《铁路隧道施工与维护》课件-项目7 隧道掘进机（TBM）施工

项目7隧道掘进机（TBM）施工任务7.1掘进机认知任务7.1掘进机认知工作任务：（1）认识掘进机的发展历史；（2）能够根据实际状况正确选择TBM施工或钻爆法施工。任务7.1掘进机认知掘进机法是使用集掘进（机械切削岩石）、出渣、支护等多功能为一体的大型高效隧道施工机械进行隧道开挖的方法。全断面隧道掘进机的英文名称是FullRockTunnelBoringMachine简称掘进机（TBM）。国内外许多隧道、隧洞，如西康铁路秦岭隧道，双洞单线，全长18456m；西合线桃花铺一号隧道；天生桥水电站引水隧洞；山西万家寨引黄入晋隧洞等都是利用TBM施工的。任务7.1掘进机认知TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达40m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。任务7.1掘进机认知任务7.1掘进机认知悬臂式掘进机任务7.1掘进机认知1.掘进机施工的特点（1）掘进机施工的优点掘进机是山岭隧道高度机械化的开挖设备。与钻爆法相比，掘进机法虽然投资多，但具有施工快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。①掘进机施工效率高。任务7.1掘进机认知任务7.1掘进机认知②掘进机开挖施工质量好。③对围岩的扰动小。④作业环境好，有利于作业人员健康，人员劳动强度低，数量少。任务7.1掘进机认知（2）掘进机施工的局限性①掘进机的经济性问题。②设计制造周期长。③掘进机针对性强，对多变的地质条件的适应性较差。④开挖断面只限于圆形，每台掘进机只能用于一种开挖断面。⑤要求施工人员的技术水平和管理水平高，施工短隧道时不能发货其优越性。⑥运输困难，对施工场地有特殊要求。任务7.1掘进机认知2.掘进机与盾构的区别中国则一般习惯将硬岩隧道掘进机（硬岩TBM）简称为TBM，将软地层掘进机称为盾构机。欧美将全断面隧道掘进机统称为TBM，日本则一般统称为盾构机，细分可称为硬岩隧道掘进机和软地层隧道掘进机。任务7.1掘进机认知3.掘进机的使用范围（1）采用掘进机施工时，应明确地质条件及必要预支护措施。（2）从机械条件看适用范围，合理选型及完善后配套系统。（3）对作业场地和运输方案有特殊要求。（4）企业自身的实际能力。项目7隧道掘进机（TBM）施工任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式工作任务：（1）根据实际情况正确选择掘进机类型；（2）根据掘进机类型正确选择衬砌方式。任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式1.掘进机类型根据掘进机的结构形式，可将其分为开敞式掘进机、单护盾式掘进机、双护盾式掘进机。（1）开敞式掘进机开敞式掘进机利用支撑机构撑紧洞壁，以承受向前推进的反作用力和扭矩。开敞式掘进机适用于岩石不宜坍塌和地层比较稳定的软硬岩隧道。任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式（2）单护盾式掘进机与开敞式掘进机不同，单护盾掘进机配置有完整的圆形护盾，推进时则依靠推进缸支撑在安装好的管片上获得支反力，单护盾式掘进机由于掘进和安装管片不能同时进行，进度较慢。适用于中等长度隧道。任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式（3）双护盾式掘进机双护盾式掘进机配置有前后护盾，在前后护盾之间有伸缩护盾，在后护盾配置有一套支撑靴。在地质条件良好时，双护盾式掘进机的掘进和管片安装可同时进行，有较快的进度。在地质条件较差时，则用单护盾模式推进。任务7.2掌握掘进机分类和衬砌方式2.衬砌方式（1）管片式衬砌使用护盾掘进机时，一般采用圆形全周管片式衬砌。（2）模筑混凝土衬砌使用开敞式掘进机掘进时，一般是随开挖先施做临时支护，然后进行二次模筑混凝土永久性衬砌。项目7隧道掘进机（TBM）施工任务7.3了解开敞式掘进机基本构造任务7.3了解开敞式掘进机基本构造工作任务：（1）能指出掘进机的基本组成部分；（2）能拟定掘进机掘进及循环的基本流程。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造1.主机（1）基本构造目前世界上生产的开敞式掘进机有两种形式：单支撑和双支撑。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造单水平支撑掘进机如图7.3.1，掘进的轨迹是曲线。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造双水平支撑掘进机如图7.3.2，掘进的轨迹是折线。