工概述基本概念(一)隧道常用施工方法鉆爆法明挖法機(jī)械法一一掘進(jìn)機(jī)法沉埋法(二)隧道掘進(jìn)機(jī)械隧道掘進(jìn)機(jī)械，一般分為兩大類：(1)臂式掘進(jìn)機(jī)(Boom-type Roadheader);(2)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(三)定義隧道掘進(jìn)機(jī)：是利用回轉(zhuǎn)刀具切削破巖、然后掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面的一種新型、先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。臂式掘進(jìn)機(jī)：又稱為部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，是一種集切削巖石、自動(dòng)行走、裝載石硝等多種功能為一體的高效聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。(四)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)分類.全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的分類 一？目前在國(guó)內(nèi)通常有兩種提法：(1)巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM );(2)盾構(gòu)機(jī)。巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM )就是適合硬巖開(kāi)挖的隧

2、道掘進(jìn)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)指的是適于在軟巖、土中的隧道掘進(jìn)機(jī)。.全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的分類 一n鑒于學(xué)術(shù)及現(xiàn)實(shí)中稱法混亂，造成許多麻煩，有些學(xué)者提出采用硬巖TBM和 軟巖TBM(也即盾構(gòu)機(jī))”兩種來(lái)規(guī)范。隧道掘進(jìn)機(jī)施工特點(diǎn)(一)優(yōu)點(diǎn)(1)安全人員在局部或整體的護(hù)盾下工作(2)快速一一常規(guī)鉆爆法掘進(jìn)速度的 310倍(3)優(yōu)質(zhì)一一洞壁光滑美觀(4)自動(dòng)化和機(jī)械化程度高(節(jié)省勞動(dòng)力一一經(jīng)濟(jì))(5)圍巖擾動(dòng)小(6)對(duì)環(huán)境影響小(二)缺點(diǎn)(1)能耗大(2)斷面單一(3)對(duì)巖層變化的適應(yīng)性差一次性購(gòu)買(mǎi)TBM投資高(5)主機(jī)重量大，運(yùn)輸不方便，安裝工作量大(6)短隧道不能發(fā)揮其優(yōu)越性(不經(jīng)濟(jì))隧道掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展歷史與應(yīng)用水

3、平(一)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM )(1)發(fā)展歷史1846年TBM由意大利人 Maus發(fā)明。1851年一一美國(guó)人威爾遜開(kāi)發(fā)了一臺(tái)TBM ,在花崗巖中試用未獲成功。1881年一一波蒙特開(kāi)發(fā)了壓氣式 TBM ,成功應(yīng)用于英吉利海峽隧道直徑為2.1m的勘探導(dǎo)坑。1952年一一美國(guó)羅賓斯公司研制了現(xiàn)代意義上的第1臺(tái)軟巖TBM。1956年一一美國(guó)羅賓斯公司又研制成功中硬巖TBM。從此，TBM進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。(2)國(guó)外應(yīng)用近年來(lái)，國(guó)外采用掘進(jìn)機(jī)完成的大型隧道有：1)英法海底鐵路隧道一一單洞長(zhǎng)約50km,使用11臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，工期 三年多時(shí)間(1994年建成)；2)瑞士費(fèi)爾艾那隧道 一一長(zhǎng)19km,其中約9.5

4、km采用掘進(jìn)機(jī)施工；長(zhǎng)達(dá)57km (2010年貫通，正式投入3)瑞士穿越阿爾卑斯山新圣哥達(dá)鐵路隧道使用預(yù)計(jì)在2017年)；4)美國(guó)芝加哥TARP工程排水隧道大約40多km ,全部采用掘進(jìn)機(jī)施工。(3)國(guó)內(nèi)應(yīng)用上世紀(jì)70年代末，甘肅引大入秦和山西萬(wàn)家寨引水工程一一采用掘進(jìn)機(jī)獲得成功(意大利CMC公司承包)。1998.11999.8,西康鐵路秦嶺特長(zhǎng)隧道 引入德國(guó) Wirth公司TB880E型掘進(jìn)機(jī)， 全長(zhǎng)18.5km,直徑8.8m的I線隧道施工，平土掘進(jìn)速度為313.7 m/月。4)國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展技術(shù)水平開(kāi)挖直徑范圍為 1.8-11.87m；可在抗壓強(qiáng)度 360MPa的巖體中掘進(jìn) 80-100

