开挖机械化与掘进机施工

1、开挖机械化与掘进机施工开挖机械化与掘进机施工n开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套 n掘进机法开挖施工掘进机法开挖施工 n 1 1、方案配套的原则、方案配套的原则 2 2、常用机械配套方案、常用机械配套方案 3 3、掘进设备配套最优化问题、掘进设备配套最优化问题6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套n概念概念: :开挖机械化作业设备配套，是指开开挖机械化作业设备配套，是指开挖各工序所用的机械设备，特别是主要挖各工序所用的机械设备，特别是主要工序的施工机械在规格和生产能力上要工序的施工机械在规格和生产能力上要基本相适应。基本相适应。n原则原则：1 1、各工序都应采用机械

2、化作业。、各工序都应采用机械化作业。 2 2、各工序所使用的机械设备，在、各工序所使用的机械设备，在 生产能力上要匹配合理，相互适应。生产能力上要匹配合理，相互适应。 3 3、要求配套设备在布置、操作等、要求配套设备在布置、操作等方面互不干扰，保证作业安全。方面互不干扰，保证作业安全。6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套4 4、尽量选择操作方便，性能稳定，质量可靠，、尽量选择操作方便，性能稳定，质量可靠，易损件少、易补充，故障少，通用性强的设易损件少、易补充，故障少，通用性强的设备。备。 5 5、配套机械设备在生产能力和数量上都要有一、配套机械设备在生产能力和数量上都要有一

3、定备用量。定备用量。6 6、通风、电力、压气、通讯、照明等辅助作业、通风、电力、压气、通讯、照明等辅助作业要满足施工工艺需要。要满足施工工艺需要。7 7、应根据本单位现有设备、操作技术、维修水、应根据本单位现有设备、操作技术、维修水平和经济可能性等情况来确定机械化作业线平和经济可能性等情况来确定机械化作业线的组成内容及配套的机械设备的组成内容及配套的机械设备. .6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套n概念概念：设备配套最优化设备配套最优化的实质是找出技的实质是找出技术上可行，又能满足进度要求，且经济术上可行，又能满足进度要求，且经济上最省的配套方案。上最省的配套方案。根据技

4、术情况（掘进作根据技术情况（掘进作业形式、循环时间、炮业形式、循环时间、炮孔深度）和已有的设备孔深度）和已有的设备情况进行设备而组合。情况进行设备而组合。6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套n机械化施工，常采用机械化施工，常采用顺序作业顺序作业，即凿岩、，即凿岩、装岩、运输、支护、辅助时间。装岩、运输、支护、辅助时间。 - -凿岩时间凿岩时间 - -装运岩时间装运岩时间 - -支护时间支护时间 - -辅助作业时间辅助作业时间 - -凿、装、支工序所需时间凿、装、支工序所需时间06321TxTxxx06321Txxxx6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套n

5、凿、装、支时间与其生产率间的关系：凿、装、支时间与其生产率间的关系： - -分别是凿、装、支生产率分别是凿、装、支生产率 - -分别为凿、装、支工序内分别为凿、装、支工序内需要成的工程量。需要成的工程量。n凿、装、支三个工序完成总时间是固定的，三凿、装、支三个工序完成总时间是固定的，三者在循环内各自完成量上相互制约，且需要按者在循环内各自完成量上相互制约，且需要按一定顺序进行。一定顺序进行。 333222111;VpxVpxVpx321321VVVppp、6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n一个工程要将其正常完成时间缩短

6、，一一个工程要将其正常完成时间缩短，一般需要多支付费用，且时间的缩短是有般需要多支付费用，且时间的缩短是有极限的。极限的。n时间与成本的关系：时间与成本的关系：1 1、凿岩工作凿岩工作：一定凿岩量的施工成本是凿岩时：一定凿岩量的施工成本是凿岩时间的函数。间的函数。)(11xfCX6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：1 1、凿岩工作凿岩工作：凿岩缩短单位时间成本的变化值：凿岩缩短单位时间成本的变化值：凿岩时间的变化范围：凿岩时间的变化范围：min1max1min1max11xxCCCxX

