中南大学隧道工程课件隧道工程其他施工方法

《隧道工程》

中南大学

第10章隧道掘进机开挖技术第10章隧道掘进机开挖技术10.4与掘进·机施工配套的支护方式10.3掘进机施工10.1概述10.2掘进机的类型与构造第10章隧道掘进机开挖技术10.1.1有关概念和TBM发展历史10.1概述1.隧道常用施工方法

钻爆法明挖法

机械法——掘进机法沉埋法第10章隧道掘进机开挖技术2.隧道掘进机械◆隧道掘进机械，一般分为两种：（1）臂式掘进机(Boom-typeRoadheader)；（2）全断面隧道掘进机，简称TBM。◆隧道掘进机(TunnelBoringMachine)，简称TBM，是利用回转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。3.定义第10章隧道掘进机开挖技术◆臂式掘进机又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、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。3.定义第10章隧道掘进机开挖技术

(1)在岩石中开挖隧道的TBM

通常适用于稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。

(2)在松软地层中掘进隧道的TBM

一般适用于在具有有限压力的地下水位以下基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。10.1.2全断面隧道掘进机分类第10章隧道掘进机开挖技术1.全断面隧道掘进机分类—I（Grandori，1996年）

目前在国内通常有两种提法：

(1)岩石掘进机(TBM)

；

(2)

盾构机。岩石掘进机(TBM)就是适合硬岩开挖的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。第10章隧道掘进机开挖技术2.全断面隧道掘进机的分类—II

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。3.全断面隧道掘进机的分类—III

(1)安全——人员在局部或整体的护盾下工作(2)快速——常规钻爆法掘进速度的3～10倍(3)优质——洞壁光滑美观(4)自动化和机械化程度高（节省劳动力——经济）(5)围岩扰动小(6)对环境影响小10.1.3隧道掘进机施工特点第10章隧道掘进机开挖技术1.优点

(1)能耗大(2)断面单一(3)对岩层变化的适应性差(4)一次性购买TBM投资高(5)主机重量大，运输不方便，安装工作量大(6)短隧道不能发挥其优越性(不经济)第10章隧道掘进机开挖技术2.缺点10.1.3隧道掘进机施工特点第10章隧道掘进机开挖技术◆1846年——TBM由意大利人Maus发明。◆1851年——美国人威尔逊开发了一台TBM，在花岗岩中试用未获成功。◆1881年——波蒙特开发了压气式TBM，成功应用于英吉利海峡隧道直径为2.1m的勘探导坑。◆1952年——美国罗宾斯公司研制了现代意义上的第1台软岩TBM。◆1956年——美国罗宾斯公司又研制成功中硬岩TBM。从此，TBM

进入快速发展时期。1.发展历史——大事记10.1.4掘进机的应用与发展第10章隧道掘进机开挖技术2.应用——国外

近年来，国外采用掘进机完成的大型隧道有：

(1)英法海底铁路隧道——单洞长约50km，使用11台掘进机，工期三年多时间；

(2)瑞士费尔艾那隧道——长19km，其中约9.5km采用掘进机施工；

(3)瑞士穿越阿尔卑斯山新圣哥达铁路隧道——长达57km；

(4)美国芝加哥TARP工程排水隧道——大约40多km，全部采用掘进机施工。

(1)

1970年代末，甘肃引大入秦和山西万家寨引水工程——采用掘进机获得成功(意大利CMC公司承包)。

(2)1998.1～1999.8，西康铁路秦岭特长隧道——引入德国Wirth公司TB880E型掘进机，进行长18.5km，直径8.8m的I线隧道施工，平均掘进速度为313.7ｍ/月。第10章隧道掘进机开挖技术3.应用——国内

第10章隧道掘进机开挖技术4.国外掘进机的发展技术水平

◆开挖直径范围为；

◆可在抗压强度360MPa的岩体中掘进80-100m2大断面隧道，

平均掘进速度350-400m/月；

◆能开挖45°的斜井；

◆盘形滚刀的最大直径达483mm，其承载能力达312kN；刀具

的寿命达300～500m；

◆单台掘进机的最大总进尺已超过40km。第10章隧道掘进机开挖技术5.世界上著名的岩石掘进机制造厂商

美国：罗宾斯(Ｒobbins)公司(已归属阿特拉斯公司)

佳瓦(Jarva)公司

德国：维尔特(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)公司第10章隧道掘进机开挖技术10.2掘进机的类型与构造隧道掘进机(岩石)全断面掘进机开敞式悬臂式掘进机护盾式单臂式多臂式单撑靴式双撑靴式单护盾式双护盾式◎

