懸臂式隧道掘進機施工工藝研究

懸臂式隧道掘進機施工工藝研究匯報人：劉玉濤徐工集團徐工基礎(chǔ)工程機械有限公司目錄一、背景資料二、掘進工藝三、效率成本四、施工案例五、突出問題目錄一、背景資料二、掘進工藝三、效率成本四、施工案例五、突出問題44背景資料盾構(gòu)法（全斷面掘進機）：施工復(fù)雜、成本高、運輸不便，適合長距離隧道施工。2.鉆爆法：國內(nèi)以鉆爆法為主，危險、尺寸超差不受控、炸藥管控等劣勢，不適應(yīng)隧道掘進的快速發(fā)展。隧道施工方式3.懸臂式隧道掘進機：國外用懸臂式掘進機施工普遍，特殊場合用炸藥輔助，開挖靈活，安全可控。555月3日，安徽省望東長江公路大橋一處隧道施工過程中發(fā)生塌方事故，目前已經(jīng)導(dǎo)致6人死亡、2人受傷。4月2日凌晨，吉林省吉琿高鐵琿春段小盤嶺1號在建隧道發(fā)生坍塌，12名工人被困。4月10日，來賓市忻城縣桂中治旱工程第四標(biāo)段加蕊隧道，施工發(fā)生塌方，現(xiàn)場有4人受傷，2人被困塌方之中。背景資料66隧道掘進機和鉆爆法相比的主要優(yōu)點：斷面成型好，對圍巖擾動小,施工安全；超、欠挖現(xiàn)象??；人員需求少，每班只需2-3人。劣勢：圍巖的巖石硬度達(dá)到f7以上，效率低，成本高；隧道掘進機和盾構(gòu)法相比的主要優(yōu)點：一次性投入成本低；組裝、操作、檢修要求水平低；開挖斷面形狀自由。劣勢：施工效率低；破巖能力低。背景資料目錄一、背景資料二、掘進工藝三、效率成本四、施工案例五、突出問題目錄隧道掘進機XTE系列掘進機XTR系列掘進機99

XTE隧道掘進機——XTE系列隧道掘進機是在EBZ系列煤礦掘進機的基礎(chǔ)上，對電控系統(tǒng)、水系統(tǒng)、截割頭等部件進行隧道適應(yīng)性改進形成的隧道掘進機，主要適用于中、小斷面鐵路、公路、水利隧道工程?！猉TE系列隧道掘進機：XTE200R、XTE230、XTE260、XTE320等隧道掘進機1010銷售型號XTE200R/230XTE260XTE320整機質(zhì)量（t）8085120外形尺寸

機身寬（mm）320036003800整機高（mm）200020002195切割范圍高（mm）480050565700寬（mm）602960297100最大抗壓強度（Mpa）100100130切割頭轉(zhuǎn)速（r/min）46/2354/2731供電電壓（V）380/660/1140380/660/1140380/660/1140注：根據(jù)切割范圍，本機型主要適用中、小斷面隧道，對大斷面隧道可采用分層施工法。隧道掘進機

XTE隧道掘進機1111隧道掘進機

XTR隧道掘進機——XTR系列隧道掘進機突破了原有煤礦掘進機的限制，結(jié)合日本、德國當(dāng)前最新技術(shù)，在國內(nèi)首次由徐工基礎(chǔ)獨立自主研發(fā)出專門適用于大型公路，鐵路，地鐵，隧道建設(shè)的全新掘進機，可以滿足國內(nèi)外客戶對于大斷面施工建設(shè)的要求。——XTR系列隧道掘進機：XTR260、XTR320等。1212

XTR隧道掘進機型譜銷售型號XTR260XTR320整機質(zhì)量（t）70120外形尺寸

機身寬（mm）32004200整機高（mm）45004900切割范圍高（mm）71009000寬（mm）75009500最大抗壓強度（Mpa）110130切割頭轉(zhuǎn)速（r/min）54/2754/27供電電壓（V）380/660380/660注：根據(jù)切割范圍，本機型主要適用大斷面隧道隧道掘進機1313

