全断面岩石掘进机施工技术

1、卜设备施工”vJL.L. L. -JL H全断面岩石掘进机施工技术杜立杰(石家庄铁道学院)摘耍：介绍了全斯闻岩仃掘进机的匸作原理进机施匸的一些关健技术简 单介绍了国内外应用掘进机施匸的工程案例。关储词：圳进机；陡洞施匸琏洞案例中图分类号：U455.3P文献标识码：B随着我国铁路、公路、水电工程、南水 和排污等大规模基础建设项II的开展，未 北调西气东输、城市地铁、市政供水供电 來20年平均每年约有300 km共6()0() km 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved,

2、1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Research for web hierarchical control system based onforecast of traff ic flowChen Yi卜xian1,2 , Luo San-ding2 , Hu Yang2(1. Changsha Aeronautic-al Vocational and Technical College,Cliangsa 410124, Hunan；2 I nfonnation

3、 and Science Engineering College, Central South I Diversity. Clumgsha410083, Hunan)Abstract； Application of Intelligent fransport System (ITS )use(l by three layers net hierarchical control model based on traffic flow is inlnxlucecl in this paper. A ant colony Algorithms for traffic flow balance dis

4、tribution is also presented Better tiaffic route can be G)un(l by the algorithms. The solution for tnifTic flow problem can l)e offered by the algorithmsKey Words： traffic flow forectist . intelligent tninsport system , hierarchiciil control , ant colony algorithms凿岩机械气动工A,2005(4)55权值。4结论本文主要针对交通流最控

5、制提出了三 层网络递阶控制模型。在此基础上给出了 展J ：蚁群算法的交通流磺平衡分配模熨和 决策方案。分析表明蚁群算法能较好地模 拟交通流的产生、拥塞和控制过程能为全 局交通流最的控制提供决策依据。参考文献：1 刘智勇押能交通控制理论及JI-应用| M | 北京: 科学出版社.2003.2李上勇等.蚁椭克法及Jt建用M.哈尔滨:哈尔 滨匸业大学出版H.2004.(3J英辉辉，史峰.随机用八 卜衡配流的门适应优化 算法研究C.中国交通研究与探索北京：人民 交通出版社.2004： 1029-1034.4王炜等.公路交叉L1通行能力分析方法M.北 京:科学出版II： .2001. 的隧道需耍开挖。由

6、r匚程规模人、地质条 件复朵，工程施工速度、环保、质虽和效益 耍求高，传统钻爆法施工技术已经难以适 应这一巨大的挑战，因此，全断而岩石掘进 机必将在我国得到长足的发展。它将推动 我国大熨施匸机械制造和施匚企业的科技 进步。隧道掘进机一 般育盾构和岩石掘进机 两种。盾构主耍应川r软土地层的开挖；岩 石掘进机主耍用j讪更质地层的开挖。本文 主耍介绍全断而岩石掘进机。全断面岩石掘进机(以下简称掘进机) 的破岩原理为：主机前部是装有若干滚刀 的刀盘由刀盘驶动系统報动丿j盘旋转，并 由推进系统给刀盘提供推进力。在推进力 的作用下滚刀切入岩石掌子面，不同部位 的滚刀在学子面上留下不同半径的同心圆 切椚轨迹

7、。在滚刀的挤压下，相邻切槽的岩 石在剪切力作用卜从岩体上剥落卜來形成 石渣，石渣则随着刀盘的旋转由刀盘上的 铲渣斗自动拾起.经刀盘内的溜渣槽输送 到装在主机上的胶帯机上，再运到后配套 系统处经隧道出渣运输系统运出洞外。1掘进机施工的关键技术(1) 选型掘进机结构庞大复杂，是各种高技术 系统的集成，乂是价值数亿元的大型成套 工厂化作业系统，属典里的非标定制产 品，其机型、系统设备配宣和主耍技术参数 均需承包商与制造商根据n体的工程设 计、地质条件和施工工艺共同研究确定，后 配套系统的选熨及集成是否合理，是丁程 能否顺利完成的关键(2) 施工的组织管理掘进机在施工时，掘进、出渣、支护、进 料运输等

