水工隧道设计与TBM简介.ppt

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1、水工隧洞设计与TBM设备,提 纲,一、TBM的历史二、TBM定义及分类三、TBM工作原理四、钻爆法和TBM法施工的比较五、采用TBM法隧洞设计应关注的问题六、TBM未来的发展,一、TBM的历史,1846年 TBM的雏形出现 比利时工程师亨利-约瑟.毛瑟将一组机械岩钻安装在钻架车上掘进连接法国和意大利的一条铁路。1952年 TBM诞生 美国工程师Robbins建造了第一台能工作的TBM掘进美国南达科州的引水渠开挖项目。,国内TBM研究情况 我国1966年生产出第一台直径3.4m的掘进机,在杭州人防工程中进行过试验。经过40余年的发展，现在和国际水平还有很大的差距。国内引进TBM的情况 自1978

2、年我国实行改革开放以采,已有甘肃省引大入秦工程、山西省万家寨引黄工程和陕西省秦岭铁路隧道工程等项目引入国外大型TBM进行隧道施工,取得了成功。其中山西省万家寨引黄工程创造最高日掘进113m和最高月掘进1650m以上的记录。近期还有水利上还有掌鸠河、大伙房、引大济湟、新疆恰甫其海水利枢纽采用了TBM进行隧道施工。,大伙房TBM,掌鸠河隧洞进口,二、TBM定义及分类,盾构机 又简称为盾构，定义为：用于土质隧道暗挖施工，具有金属外壳（盾壳），壳内装有主机及部分辅助设备，在盾壳保护下进行土体开挖、管片衬砌、排碴等作业，通过刮刀（割刀）切削土体，而使隧洞一次成型的大型机械设备,掘进机 掘进机的技术名称在

3、我国一直很不统一，部门不同冠以习惯称呼，如铁路、交通部们称之为隧道掘进机，煤炭部门称之为巷道掘进机，水电部门称之为隧洞掘进机。国家标准（GB4052-83）统一成为全断面岩石掘进机（但各部门大多仍在沿用自己的习惯说法），定义为：一种依靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成型的大型机械设备。,设备分类,三、TBM工作原理,1、TBM的组成 一般说岩石TBM系统由主机、主机辅助设备、后配套、后配套辅助设备四大部分组成。下面以引红济石工程准备采用的双护盾式全断面掘进机为例说明。该机主要由以下几部分组成：,输送装置后配套及辅助设备,切削盘（刀盘）前护盾与切削盘支撑后盾与支撑装置、推

4、进装置,2、TBM工作原理,破岩原理 在推进力的作用下，排列在刀盘上的盘行滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，岩面被碾出一系列同心圆，利用滚刀的楔块作用，当超过岩石受力极限时，两个同心圆之间的岩石即被碾压爆裂破碎，其过程分为以下几个阶段：挤压阶段起裂阶段破碎阶段,3、TBM工作循环,四、钻爆法和TBM法施工的比较,施工方法比较钻爆法是采用钻眼、装药、爆破、清渣的循环工作方式来向前掘进隧洞。由于采用的是人工与机械结合的方式，效率较低，其爆破对围岩产生的扰动也大。但钻爆法直接面对围岩，对地质情况的判断及处理也更为灵活。TBM法是在推进力的作用下，排列在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转使岩石被碾压

5、爆裂破碎，并通过渣料收集、传输进行掘进隧洞。TBM在生产效率、掘进速度、安全性方面比钻爆法有很大的优势，是未来长隧洞掘进的发展方向。但长期以来钻爆法和TBM法开挖隧洞并行，TBM没有取得优势，原因是TBM也是风险很高施工技术，由于TBM选型不当失败的事例国内外都有。因此，对钻爆法和TBM的适应条件和特点研究就很有意义。,五、采用TBM法隧洞设计应关注的问题,地质 常规地质条件TBM法施工也关注。特别关注：地下水、溶洞、大范围断层、挤压地层、膨胀岩、饱和抗压强度、石英含量。设备对地质的适应性设备参数 机组重量、最大件尺寸、最重件重量、扩挖能力、功率、主推进系统推力、辅助推进系统推力、刀盘扭矩、支

6、撑靴的支撑力 水工设计要考虑的因素 隧洞开挖 水平、竖直方向施工误差、隧洞的糙率变化、细部构造的影响、结构设计影响施工组织要考虑的因素 施工场地布置（组装场地、堆放场地、辅助工厂设施）、掘进速度、用电负荷、大件运输要求辅助设备的配制 灌浆、支护、超前加固、超前预报通风 属于长距离通风，考虑通风竖井及通风斜井出渣 出渣方式的选择：轨道运输还是皮带运输、电瓶机车还是内燃机车、洞内交通安全造价 投资强度的变化、开挖单价的研究、设备价及运费相关税费等,六、TBM未来的发展,TBM理想的隧洞施工机械快速：开挖、衬砌、出渣同步进行，流水线作业。掘进速度是钻爆法的5-20倍。优质：围岩扰动小，开挖面光滑，节

7、省衬砌量。经济：对长隧洞而言，减少支洞数量及相应的临建、水、电、路等设施，缩短工期，提高经济和社会效益。安全：护盾保护加上及时衬砌、支护，使施工人员和设备更安全。文明：机械化程度高、劳动强度降低、工作条件与环境改善，实现了现代文明施工。,未来TBM的发展趋势 未来的TBM应该在功能、造价、自动化程度和使用灵活性上优于目前的TBM。功能与造价 TBM可能走向两极化：一是造价低廉、功能单一，适用于单一地质条件的TBM，二是功能全面适应能力强的，具有能自动化掘进的TBM。驱动功率 为了加快掘进速度和应付地层中的意外情况，TBM功率有加大的趋势。衬砌技术 管片衬砌存在接缝多、错台大等问题，虽然通过增加导向干、连接销等辅助间在很大程度上限制了错台，但接缝的问题很难从根本上解决。挤压砼技术可能是未来TBM衬砌技术的发展方向，显现TBM掘进技术与现浇砼技术相结合，从根本上解决管片接缝问题。开挖直径 目前公路隧洞因多车道的需要,要求大断面。三车道或三车道以上要求路面宽至少大于20m,有的甚至达到30m。直径达20m30m的TBM正处于“预研究”阶段。预计今后TBM将更大直径化。,