暗挖法)地下工程施工(TBM法施工).ppt

1、掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工技術(shù),巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法概述,一、基本概念 巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machine）簡(jiǎn)稱TBM。 是利用巖石隧道掘進(jìn)機(jī)在巖石地層中暗挖隧道的一種施工方法。通常是利用回轉(zhuǎn)刀盤又借助推進(jìn)裝置的作用力從而使刀盤上的滾刀切割(或破碎)巖面，以達(dá)到破巖開(kāi)挖隧道(洞)的目的。 按巖石的破碎方式，分為擠壓破碎與切削破碎兩種，前者是將較大的推力給予刀具，通過(guò)刀具的楔子作用將巖石擠壓破碎；后者是利用旋轉(zhuǎn)扭矩在刀具的切線方向及垂直方向上進(jìn)行切削。 按刀具切削頭的旋轉(zhuǎn)方式，可分為單軸旋轉(zhuǎn)式與多軸旋轉(zhuǎn)式兩種。 掘進(jìn)機(jī)構(gòu)造：是由切削破碎裝置、行走推進(jìn)裝置、出碴運(yùn)輸裝置、驅(qū)

2、動(dòng)裝置、機(jī)器方位調(diào)整機(jī)構(gòu)、機(jī)架和機(jī)尾，以及液壓、電氣、潤(rùn)滑、除塵系統(tǒng)等組成。,巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法概述,二、巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的分類 1、按切削方式分類 大致分為全斷面切削方式和部分?jǐn)嗝媲邢鞣绞絻深?。部分?jǐn)嗝媲邢鞣绞绞峭诰蛎禾坑玫臋C(jī)械在隧道挖掘施工上的應(yīng)用，全斷面切削方式開(kāi)挖的斷面一般是圓形的。 2、按開(kāi)挖地層分類 1）土質(zhì)隧道掘進(jìn)機(jī)（盾構(gòu)） 2）巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）,巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法概述,三、TBM法的優(yōu)缺點(diǎn) 1、TBM法的優(yōu)點(diǎn) 1）掘進(jìn)效率高。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，從而可以保證破巖、出碴、支護(hù)一條龍作業(yè)。特別在穩(wěn)定的圍巖中長(zhǎng)距離施工時(shí)，此特征尤其明顯。 2）掘進(jìn)機(jī)

3、開(kāi)挖施工質(zhì)量好，且超挖量少。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的隧道(洞)內(nèi)壁光滑，不存在凹凸現(xiàn)象，從而可以減少支護(hù)工程量，降低工程費(fèi)用。 3）對(duì)巖石的擾動(dòng)小。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工可以大大改善開(kāi)挖面的施工條件。而且周圍巖層穩(wěn)定性較好，從而保證了施工人員的健康和安全。 4）施工安全，近期的TBM可在防護(hù)棚內(nèi)進(jìn)行刀具的更換，密閉式操縱室和高性能的集塵機(jī)的采用，使安全性和作業(yè)環(huán)境有了較大的改善。,巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法概述,2、TBM法的缺點(diǎn) 1）對(duì)多變的地質(zhì)條件(斷層、破碎帶、擠壓帶、涌水及堅(jiān)硬巖石等)的適應(yīng)性較差。但近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用了盾構(gòu)外殼保護(hù)型的掘進(jìn)機(jī)，施工既可以在軟弱和多變的地層中掘進(jìn)又能在中硬巖層中開(kāi)挖

4、施工。 2）掘進(jìn)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，由于掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)材料、零部件的耐久性要求高。因而制造的價(jià)格較高。難用于短隧道。 3）施工途中不能改變開(kāi)挖直徑。如用同一種機(jī)型開(kāi)挖不同直徑的斷面。 4）開(kāi)挖斷面的大小、形狀變更難，在應(yīng)用上受到一定的制約。,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的基本條件,一、 工程地質(zhì)條件 在TBM工法中，TBM和掌子面是分離的，故有軟弱層和破碎帶時(shí)，采用輔助工法很困難。所以，不良地質(zhì)的調(diào)查，不僅對(duì)TBM的選擇和施工速度有很大的影響，對(duì)能否采用TBM法也是決定性的因素。 1、影響選用TBM工法是否合適的地質(zhì)因素 （1）隧道地壓 很大的地壓作用，掌子面難于自穩(wěn)，TBM掘進(jìn)是極為困難的。 （2

5、）涌水狀態(tài) 在涌水地段，在極端的情況下，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生下沉 ，TBM的優(yōu)點(diǎn)會(huì)喪失殆盡。,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的基本條件,2、影響TBM效率的地質(zhì)因素 影響TBM效率的因素主要有巖石強(qiáng)度、硬度及裂隙等。這些因素對(duì)TBM切削巖石的能力影響極大。 （1）巖石強(qiáng)度 （2）巖層的裂隙 （3）巖石硬度,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的基本條件,二、 機(jī)械條件 TBM不僅受到地質(zhì)條件的約束，還受到開(kāi)挖直徑、開(kāi)挖機(jī)構(gòu)的約束。 一般說(shuō)在硬巖中，大直徑的開(kāi)挖是很困難的。理由是：目前的TBM大都是單軸回轉(zhuǎn)式的，開(kāi)挖直徑越大，刀頭的內(nèi)周和外周的周速差越大，對(duì)刀頭產(chǎn)生種種不良影響。此外，隨著開(kāi)挖直徑的增大，要增大推力，支撐靴也要

