選用開敞式掘進機應(yīng)考慮的問題

1、選用開敞式掘進機選用開敞式掘進機應(yīng)考慮的問題應(yīng)考慮的問題 因為硬巖及中硬巖具有較好的圍巖穩(wěn)定性，因此通常在硬巖或中硬巖掘進時選用開敞式掘進機，它相對護盾式掘進機即可節(jié)省設(shè)備投資，也可以減少工程費用。 掘進機性能要求 由于任何隧道的地質(zhì)狀況、圍巖性質(zhì)都存在不一致性，因此要求開敞式掘進機除具備進行硬巖掘進的性能外，還應(yīng)具備在不借助其他手段和措施的條件下，具有通過軟弱圍巖、斷層等不良地質(zhì)的能力，獨立地完成隧道的掘進。 這種能力表現(xiàn)在TBM應(yīng)該設(shè)置支護設(shè)備，包括 錨桿機 混凝土噴射機 鋼拱架安裝機 超前鉆機掘進機性能要求 關(guān)鍵技術(shù)性能應(yīng)能夠適應(yīng)硬巖和軟巖的切削特性。主要體現(xiàn)在 刀間距 推 力 扭 矩

2、撐靴支撐力、撐靴支撐接地比壓掘進機性能要求日本川崎重工生產(chǎn)的5m的開敞式掘進機。 上圖表示開敞式掘進機的換步步驟示意圖，基本適應(yīng)各種不同設(shè)計的開敞式機的換步過程。 換步行程的長度，取決于開挖洞徑和后配套運輸型式。 德國海瑞克公司第一臺9.43m開敞式掘進機在瑞士工地 Jarva MK27/8m： 具有前、后2對水平撐靴、刀盤及護盾的長度不大（不含可拆卸的指形護盾）、下護盾為仰拱刮碴裝置、石碴輸送帶布置在平臺上部 Robbins/8m： 具有左、右一對水平撐靴、刀盤及護盾的長度較長、下護盾為垂直前支承、石碴輸送帶安放在主機架內(nèi)Wirth/8.8m： 前、后兩對X型支撐靴、石碴輸送帶安放在內(nèi)凱內(nèi)、

3、下護盾為仰拱刮碴裝置、刀盤及護盾的長度不大（不含可拆卸的指形護盾） Wirth/8.8m： X型支撐靴，16亇撐靴面積達21.6m2掘進機具有大撐靴面積有利于 在切削硬巖時，掘進機在額定支在切削硬巖時，掘進機在額定支撐力下獲取足夠大掘進推力；撐力下獲取足夠大掘進推力； 在軟弱圍巖或破碎帶掘進時，具在軟弱圍巖或破碎帶掘進時，具有較小的接地比壓，避免對圍巖構(gòu)成有較小的接地比壓，避免對圍巖構(gòu)成破壞，且可提供相對較大的掘進推力。破壞，且可提供相對較大的掘進推力。 前后兩組撐靴可獨立移動，以適應(yīng)前后兩組撐靴可獨立移動，以適應(yīng)不同鋼拱架間距。不同鋼拱架間距。 1616亇撐靴都可獨立操作，便于支撐亇撐靴都可

4、獨立操作，便于支撐靈活定位，避讓可能出現(xiàn)的特殊圍巖。靈活定位，避讓可能出現(xiàn)的特殊圍巖。 雙支撐形式的優(yōu)點（1）TBM通過軟弱圍巖時，支撐靴能夠適應(yīng)圍巖的狀況。（2）兩對支撐可支承TBM全部重量，特別是刀盤頭部的重量。（3）采用兩對撐靴時，僅在換步時進行方向調(diào)整，掘進中只是觀測和糾偏。準(zhǔn)確的掘進方向取決于設(shè)備的結(jié)構(gòu)、測量以及操作。（1 1）為方便邊）為方便邊刀磨耗后的更刀磨耗后的更換，應(yīng)設(shè)液壓換，應(yīng)設(shè)液壓擴孔刀，。擴孔刀，。（2 2）滾刀宜采）滾刀宜采用用1717英時。英時。（3 3）滾刀的安）滾刀的安裝、檢查應(yīng)采裝、檢查應(yīng)采用背裝式。用背裝式。（4 4）合理的盤）合理的盤刀數(shù)量和刀間刀數(shù)量和刀