7、xmax11min10 xxx6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：2 2、装运工作装运工作：装运成本是装运时间的函数：装运成本是装运时间的函数：)(22xfCX6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：2 2、装运工作装运工作：装运缩短单位时间成本的增加值：装运缩短单位时间成本的增加值：装运时间的变化范围：装运时间的变化范围：min2max2min2max22xxCCCxXxmax2

8、2min20 xxx6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：3 3、支护工作支护工作：支护成本是装运时间的函数：支护成本是装运时间的函数：)(33xfCX6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：3 3、支护工作支护工作：支护缩短单位时间成本的增加值：支护缩短单位时间成本的增加值：支护时间的变化范围：支护时间的变化范围：min3max3min3max33xxCCCxXxmax33min3

9、0 xxx6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：根据以上三项的分析，可得约束条件：根据以上三项的分析，可得约束条件：max33min3max22min2max11min10321000 xxxxxxxxxTxxx6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：目标函数最小成本增加量为：目标函数最小成本增加量为：可求出可求出 ，根据，根据可求出可求出 ，然后按满足，然后按满足 的要求配置机械设

10、备。的要求配置机械设备。321xxx、33max322max211max1CxxCxxCxxC333222111VpxVpxVpx，321ppp、321ppp、6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：在采用平行作业时： 1、临时支护时间 单独占用循环时间，则以 代替约束条件与目标函数中的 值。 2、不用临时支护时，则在约束条件与目标函数中去掉 。3x3x3x3x33max3CxxCmax33min303210 xxxTxxx22max211max1CxxCxxCmax2min2max1min1032100

11、xxxxxxTxxx6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套机械化作业线的合理配套方案机械化作业线的合理配套方案n时间与成本的关系：时间与成本的关系：问题：若按照问题：若按照 选用设备，此时的进度、成本情况怎样？为什选用设备，此时的进度、成本情况怎样？为什么？么？min3min2min1xxx、6.16.1开挖机械化作业方案配套开挖机械化作业方案配套n掘进机的类型与应用掘进机的类型与应用n全断面掘进机结构原理全断面掘进机结构原理n掘进机开挖隧洞经济分析和施工组织掘进机开挖隧洞经济分析和施工组织6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工 钻爆法钻爆法 明挖法明挖法

12、机械法机械法掘进机法掘进机法 沉埋法沉埋法掘进机的类型与应用掘进机的类型与应用6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工 隧道掘进机械，一般分为二种：隧道掘进机械，一般分为二种： （1 1）臂式掘进机）臂式掘进机(Boom-type Roadheader)(Boom-type Roadheader)； （2 2）全断面隧道掘进机。）全断面隧道掘进机。 全断面隧道掘进机简称全断面隧道掘进机简称TBM TBM ，是利用回，是利用回转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道

13、施工机械。一种新型、先进的隧道施工机械。 臂式掘进机臂式掘进机又称为又称为部分断面掘进机部分断面掘进机，是，是一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种功能为一体的高效联合作业机械。功能为一体的高效联合作业机械。臂式掘进机工作过程臂式掘进机工作过程 目前在国内通常有两种提法：目前在国内通常有两种提法： (1)(1)岩石掘进机岩石掘进机(TBM )(TBM ) ； (2)(2)盾构机盾构机。 岩石掘进机岩石掘进机(TBM )(TBM )就是适合硬岩开挖的隧道就是适合硬岩开挖的隧道掘进机，掘进机，盾构机盾构机指的是适于在软岩、土中的隧指的是适于在软岩、土中的隧