6、增大。會(huì)出現(xiàn)運(yùn)送上的困難和承載力問(wèn)題。 此外，挖掘機(jī)械是采用壓碎方式還是切削方式，對(duì)實(shí)際應(yīng)用的適用范圍也有差別。,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的基本條件,三、 開(kāi)挖長(zhǎng)度 TBM進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，一般要經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、組裝的過(guò)程。根據(jù)TBM的直徑和形式、運(yùn)輸途徑、組裝基地的狀況等，要準(zhǔn)備12個(gè)月。其次，TBM的后續(xù)設(shè)備長(zhǎng)100200m，為正規(guī)地進(jìn)行掘進(jìn)，也要先修筑一段長(zhǎng)200m左右的隧道。所以，隧道長(zhǎng)度短時(shí)，包括機(jī)械購(gòu)置費(fèi)在內(nèi)的成本是很高的，是不經(jīng)濟(jì)的。 當(dāng)隧道長(zhǎng)度在1000m以下時(shí)，固定費(fèi)的成本急劇增大，到3000m左右時(shí)，成本大致是一定的。因此，如果單純的看此圖，TBM適宜的長(zhǎng)度最好是3000m以上。,采用掘

7、進(jìn)機(jī)（TBM）法的基本條件,四、 工程所在地的設(shè)施 在TBM法中，因要進(jìn)行機(jī)械的運(yùn)輸、組裝等，故要對(duì)隧道所處地點(diǎn)的狀況，給以應(yīng)有的注意。TBM的運(yùn)搬計(jì)劃，要考慮道路的寬度、高度和重量的限制，根據(jù)組裝的條件要充分調(diào)查運(yùn)輸時(shí)的分割方法（最小分割尺寸和重量）。,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的基本條件,掘進(jìn)機(jī)在各類隧道開(kāi)挖中的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性主要取決于： (1) 工程規(guī)模：如隧道形狀、長(zhǎng)度、直徑、埋深、走向以及圍巖條件等。 (2) 地質(zhì)情況：如巖石類型及強(qiáng)度，地質(zhì)的節(jié)理分布及發(fā)育程度，有無(wú)斷層、暗河、溶洞，地下水的分布，隧道正上方有無(wú)建筑物、河流等。 (3) 作業(yè)場(chǎng)地：交通運(yùn)輸能力。由于掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械部

8、件多、重量大、現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)、解體等工作需要起重設(shè)備等配合。水電來(lái)源、進(jìn)出洞口場(chǎng)地等。 (4) 施工進(jìn)度要求：由總控制工期的時(shí)間推算出平均月進(jìn)尺指標(biāo)。 (5) 企業(yè)自身的實(shí)際能力：如制造維修能力、經(jīng)濟(jì)能力，施工隊(duì)伍的技術(shù)、管理水平以及傳統(tǒng)的施工習(xí)慣等。,隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的支護(hù)技術(shù),在TBM中，多采用噴混凝土、錨桿、鋼支撐以及木背板、鋼背板等，有的還采用管片，也是基于地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但其設(shè)計(jì)方法和施工方法的問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，其理由是： （1）掌子面被TBM機(jī)體所堵塞，很難基于掌子面直接進(jìn)行狀況的判斷； （2）拱頂下沉和凈空位移等隧道動(dòng)態(tài)量測(cè)，在開(kāi)挖后立即進(jìn)行是困難的，因此，要采用量測(cè)以外的

9、手段來(lái)判斷圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)是否妥當(dāng)； （3）施設(shè)支護(hù)的位置，要離開(kāi)掌子面一定距離，支護(hù)設(shè)置時(shí)間較遲； （4）支護(hù)設(shè)置位置。因TBM的形式各異； （5）TBM的直徑、用途是多種多樣的，在同樣的條件下的工程實(shí)例較少，因此，TBM的支護(hù)要在積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步完善。,隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的支護(hù)技術(shù),支護(hù)形式的基本要素,隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的支護(hù)技術(shù),二、 支護(hù)設(shè)計(jì) 事前調(diào)查進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，設(shè)定支護(hù)模式，并在掘進(jìn)中根據(jù)對(duì)圍巖狀況的判斷，修正支護(hù)形式。應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)。 （1）為確保高速掘進(jìn)，應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行支護(hù)的施設(shè)，或能夠與掘進(jìn)平行施工； （2）TBM的洞壁是光滑的，松弛比爆破法小，

10、支護(hù)可以采用輕型的； （3）支護(hù)的施工位置（與掌子面的距離）； （4）開(kāi)挖后到構(gòu)筑的時(shí)間較遲； （5）是永久的或是暫時(shí)的； （6）構(gòu)筑支護(hù)時(shí)對(duì)TBM裝置的影響； （7）支撐靴擠壓對(duì)洞壁的影響。,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的輔助工法,在TBM法中，根據(jù)掌子面直接觀察的事故預(yù)測(cè)，開(kāi)挖前的周邊加固及開(kāi)挖地點(diǎn)的直接加固等輔助工法，與其他情況有些不同。所以，對(duì)TBM法來(lái)說(shuō)，輔助工法是指在通常情況以外的地質(zhì)條件或施工時(shí)所采用的對(duì)策，稱為輔助工法。 一、 采用輔助工法的地質(zhì)條件 TBM法一般是在良好的地質(zhì)條件下采用的。因此，需要采用多種輔助工法的圍巖條件，應(yīng)盡量避免使用TBM法。 但是，采用TBM法的隧道長(zhǎng)度是較長(zhǎng)的，復(fù)雜的地質(zhì)條件常常是難以避免的，如通過(guò)幾條斷層破碎帶是一般的，因此，完全不采用輔助工法進(jìn)行掘進(jìn)的情況是很少的。 采用輔助工法的地質(zhì)條件見(jiàn)表,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的輔助工法,需采用輔助工法的地質(zhì)現(xiàn)象,采用掘進(jìn)機(jī)（TBM）法的輔助工法,二、 事故類型 在TBM法中，事故的事前預(yù)測(cè)和對(duì)策是受限定的，