5、間距。距。 大大 刀刀 盤盤 盤刀數(shù)量與刀盤（或開挖）直徑的關(guān)系盤刀數(shù)量與刀盤（或開挖）直徑的關(guān)系 刀盤直徑刀盤直徑mmm/轉(zhuǎn)kN/把刀間距與貫入度（毫米/轉(zhuǎn)）關(guān)系 刀間距與貫入度（毫米/轉(zhuǎn)）關(guān)系 在一定的地貭條件下，當(dāng)?shù)堕g距減小，雖獲在一定的地貭條件下，當(dāng)?shù)堕g距減小，雖獲得單刀進尺所需推力下降，但由于刀具數(shù)量增得單刀進尺所需推力下降，但由于刀具數(shù)量增大，也就要求提高大，也就要求提高TBMTBM整體推力、切削巖塊也整體推力、切削巖塊也變小，耗能增加。故應(yīng)盡量優(yōu)化，一般經(jīng)驗在變小，耗能增加。故應(yīng)盡量優(yōu)化，一般經(jīng)驗在硬巖中刀間距約為貫入度的硬巖中刀間距約為貫入度的10-2010-20倍、在軟巖倍、

6、在軟巖中刀間距約為中刀間距約為65-100mm65-100mm，不過復(fù)核時應(yīng)考慮到不過復(fù)核時應(yīng)考慮到該臺該臺TBMTBM壽命和在不同圍巖的適應(yīng)性。壽命和在不同圍巖的適應(yīng)性。刀盤直徑與刀盤直徑與TBM扭矩的關(guān)系扭矩的關(guān)系 轉(zhuǎn)/分刀盤直徑與刀盤直徑與TBM轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)速的關(guān)系 直徑、m刀盤最大線速度刀盤最大線速度2.5m/秒，秒， 護護 盾盾 護盾型式 開敞式掘進機都裝有護盾，包括開敞式掘進機都裝有護盾，包括 上護盾上護盾 (一塊一塊) 兩側(cè)護盾兩側(cè)護盾 (左右各一塊左右各一塊) 下護盾下護盾 (一塊一塊) 不同型號的開敞式掘進機護盾型式也不同型號的開敞式掘進機護盾型式也不盡相同。不盡相同。護盾功

7、能 提供鋼拱架安裝安全防護提供鋼拱架安裝安全防護 換步時支承換步時支承TBM的前部重量的前部重量 掘進中處于浮動狀態(tài)以穩(wěn)定刀盤切削，掘進中處于浮動狀態(tài)以穩(wěn)定刀盤切削，并使主軸承、刀具等處于良好受力狀態(tài)并使主軸承、刀具等處于良好受力狀態(tài) 在拱頂發(fā)生較高負荷時，由上護盾傳遞給在拱頂發(fā)生較高負荷時，由上護盾傳遞給下護盾來支撐，防止刀盤被大塊巖石卡住等。下護盾來支撐，防止刀盤被大塊巖石卡住等。護盾設(shè)計選型注意事項 （1）護盾長度不應(yīng)過長：進行軟弱圍巖或破碎帶掘）護盾長度不應(yīng)過長：進行軟弱圍巖或破碎帶掘進時，便于根據(jù)新奧法理論及時進行初期支護。進時，便于根據(jù)新奧法理論及時進行初期支護。（2）下護盾在掘進

8、中應(yīng)處于浮動狀態(tài)，并起到刮碴）下護盾在掘進中應(yīng)處于浮動狀態(tài)，并起到刮碴作用，只是在換步時起支承設(shè)備的前部重量的作用。作用，只是在換步時起支承設(shè)備的前部重量的作用。（3）如果掘進也靠下護盾支承刀盤重量，必將增加）如果掘進也靠下護盾支承刀盤重量，必將增加TBM掘進推力，用于克服掘進推力，用于克服TBM前部重量引起的磨前部重量引起的磨擦阻力；并且刀盤頭部具有下頃的傾向。擦阻力；并且刀盤頭部具有下頃的傾向。 上上 護護 盾盾 可安裝可安裝指形護盾，指形護盾，以保護人員以保護人員防止上部危防止上部危石砸傷。石砸傷。 左、左、右錨桿臺車，右錨桿臺車，鋼拱架安裝鋼拱架安裝器也安裝在器也安裝在這里。這里。 上