14、道掘进机。道掘进机。 鉴于学术及现实中称法混乱，造成许多麻烦，有些学者提出采用“硬岩TBM”和“软岩TBM（也即盾构机）”两种来规范。开敞式隧道掘进机开敞式隧道掘进机6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工中铁隧道局研发的开敞式隧道掘进机中铁隧道局研发的开敞式隧道掘进机型型 号：号：TB880E开开 挖挖 直直 径：径：8.8米米掘掘 进进 速速 度：度：3.5m/h 最高月进度：最高月进度：574米（磨沟岭隧道）米（磨沟岭隧道） 最高日进度：最高日进度：41.3米（磨沟岭隧道）米（磨沟岭隧道）6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工开敞式隧道掘进机开敞式隧道掘

15、进机6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工护盾式隧道掘进机护盾式隧道掘进机n掘进机各部分的结构掘进机各部分的结构：、削切装置、削切装置、行走推进装置、行走推进装置、岩碴装载运输装置、岩碴装载运输装置、驱动装置、驱动装置、动力供给装置、动力供给装置、方向控制装置、方向控制装置、除尘装置、除尘装置、锚杆支护装置、锚杆支护装置6.26.2掘进机法掘进机法(TBM)(TBM)施工施工n经济分析经济分析掘进机法开挖隧洞的经济分析是相对于钻掘进机法开挖隧洞的经济分析是相对于钻爆法开挖进行的经济比较。爆法开挖进行的经济比较。、工作量对比以钻爆法为基础，则采、工作量对比以钻爆法为基础，则采用

16、掘进机法往往可使工程量有如下变化：用掘进机法往往可使工程量有如下变化：施工准备工程量减少，施工人员减少，工期施工准备工程量减少，施工人员减少，工期缩短，临建费用大为降低。缩短，临建费用大为降低。由于施工速度由于施工速度快，减少了施工支洞工程量。快，减少了施工支洞工程量。可有效的减可有效的减少砌衬工程量。少砌衬工程量。n经济分析经济分析、隧洞掘进机开挖成本分析：隧洞掘进机、隧洞掘进机开挖成本分析：隧洞掘进机开挖的单价一般高于钻爆法开挖的单价。开挖的单价一般高于钻爆法开挖的单价。欲降低开挖成本，应该注意下列各点：欲降低开挖成本，应该注意下列各点：选择适当的配套出碴方式。选择适当的配套出碴方式。选择

17、技术成熟、质量过关的设备，减少选择技术成熟、质量过关的设备，减少非正常性损坏，减少维修、再置费用。非正常性损坏，减少维修、再置费用。针对围岩地质条件，选择适当的刀具，针对围岩地质条件，选择适当的刀具，控制耗刀在经济范围内。控制耗刀在经济范围内。经济分析经济分析、隧道掘进机开挖的综合经济效益：、隧道掘进机开挖的综合经济效益：洞内掘进机开挖单价目前元，钻洞内掘进机开挖单价目前元，钻爆仅为元，但是考虑了掘进机的爆仅为元，但是考虑了掘进机的综合因素后，反而发现掘进机隧洞施工单价综合因素后，反而发现掘进机隧洞施工单价低于钻爆法。低于钻爆法。n掘进机施工组织掘进机施工组织1、主要施工方法：、主要施工方法：

18、隧洞直径在隧洞直径在210m时，一般采用全断面一时，一般采用全断面一次成洞方法。次成洞方法。 隧洞直径为隧洞直径为615m时，可采用分级扩孔施时，可采用分级扩孔施工方法，即采用小机组一次贯通导洞，然后工方法，即采用小机组一次贯通导洞，然后扩大，或超前开挖导洞，后面紧跟扩大。扩大，或超前开挖导洞，后面紧跟扩大。n掘进机施工组织掘进机施工组织2 2、施工前的准备工作、施工前的准备工作 ：掘进机法开挖隧洞必须在严格的施工组织掘进机法开挖隧洞必须在严格的施工组织设计指导下进行。设计指导下进行。 优选合适的施工、砌碴运输方式，制定施优选合适的施工、砌碴运输方式，制定施工进度计划，并根据地质资料制定各段掘进工进度计划，并根据地质资料制定各段掘进时的安全措施、备