掘进机的类型

第10章隧道掘进机开挖技术10.2.1全断面掘进机◆适合于软岩隧道；

◆顶推反力利用尾部安装的衬砌管片。

◆适合于硬岩隧道；

◆顶推反力与刀盘扭矩力依靠围岩坚硬壁面提供；(1)开敞式掘进机(2)护盾式掘进机

第10章隧道掘进机开挖技术开敞式隧道掘进机

第10章隧道掘进机开挖技术中铁隧道局研发的开敞式隧道掘进机型号：TB880E开挖直径：8.8米掘进速度：3.5m/h西康铁路秦岭隧道西安-南京线磨沟岭隧道

最高月进度：574米（磨沟岭隧道）最高日进度：41.3米（磨沟岭隧道）

第10章隧道掘进机开挖技术开敞式隧道掘进机第10章忧隧道均掘进拘机开执挖技附术开敞式枯隧道掘翠进机第10章隧拨道掘进额机开挖蹲技术开敞式忙隧道掘凡进机第10章舞隧道奔掘进活机开筑挖技诊术开敞式臭隧道掘耕进机第10章隧趣道掘进垫机开挖授技术开敞式阵隧道掘镰进机第10章隧生道掘进公机开挖涌技术开敞莲式隧含道掘方进机第10章隧学道掘进壳机开挖是技术开敞距式隧险道掘溉进机第10章腊隧道忌掘进避机开志挖技闷术开敞可式掘签进机育模型第10章隧戚道掘进华机开挖袍技术护盾糊式隧教道掘振进机第10章刷隧道古掘进茎机开洋挖技绝术10薪.2土.1舅.1开敞式扁掘进机◆开敞果式掘驱进机某基本企有两歼种型内式：单撑靴窗式、双插撑靴式酷。第10章隧叠道掘进时机开挖迫技术●刀座●吊耳●人工检妇查用脚衣踏点和雹把手●周边受铲斗蛛，可查更换壤铲齿秃或铲蔑碴板●带防劫护罩地喷水妄孔●人孔通考道●与刀盘园回转轴再承相连并接的精之加工部屡件及螺注栓孔10泳.2庙.1险.1开敞读式掘盏进机膏构造(1)刀探盘第10章它隧道窃掘进猜机开透挖技益术主要挑构造惑：刀盘；匙控制系辣统，支功撑和推曾进系统刊；后部殖配套设什备。第10章隧爽道掘进竭机开挖塑技术第10章兰隧道壤掘进蜂机开抬挖技英术第10章隧已道掘进桌机开挖漫技术第10章虹隧道形掘进稻机开下挖技箭术第10章隧疑道掘进恰机开挖兔技术第10章基隧道寄掘进碗机开汇挖技虾术第10章隧搅道掘进吴机开挖棍技术第10章隧牌道掘进垂机开挖壮技术The栏bi奖gge跑st行har愉dr员ock砖tu超nne鬼lb雅ori现ng汉mac世hin心ei挪nt影he歇wor氧ld柳is村set港to课st倡art恰wo貌rk求on眠the祸Br专isb患ane卧No花rth去-So吉uth寇By秆pas谜sT着unn呀el坑inD俊ece位mbe让r2巾007异.The遵ma证chi尾ne蛾is生250相Ml靠ong伯,w比eig均hs毁400牛0T茄and柔is枕al剪mos敞t1舞3M绢in炎dia宝met贴er.第10章弱隧道阻掘进障机开短挖技川术●掘进允中，庭刀具辜受顺弃刀圈原径向含和侧糊向复合压阅力及刀飘圈和背岩石壳间摩擦缎力。●在均一队完整岩饮石中，疯刀具主虹要受径向近压力，而挨所受侧向力并不僚大。●实际岩途石是不均令质和阿有裂办纹的，细每把叉滚刀枕受力不均动一。●刀具舌破碎蚊岩石沉过程久，机械疑能转翠换成市热能，产生大量疾热能，将沸降低塞刀圈笋寿命愈，因挺此须想作降温划处理。第10章哑隧道副掘进与机开垮挖技仗术(2晃)刀具的掌力学特捆性第10章哀隧道化掘进遍机开销挖技湾术(3句)滚刀提数量饱的确气定◆切削刀抬盘上滚侦刀平面坡布置是倾根据滚刀袜类型和合理刀托间距确定的正。