9、 述 設(shè)上 述 設(shè)備可在掘進備可在掘進的同時并行的同時并行作業(yè)。作業(yè)。錨錨 桿桿 鉆鉆 機機 錨桿鉆機作業(yè)情況錨桿鉆機作業(yè)情況 鋼拱架運輸鋼拱架運輸鋼拱架安裝鋼拱架安裝 鋼拱架安裝后情況鋼拱架安裝后情況 刀盤后部平臺人工 噴射混凝土作業(yè)情況 位于后配套上的噴射混凝土機械手作業(yè)情況。 超超 前前 鉆鉆 機機超前鉆機 功能：超前探測工作面前方的圍巖地質(zhì)性 質(zhì)、通過灌漿，使拱部圍巖形成穩(wěn) 定結(jié)構(gòu)，保障TBM通過軟弱圍巖、 破碎帶時的掘進安全。安裝：在刀盤后部平臺上能力：以5仰角進行鉆孔作業(yè) 超前探孔 （深30m ） 注漿孔及管堋孔 （深20m ）超前鉆工作情形超前鉆工作情形 圍巖出現(xiàn)的松動、坍塌和墜

10、落現(xiàn)象圍巖出現(xiàn)的松動、坍塌和墜落現(xiàn)象 圍巖出現(xiàn)的松動、坍塌和墜落現(xiàn)象圍巖出現(xiàn)的松動、坍塌和墜落現(xiàn)象 圍巖出現(xiàn)的松動、坍塌和墜落現(xiàn)象圍巖出現(xiàn)的松動、坍塌和墜落現(xiàn)象 圍巖應(yīng)力較大地段時，（未及時噴、錨圍巖應(yīng)力較大地段時，（未及時噴、錨支護）所發(fā)生的鋼拱架變形狀況支護）所發(fā)生的鋼拱架變形狀況 圍巖應(yīng)力較大地段時，（未及時噴、錨圍巖應(yīng)力較大地段時，（未及時噴、錨支護，圖中混凝土為變形后補噴果）發(fā)支護，圖中混凝土為變形后補噴果）發(fā)生的鋼拱架變形狀況生的鋼拱架變形狀況 從操作室看從操作室看TBM刀盤后平臺刀盤后平臺新奧法原理 以維護和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基以維護和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點，將錨桿和噴射混凝

11、土集合在一起為點，將錨桿和噴射混凝土集合在一起為主要支護手段，及時進行支護，以便控主要支護手段，及時進行支護，以便控制圍巖的變形與松馳，使圍巖成為支護制圍巖的變形與松馳，使圍巖成為支護體系的組成部分，形成了以錨桿、噴射體系的組成部分，形成了以錨桿、噴射混凝土和隧道圍巖三位一體的承載結(jié)構(gòu)，混凝土和隧道圍巖三位一體的承載結(jié)構(gòu)，共同支承山體壓力。共同支承山體壓力。 在開敞式TBM的前端（盡量靠近刀盤）配備噴、錨設(shè)備，及時進行噴、錨作業(yè)，大大優(yōu)于鉆爆法單工序作業(yè)，臨時支護措施大大遲后的弱點。只有抓住時間效應(yīng)的核心，才能充分發(fā)揮出開敞式TBM通過軟弱地帶的能力。開敞式開敞式TBM進行臨時支護的工況進行臨時支護的工況 開敞式開敞式TBM進行臨時支護的工況進行臨時支護的工況 開敞式開敞式TBM進行臨時支護的工況進行臨時支護的工況 開敞式開敞式TBM進行臨時支護的工況進行臨時支護的工況 當(dāng)局部圍巖松軟不能承受支撐靴壓力時，可采取在撐靴當(dāng)局部圍巖松軟不能承受支撐靴壓力時，可采取在撐靴局部加噴混凝土、增打錨桿等措施解決局部加噴混凝土、增打錨桿等措施解決 軌道運輸方式軌道運輸方式 軌道運輸方式軌道運輸方式 瑞士弗爾艾那隧道采用的仰拱塊瑞士弗爾艾那隧道采用的仰拱塊意大利佛羅倫薩隧道采用的仰拱塊意大利佛羅倫薩隧道采用的仰拱塊仰拱塊的排水功能仰拱塊的排水功能 安裝仰拱塊用的激光裝置安