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造开敞式掘进机的掘进机换步循环作业如图：任务7.3了解开敞式掘进机基本构造（2）刀盘刀盘是钢结构焊接件，其前端是加强了的双层壁，通过溜渣槽与后隔板相连接，刀盘后隔板用螺栓与刀盘轴连接。刀盘装有若干个盘形滚刀用于挤压切削岩石，同时在前端还装有径向带齿的石渣铲斗用于软岩开挖。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造（3）支撑和推进系统支撑系统是掘进机的固定部分。当掘进时，它支撑着的重量掘进机的重量并将开挖推力和扭矩传递个岩壁形成反力。不同结构形式的掘进机，支撑系统对掘进方向的控制不同。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造（4）刀盘驱动系统刀盘驱动系统方式有两大类：电动和液压。电动驱动又分单速电机、双速电机和变频电机。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造（5）出渣和除尘沿着刀盘周围布置的刮板和铲斗，把切削下来的石渣从开挖断面的底部铲起，并在刀盘转动中随刀盘送到顶部，然后沿着刀盘内渣槽落到输送机上方的渣斗内，再通过胶带输送机送到后配套上的矿车中，掘进机只要开动，胶带输送机就不停地运转。刀盘的切削岩石时会产生大量粉尘，可以利用冷却盘形刀的喷水装置除尘。任务7.3了解开敞式掘进机基本构造2.后配套设备后配套设备主要是指为主机提供供给的设备和石渣运输系统。后配套设备包括液压传动站、变电设备、开关柜、主驾驶室、通信系统、备用发电机、空压机、通风系统、喷混凝土设备、围岩加固堵水注浆设备以及供水系统。运渣系统则是指后配套设备上的胶带输送机，它将主机输送机运来的石渣卸入矿车，再用内燃机车牵引运到洞外。项目7隧道掘进机（TBM）施工任务7.4掌握TBM施工组织内容任务7.4掌握TBM施工组织内容工作任务：（1）编制TBM施工的主要作业方案与作业流程；（2）能较合理地配置TBM设施、人员与设备；（3）能进行TBM的简单维修保养。任务7.4掌握TBM施工组织内容1.TBM施工作业系统分析掘进机的推进过程就是施工的掘进过程。“掘进→装运→支护→掘进”是隧道施工的基本作业流程。任务7.4掌握TBM施工组织内容任务7.4掌握TBM施工组织内容（1）掘进与出渣运输作业系统掘进机掘进是刀盘推进一旋转一旋切削的过程。切削下来的岩石通过刀盘上的铲斗和刮板进入刀盘的空腔内，再通过皮带机倒运出去。任务7.4掌握TBM施工组织内容任务7.4掌握TBM施工组织内容（2）隧道掘进支护作业系统隧道掘进支护包括挂网支护、锚杆加固、钢拱支护、异形支护。任务7.4掌握TBM施工组织内容任务7.4掌握TBM施工组织内容（3）运输系统运输主要指出渣转载与仰拱块等材料的运输。材料主要包括工程用材和设备维护用材。任务7.4掌握TBM施工组织内容任务7.4掌握TBM施工组织内容（4）能源供应与劳动环境系统风、水、电是掘进机施工消耗的基本能源。劳动环境保护对于避免人身伤害及设备故障是必须的。掘进机工厂化施工生产管理，表现在对宏观大系统的作业序列进行协调组织，对微观单项作业的时间、质量等进行控制。任务7.4掌握TBM施工组织内容2.TBM配套设施、人员、设备管理设备管理要点：①科学制定并严格执行设备维修保养计划，坚持定期保养、定期维护、形成制度化、规范化管理。②加强设备故障统计和分析研究工作，减少常规性故障的发生，提高故障诊断能力，发现故障能及时排除。任务7.4掌握TBM施工组织内容③加强设备状态检测和油、水检验管理，特别是主电动机工作状态检测及主轴承润滑油的检验。④根据设备配件消耗规律，制定合理的购置计划，在满足使用要求的前提下，考虑使用国产配件。任务7.4掌握TBM施工组织内容（1）洞外配套设施管理洞外配套设施管理的重点是仰拱块预制厂的生产管理。仰拱块预制厂的生产能力必须满足TBM掘进的需要。（2）洞内施工设备人员管理要求成立专门的掘进施工队伍，按职责分工，设两个掘进班，一个保养班，一个运输班。在每个班内，进一步明确分工。任务7.4掌握TBM施工组织内容在TBM施工中，应保证机电技术人员到位，确保各设备上随时有机械和电气工程师，指导并参与故障诊断与维修。对于TBM主驾驶员，应由机电技术人员担任，并基本保持不变。任务7.4掌握TBM施工组织内容（3）TBM维修保养管理针对TBM上不同的系统、不同的设备，维修保养工作必须结合各自的特点，确定不同的保养项目。1）主轴承的维护主轴承润滑分三个独立的回路，油箱和油泵分离，因此必须经常检查其密封情况，以防串油。任务7.4掌握TBM施工组织内容2）刀具检查及更换刀具是TBM的主要部件，必须定期检查、更换，以延长其使用寿命。每个