在一设定间疼距下需，刀宵盘直务径与尸滚刀绸数量事间的创关系赚可以火从右图中查验携。(4)支撑和凡推进系铃统第10章裁隧道瓶掘进虹机开也挖技柜术◆单撑歪靴式◆双撑逮靴式(5)驱动系纪统第10章虽隧道蜻掘进浮机开犹挖技蜜术◆刀盘驱疲动方式测有两大师类：电动和液压。◆电动又俘分单速聚电机、双速惧电机和调频帖电机。◆液压治系统◆供电系辽统◆运输系度统◆通风学系统◆降温攀、防芽尘、建供水偏及安谦全系获统◆隧道支亿护设备写系统◆其它罪辅助作设施(6)后配他套设娇备第10章银隧道购掘进贴机开窑挖技满术TBM组装图第10章隧咽道掘进叼机开挖讯技术TB兵M组装图第10章隧无道掘进坊机开挖糟技术TB卸M组装酱图第10章幸隧道匙掘进狸机开流挖技靠术TBM组装根图(1)单护盾TB坏M——常用训于劣裤质地裕层。(2贡)双护号盾TB逐M——适用于悄各种地瓣质，既司适应软捆岩，也堆适应硬岩或软花硬岩交促互地层按。◆对比：单护够盾TB酸M推进时弊，要利宰用管片智作为支星撑，与辛双护盾TBM相比，猴掘进与温安装管电片两者是不能同闹时进行吐，速度女较慢。10.体2.1跟.2护盾式鞠掘进机第10章学隧道米掘进岁机开雨挖技美术第10章隧兴道掘进曾机开挖括技术第10章隧剩道掘进库机开挖标技术臂式做掘进吊机又称为部分断按面掘进济机，是一所种集遣切削碰岩石我、自随动行挨走、辟装载愉石碴亚等多途种功残能为棵一体击的高前效联窑合作冲业机任械。10似.2搅.2臂式掘袄进机第10章隧途道掘进散机开挖预技术臂式掘示进机具骂有效率高、机动性本强、对围脆岩扰甩动小、超挖木量小、安全桥性高、适应乌性强，以及费用相吵对较低等优点县。◆可以添适应任意形铅状的断面；◆对地质贸条件的格要求较柱低，适合软岩蚊及中煮硬岩隧道的张掘进；◆连续镇掘进，支护监可实现平行铸作业◆基本垂投资易费用膜少，公约为蛙全断甩面掘挡进机破的15挡%左右。◆中短状隧道施工更蹲为适用。壁式掘凡进机的责特点第10章桑隧道顷掘进节机开兰挖技久术臂式掘博进机开均挖与支令护平行宣作业示馒意图第10章隧铺道掘进成机开挖款技术臂式偏掘进连机开约挖作秃业示甚意图第10章功隧道弟掘进堵机开柴挖技希术重型隧匪道掘进美机第10章隧霞道掘进却机开挖湿技术臂式顷掘进例机切狐削头第10章隧简道掘进盖机开挖伏技术在掘进呈时切削辨刀盘上筛的滚刀蛾沿岩石呢开挖面桑滚动，穗切削刀溪盘均匀振地对每洋个滚刀烘施加压动力，形中成对岩屠面的滚猛动挤压动，切削刀愤盘每转栗动一圈酬，就会脊贯入岩拴面一定扰深度，在滚责刀刀剃刃与魂岩石岛接触信处，岗岩石奇被挤屿压成犹粉末拳，从仍这个仆区域抗开始孙，裂企缝向概相邻哗的切转割槽崭扩展俯，进岩而形蹦成片绸状石贫碴，凯从而扫实现炼破岩品，如伞右图劣。10芽.3掘进仿机施俊工10.巧3.1破岩机焦理1.机理第10章隧抢道掘进制机开挖彼技术◆贯入经深度坚硬和尸裂隙很龙少岩石嘴，一般常为转,中等坚门硬和裂改隙较多俭岩石中滩，一般当为5-9徐mm/转。◆滚刀希间距滚刀间业距太滔大，筒滚刀线产生迅压力灵达不排到与控相邻胆滚刀丧的影绕响范印围相钻接，背从而看使开屑挖效骄率降颈低。茅反之顿，如赠果刀梯间距区太小棉，则母会浪乘费设珠备的疑功率榜。◆岩体的嫩裂隙掘进机户施工不驳仅要注拔意岩石晨抗压强多度，还产应注意红岩石磨写蚀性和矿岩体裂州隙程度或，当岩舟体节理掀裂隙面忽间距越碰大时，唇切割也计就会越毁困难。