5、m2大斷面隧道，平均掘進(jìn)速度350-400m/月；能開(kāi)挖45的斜井；盤(pán)形滾刀的最大直徑達(dá)483mm,其承載能力達(dá) 312kN ;刀具的壽命達(dá) 300500m；單臺(tái)掘進(jìn)機(jī)的最大總進(jìn)尺已超過(guò)40km。5)世界上著名的巖石掘進(jìn)機(jī)制造廠商美 國(guó)：羅賓斯(Robbins)公司(已歸屬阿特拉斯公司)佳瓦(Jarva)公司德 國(guó)：維爾特(Wirth)公司海瑞克(Herrenknecht)公司瑞 典：阿特拉斯 科普柯(Atlas.Copco)公司加拿大：拉瓦特(Lovat)公司日 本：川崎(Kawasaki)公司三菱(Mitsubishi)公司日立(Hitachi)公司中 國(guó)：沈陽(yáng)北方重工、華遂通、中鐵隧道裝

6、備、上海隧道股份(二)盾構(gòu)機(jī)1)發(fā)展歷史1818年英國(guó)人Brunel觀察小蟲(chóng)腐蝕木船底板成洞的經(jīng)過(guò)，得到啟發(fā)，提出盾構(gòu)工法，即 開(kāi)放型手掘式盾構(gòu)的原型，并成功應(yīng)用于泰晤士河隧道的施工。19世紀(jì)-20世紀(jì)中葉，傳入美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、前蘇聯(lián)等國(guó)，并得到不同程度的 發(fā)展。以盾構(gòu)工法的推廣與普及為主。20世紀(jì)60至80年代盾構(gòu)工法繼續(xù)發(fā)展完善，成績(jī)顯著。出現(xiàn)了多種盾構(gòu)工法，以泥水式、土壓式盾構(gòu)工法為主。1990-至今，技術(shù)進(jìn)步極為顯著！其中，日本無(wú)論是新型盾構(gòu)工法的開(kāi)發(fā)（雙圓、三圓、橢圓形、矩形，球體盾構(gòu)，母子盾構(gòu)等），還是盾構(gòu)機(jī)的制作數(shù)量、建造隧道長(zhǎng)度、承包海外隧道工程數(shù)量和相關(guān)刊物數(shù)量和論文

7、等方面均居世界前列。（2）國(guó)內(nèi)盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用在解放前是個(gè)空白。新中國(guó)成立后第一個(gè)五年計(jì)劃期間，在阜新煤礦首次用2.6m圓斷面盾構(gòu)及小型混凝土預(yù)制塊建造了疏水巷道工程。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)盾構(gòu)技術(shù)始于1963年上海隧道公司在浦東塘橋第四紀(jì)軟弱含水地層進(jìn)行的。4.2m網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)法的實(shí)驗(yàn)。20世紀(jì)90年底以來(lái)上海隧道公司成功地掌握了土壓平衡盾構(gòu)（6.34m）工法和泥水平衡盾構(gòu)工法（11.22m）技術(shù)2004年，上海隧道工程股份有限公司成功研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)地鐵隧道加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)先行號(hào)”；已成為目前全球最大的專業(yè)性盾構(gòu)設(shè)備制造基地。2004年 長(zhǎng)江第一隧”武漢長(zhǎng)江雙向 4車(chē)道公路隧道（全長(zhǎng)3630m）開(kāi)工，采用法國(guó)NFM公司G11.38m泥水加壓平衡盾構(gòu)于 2008年成功完成施工。標(biāo)志著我國(guó)采用盾構(gòu)法修建水下 隧道的科研攻關(guān)已取得重大突破。上海長(zhǎng)江隧道（上下雙管雙向6車(chē)道，全長(zhǎng)8.95km）,采用15.43m泥水加氣平衡盾構(gòu)成功完成施工，并與 2009年正式建成通車(chē)，為當(dāng)時(shí)世界直徑最大盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。5層樓高、一次 走”完7.5km、誤差小于2.7cm（3）盾構(gòu)技術(shù)的新動(dòng)向正朝著大深度化、高地下水壓、大口徑化、長(zhǎng)距離化、施工自動(dòng)化、施工高速化、斷面異圓化方向發(fā)展。（4）世界上著名盾構(gòu)機(jī)制造廠商美 國(guó)：羅賓斯（Robbins）公司 德 國(guó)：維爾特（Wirth）公司海瑞