8、工序为并行、连续作业，系统性 强，要求各环节紧密配合，以掘进作业为中 心，氏他配套设施耍尽可能地满足掘进的56需耍，与钻爆法施工在组织管理上具自完 全不司的技术特点，这就给掘进施工组织 管理技术提出了挑战。掘进机的平均机时 利用率是衡帚掘进施工组织管理技术水平 的主妥指标，H前国际水平在40 %左右。(3) 掘进参数的匹配在掘进施工中.隧道的地质条件不断 变化，而不同岩石条件卜选収的掘进参数 对施工的安全、掘进速度、掘进效益影响很 人，只有根据不同的围岩条件对主耍参数 如刀盘的转速、推力和扭矩、推进速庚、撐 靴压力，推进行程等合理匹配，才能够安 全、快速和高效地掘进。(4) 软弱用岩和不良地质

9、地段的施工在软弱阳岩条件卜容易出现掌子面不 稳定、围岩坍塌、刀盘被R、支撑系统撑不 住、刀盘下沉、掘进方向难以控制等技术问 题，另外，断层、涌水、岩洞等不良地质地段 也对施T带來很多的技术难题。因此软弱 用岩的掘进技术和不良地质地段的施匸技 术是工程安全贯通的关键。(5) 状态监测、故障诊断和维护掘进机是机、电、液、光一体化的人型 陆道厳工作业系统，比作业环境恶劣、空间 狭窄。由厉配套系统庞大、复杂以及实际 地质条件的复杂性，施丁中发生匝大事故 的情况多有报道，造成了巨大的经济损失 和社会影响。如何建立先进可靠的监测诊 断和维护技术，保证掘进机处安全完好 的掘进状态和提高机时利用率,都是需要

10、解决的关键技术问题。(6) 刀具刀具是比破岩的关键零部件而FL硕 岩掘进机施匸中刀具的检件、更换、维修等 作业时间和刀H消耗费用占掘进机施工总 时间和施工总费用的比例很人。因此，锁岩 掘进机施工中的刀JI是制约掘进效率和效 益的苻要问题，也足制约我国掘进机国产 化和降低施匸成本的关键问题。掘进机施 雷岩机械气动工具，2005(4) 工中设立专门的刀其班组，建立合理的刀 貝使用、检査、更换和维修的技术规范是至 关重耍的。(7) 掘进方向的测量和控制在掘进过程中，需耍不断地进行掘进 方向的测杲和控制，掘进方向能不能准确 控制关系到隧道能否贯通和贯通精度的高 低，而I.方向控制技术的好坏对刀H的消

11、耗和掘进速度有很大的彫响,特别是软弱 围岩掘进中容易出现刀盘F沉、撑靴打滑、 机身滚动等问题，而耍合理的捌进和方向 调整控制技术。(8) 出渣和物料运输隧道掘进机掘进速度快、出渣量大、运 输距离长，且耍求掘进、出渣、支护并行作 业。如果出渣和物料运输不能满足掘进耍 求，将不能发挥掘进机快速施工的优势。因 此，大断而长隧道掘进机的出渣和物料运 输技术也是关键的保障技术。H前，常用的 技术方案为有轨运输技术和连续胶带机出 渣技术 特别是胶带机连续出渣技术已成 为国外人断面长隧道掘进机施工的巫耍技 术选择，我国还没育成功的应用实例。(9) 族工供电掘进机施工用电龟大，用电设备多，高 压进洞供电距离长

12、，供电系统复杂，安全性 耍求高。因此，施匚供电技术也是需要电点 考虑的问题。(10) 施工通风掘进机施工-般通风距离较长，特别 是近年來超过10 km的隧道越來越多，这 对我国隧道施工通风也带來很大的技术难 度。(11) 施工作业分析掘进机施工过程中随时有大最相对应 的不同围岩地质参数、掘进机掘进工作参 数、掘进性能参数，采集和分析处理这些数 据对指导后期施工具冇巫耍的参考价 值，对我国掘进机的技术数据积累和施丁 凿岩机械气动工JI,22)5(4)企业口身技术和经验的积累，都是非常巫 要的。2工程应用实例(1) 国外已建成的著名工程英吉利海峡铁路隧道 它由3条平行 隧道组成毎条长约50 km,

13、海底掘进长度 约37 km,地层岩石为白垩纪泥灰岩。该工 程英、法两侧共使用了 11台掘进机，在3 年内完成了任务，1994年底开通运营。其 中一台由Robbins公司生产的直径8.36 m 的掘进机创造了当时月进尺1719.1 m的 世界记录。瑞士费尔艾那铁路隧道 全长19 km, 使用Wirth公司制造的直径7.7m的敞开式 掘进机，岩石地层为花岗岩，该工程1995 年开始施工，1998年完工，口进尺为13.6 22.9 ino(2) 国外在建的著名工程南非莱索托南水北调匸程总长约 200km,有4条引水隧洞和2条输水隧洞、6 用人坝、2朋电站等水工建筑，其中约84 km的施工隧洞。该工程