2.影响披因素第10章仇隧道茫掘进啦机开并挖技既术10.骂3.2掘进总作业第10章蛋隧道石掘进捆机开文挖技脖术开敞刑式掘坝进机刷作业产循环掘进机泉开挖隧向道的高肚效率源良于隧道遭施工的划工厂化狂，但要析发挥最腾佳效益该，就必其须加强中管理。10简.3求.3施工管锤理1.保证有怖效作业类时间将整饿个有富效的绕作业凤时间掉作为以净掘化进时免间是清不可惯能的并，因围为：……。在一踏般地质侧条件下绵，掘进纵机净掘冤进时间搁在50%左右是较为珠理想的性。例如，指某掘进冲机工点断作业时画间分配坚为：重羡新支撑3.防2%、刀欲具更窃换13.地8%、检脸修5.5闲%、后配辰套检修6.6隙%、支护1.7揪%、工地索延误3.群8%、其忆它11虏.1伏%、掘青进54灿.3楼%。第10章能隧道湾掘进搞机开葛挖技倾术2.提高电设备鞋完好悼率3.合理劈燕选用成刀具克参数4.保证配近件供应5.管理人凶员对掘终进方向装的地质雾情况应亏有足够架的了解6.提高隧欠道控制僻测量和于施工测俱量的精理度7.应建立践专门的袭供电机栽构，确降保供电部质量8.精心滚设计耗，统册筹安报排，疮严格仙施工第10章束隧道恩掘进奇机开殿挖技娃术一般仍区是由初期掌支护和二次衬讽砌组成。初期支肺护：喷射比混凝土二次俘衬砌：喷嘉射混艇凝土她模访筑混卸凝土序管仰片衬拴砌不管是咱哪种类鄙型的衬全砌，为浑了安放音轨道运策碴，都吸必须设逼置预制拒仰拱块晕，它也绪是最终泊衬砌的侍一部分粮。10泄.4与掘进塔机施工禽配套的普支护型融式衬砌结饿构的组逐成第10章隧珍道掘进临机开挖查技术见图10-晌13，使用垫护盾掘庄进机时涉，一般低采用圆浙形管片宽衬砌，端分为5～7块，傲在洞藏内拼渠装而透成。10.鲁4.1管片超衬砌1.构成第10章万隧道抛掘进锹机开扩挖技敢术优点：适合软研弱围岩椅，特别舍是当围捏岩允许贡承载力牙很低，应撑靴不蛮能支撑屠岩面时深，可利刚用尾部捐推力千兰斤顶，拼顶推已街安装的仪管片获节得推进漠反力；脂当撑靴疾可以支胸撑岩面扯时，双寨护盾掘顾进机可刮以使掘床进和换待步同时甲进行，刻提高了铸循环速宾度；利醒用管片睡安装机烂安装管司片速度眯快、支直护效果劈燕好，安史全性强殿。缺点蚁：造价已高。摆为了岔防水矿需要粒，块秤与块责之间瓦必须煎安装很止水毅带，丢并需迎在管铲片外灶壁和舟岩壁盗间隙非中压月入豆掩石和级注浆蠢。为昆了生愈产预积制管采片，雹需要歉有管永片工坝厂，圣如工胜地施阅工场镇地允态许，冠最好座是设悦在现浊场，纠以方缎便运析输，朽如秦隶岭铁青路隧膜道就毒是如睁此。10.令4.1管片衬率砌2.特点第10章收隧道贪掘进笋机开欠挖技百术使用开朱敞式掘束进机，皇可以先火施作初串期支护态，然后此浇灌二团次模筑红混凝土逐永久性割衬砌，荐即复合恨式衬砌麻，见图10茂-1乖4，其底束部为预排制仰拱此块。如竿秦岭Ⅰ线铁路殃隧道。10.甘4.2复合伶式衬筝砌1.构造第10章热隧道树掘进阀机开苗挖技液术一般而政言，掘镜进机宜缓用于地怪质条件宗较好的贵隧道，轰但任何宾一座总雀体地质乌条件好吨的隧道侄，都有登可能出财现局部联地质较菜差地段念，这就厌需要掘钳进机对津于这样侄的地质康情况具祥有一定腐的处理辩能力。险为了实腾现这一劲目的，犬可以在掘进烫机上熊安装备一些融辅助透设备宵进行签特殊杠功能漆的作弱业。10裤.4