XTE隧道掘進機施工

由掘進機在掌子面進行截割，截割下來的碎石物料通過鏟板、第一運輸機、第二運輸機傳送到渣土車運出洞外。XTE掘進機施工工藝1414

泥巖：粘性軟巖，易粘附于截割頭表面，填充于截齒之間，因此，選用螺旋葉片式截割頭，配長型截齒。

切割頭及截齒選型

易破碎軟巖（Ⅳ、Ⅴ級圍巖）：此類巖石在隧道施工中最為常見，選用多螺旋線截割頭，截齒排布密集，切割效率高，磨損少。

硬巖（50-80MPa）：選用單螺旋線或雙螺旋線小直徑截割頭，配硬巖型截齒，實現(xiàn)塊狀切割，降低截齒損耗。XTE掘進機施工工藝1515

泥巖或軟巖：從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級截割以上部分。

硬巖：如選用右旋截割頭，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進行截割。備注：如遇節(jié)理發(fā)育較好巖石，則應(yīng)選擇沿巖石節(jié)理方向逐步切割。

切割路線XTE掘進機施工工藝1616

定位控制

使用激光導(dǎo)向儀（價格約1000元）定位控制斷面超差或欠挖XTE掘進機施工工藝1717大斷面隧道分層施工

對于大斷面隧道采用分層施工的方式，將連接第二運輸機的裝置改為擺動后推板，掘進機移位時有效清理后方堆積物料，同時用裝載機將物料裝到渣土車上運出洞外。擺動后推板分層施工XTE掘進機施工工藝1818

支護作業(yè)

Ⅳ-Ⅴ級圍巖：易塌方，采取掘進支護交替進行的方式，掘進規(guī)定尺度后停止掘進，掘進機后移或居中停放，臨時支護臺車跟進，實施支護作業(yè)。

Ⅰ-Ⅲ級圍巖：巖石牢固，不易塌方，安全系數(shù)高，可采用前掘進后支護的連續(xù)作業(yè)方式。支護臺車支護臺車斷面輪廓XTE掘進機施工工藝19191919XTR260隧道掘進機施工國外隧道掘進機施工

XTR掘進機施工

掘進機在隧道一側(cè)截割巖石，在另一側(cè)由挖掘機或裝載機把截割下來的碎石物料裝入渣土車運出洞外。渣料運輸XTR掘進機施工工藝20202020公路隧道斷面設(shè)計規(guī)范高速公路、一級公路、二級公路，國家限高5m，雙車道公路的隧道開挖一般高度9m，寬度12m，若分兩層開挖，一次性開挖高度6～7m。鐵路隧道斷面設(shè)計規(guī)范時速350km雙線鐵路隧道，國家限高7.25m，隧道開挖一般高度10m，寬度13.2m。

XTR掘進機實現(xiàn)全斷面隧道施工XTR320切割范圍高：9.0m寬：9.5mXTR260切割范圍高：7.1m寬：7.5mXTR掘進機施工工藝21212121支護臺車斷面輪廓支護作業(yè)