14、口 20世纪80年代 末动工，总工期计划30笫年。瑞士哥特哈得(Gotthard)路隧道工 程 全长57 km,开挖貢径9 m,最大埋深 2500 m,采用8台掘进机进行施工。法国里昂至意大利都灵铁路隧道 全 长54 km, Id人埋深超过2 000 m,采用掘 进机进行施工。(3) 国内建成的主耍工程1985年在广西隆林天生桥水电站的引 水隧洞修建中，从美国引进了 Bobbins公司 制造的直径为10.8 m掘进机开挖引水隧 洞总长度约10 km.掘进机遇到的岩石地 层为石灰岩，抗压强度为150 MPa,施工时 垠高月进尺150 m。这是我国第一条釆用 大断面岩石掘进机施工的隧道。1991年

15、在 甘肃省引大入秦大型跨流域灌溉程中，57 30A隧道全长11.649 km,是一条无压输水 隧道，由意大利CMC公司采用双护盾掘进 机进彳f施工，掘进机臣径为5.56 采用预 制管片衬砌。该机是美国Robbins制造生产 的188-227 掘进机，遇到的地层岩性单 轴抗压强度为26.0-133.7 MPa,该隧洞历 经13个月于1992年1月掘进贯通，最高 日进尺65.5 绘高月进尺1 300 m0山酉省万家塞引黄工程隧洞总长 161.1 km,其中共采用6台直径4.88 m和 5.96m双护炳掘进机对8条隧洞进彳门施工, 施工隧洞总长121.8 km,采用六边形预制 管片衬砌。该工程地层主

16、耍岩性为灰岩，由 意大利英波基洛公司和CMC公司及中国 水利水电四W组成的力龙联营体承包， 1993年开始掘进至今，创造/高J进尺 1821.5 m的掘进记录。西康铁路秦岭隧道工程由铁道部从 Winh公司引进2台直径8.8 m敞开式掘进 机施工，该隧道全长1&46 km,岩石为坚硕 的混合片麻岩和混合花岗岩，抗压强度为 105325 MPa,属F国际上掘进机施工工程 中十分罕见的极岩石条件，在此条件E 仍然创造了最高月进尺531 m和509 m的 记录。该工程中掘进机自1997年下半年开 始运至施匸现场组装，1999年掘进贯通。 秦岭隧道完工后，这2台掘进机乂分别转 移至西安至南京铁路磨沟岭隧

17、道和桃花铺 隧道施工，成功地使敞开式掘进机在这两 个长距离软弱閘岩的隧道工程中掘进贯 通，并分别创造了 573.0 m与551.8 m的新 掘进记录。可以说，通过秦岭隧道、磨沟岭 隧道和桃花铺隧道成功的掘进机自主施 工，真正建立了我国自己独立的掘进机施 工队伍和专家队伍，并创造性地掌握了捌 进机施工技术体系。(4) 国内在建和拟建的重人工程辽宁省大伙房水库输水隧洞工程，貢 径8 m,连续全长85.3 km。目前已完成掘 进机的选型设计，辅助匸程已开始施I,隧 洞主体工程采用3台掘进机进行施工，计 划2008年完成。本工程隧洞FI有长度长、 断而大、单机掘进距离长、支洞坡度人、掘 进机洞内组装、

18、存在不良地质(断层、岩洞、 浦水)、掘进速度耍求高等特点，是国内外 瞩目的宏大的施工工程。南水北调西线工程规划引水线路长 260.1 km，其屮隧洞长244.1 km。隧洞口然 分成7段，最长洞段长73km,该工程具有 高海拔、高寒、缺氧、降洞长、断而大等特 点，将推荐采用掘进机进行施工。 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 未来两年工程机械行业将步履维艰 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 一般來说，我国工程机械行业的景气 度与固定资产投资的増长率基本上呈同 步正相关的关系。从去年第三季度开始， 我国工程机械行业的景气低谷已经出现， 加息和七大部委联合加大对房地产市场 的整治力度等重人事件更是推迟了彳j业 的复苏。在此背景下，不管哪一种经济类 熨的企业，其经