掘進機掘進一定尺寸后退至臨時支護臺車后面，把臺車移至端面處進行臨時支護、噴漿，然后把臺車后移，掘進機開進繼續(xù)截割。XTR掘進機施工工藝目錄一、背景資料二、掘進工藝三、效率成本四、施工案例五、突出問題2323以XTR260掘進機為例，每小時截割量、每方巖石消耗齒數(shù)曲線：效率成本2424水利、地鐵隧道施工中鉆爆法和掘進機施工成效對比：以35m2斷面，Ⅳ級圍巖為例，巖石硬度約30-40MPa，包括除塵、運渣，鉆爆法進尺3米/4小時，掘進機施工3米/4小時。成本項目鉆爆法（元/方）掘進法（元/方）人工費153截齒消耗費10炸藥消耗費40輔助費用（電費等）18裝運費55鉆具消耗費用2機械折舊費212合計6538效率成本2525公路、鐵路隧道施工中鉆爆法和掘進機施工成效對比：以70m2斷面，Ⅳ級圍巖（巖石硬度約40MPa）為例，包括除塵、運渣，鉆爆法進尺3米/6小時，掘進機施工3米/5小時。成本項目鉆爆法（元/方）掘進法（元/方）人工費103截齒消耗費8炸藥消耗費18輔助費用（電費等）18裝運費55鉆具消耗費用2機械折舊費212超挖費用2合計4036效率成本目錄一、背景資料二、掘進工藝三、效率成本四、施工案例五、突出問題27大連白云隧道大連白云山原有兩條隧道貫穿其中，根據(jù)市政規(guī)劃，需再建兩條新隧道，新一號隧道入口位于原兩條隧道中間，并經(jīng)其中一條隧道下面穿過，新二號隧道位于最北側(cè)，兩隧道上方為居民區(qū)，底部有防空洞。傳統(tǒng)隧道施工方式無法滿足該隧道的施工要求。大連市交通局、城建局、中鐵九局聯(lián)合徐工集團，采用徐工集團隧道硬巖掘進機XTE320進行工程施工。隧道施工現(xiàn)場施工案例——大連白云隧道28施工案例——大連白云隧道地址報告：強風(fēng)化石英板巖中風(fēng)化石英板巖裂隙較發(fā)育V級圍巖巖石鑒定結(jié)果：石英板巖硬度在70-80MPa局部超過100MPaIII級圍巖29施工案例——大連白云隧道地址報告：強風(fēng)化石英板巖中風(fēng)化石英板巖裂隙較發(fā)育V級圍巖巖石鑒定結(jié)果：石英板巖硬度在70-80MPa局部超過100MPaIII級圍巖30隧道開挖斷面寬12.4米，高7.9米，仰拱單獨施工。根據(jù)XTE320掘進機切割范圍進行分層施工，上層開挖高度為5.7m，下層開挖高度2.2m。施工工藝及效率：每天100多方的工程量，4-5個小時施工完畢，平均20-25方/小時。施工案例——大連白云隧道31施工問題處理：1、在施工到200米左右時遇到2方左右的大塊硬巖，硬度達(dá)到100MPa，巖石無裂隙。由于操作手經(jīng)驗不豐富直接用截割頭截割硬巖，20s左右消耗一把截齒，截齒損耗嚴(yán)重。后通過觀察，大塊硬巖周圍巖石較軟，改變切割路線，通過先截割周圍巖石，再進行破碎擠壓的方式，將整塊巖石剝落。施工案例——大連白云隧道32施工問題處理：2、在之后的施工中遇到了大面積的石英板巖，巖層無裂隙，硬度100MPa左右。通過多次截齒實驗、優(yōu)選截齒的方式順利施工。施工案例——大連白云隧道33施工問題處理：（1）采用鑿巖臺車鉆孔：采用直徑40的鉆桿，間隔300mm鉆孔，形成蜂窩孔；最終效果不理想，沒有達(dá)到巖層應(yīng)力釋放的效果，同時鑿巖臺車自身損耗嚴(yán)重，鉆孔時間較長，施工配合較差。（2）遴選優(yōu)質(zhì)截齒：隧道掘進機在截割巖石時穩(wěn)定性很好，但截齒損耗嚴(yán)重，通過選取性價比高的截齒滿足施工要求；先后選取國內(nèi)外20多家截齒廠家（如：山特維克和凱南麥特）進行試驗，最后有山東和遼寧兩家的截齒耐磨性較好，但是在使用時消耗也很大。施工案例——大連白云隧道34施工問題處理：（3）改進切割頭截齒排布：通過調(diào)整截割頭最前端截齒的倒角和轉(zhuǎn)角，使截齒尖部更向前即截割頭更尖；同時改變截割頭的進尺量為1/3截割頭，改進后使用效果明顯。在綜合優(yōu)質(zhì)截齒和新的截齒排布的基礎(chǔ)上，綜合使用能夠滿足施工要求，用戶能夠承受截齒的損耗。施工案例——大連白云隧道35353535XTE260在九寨溝高速公路隧道XTE260在云南大理環(huán)城高速公路隧道四川省道205黃土梁隧道九寨溝段，巖石硬度等級F6，巖石階梯發(fā)育良好，施工斷面高7米，寬14m。臺階開挖，進尺量3m/天/班。云南大理雞冠山、起鳳山隧道，巖石硬度等級F3，隧道施工斷面7米，寬15m，兩個洞同時施工，臺階開挖，進尺量4m/洞/天，每洞已掘進70多米。施工案例——四川九寨溝、云南大理36363636XTE200R在綿陽引水隧道XTE230在湖南龍永高速公路隧道湖南龍永高速公路隧道，巖石硬度等級F4-F5，圍巖節(jié)理發(fā)育較好，隧道施工斷面高12米，寬13m。臺階開挖，進尺量7-8小時3m。四川綿陽葛洲壩引水隧道，細(xì)砂巖，巖石硬度等級F3，隧道施工斷面高7米，寬6m。全斷面開挖，進尺量12m/天。施工案例——四川綿陽、湖南張家界37鶴大線高速公路隧道XTR260隧道掘進機施工現(xiàn)場。施工案例——吉林鶴