盾構(gòu)TBM施工技術(shù)及應(yīng)用PPT(109頁(yè))

1、盾構(gòu)/TBM及應(yīng)用第一部分 盾構(gòu)第二部分 全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)（TBM）第三部分 TBM/盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展與展望第一部分 盾構(gòu)技術(shù)一、概述二、盾構(gòu)基本概念三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)高鐵發(fā)展迅速“十一五“鐵路固定資產(chǎn)投資：2.42萬(wàn)億元；“十二五“鐵路固定資產(chǎn)投資：3.5萬(wàn)億元；“十三五“鐵路固定資產(chǎn)投資：3.5萬(wàn)億元；到2020年，中國(guó)以高鐵為骨架的快速客運(yùn)網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)里程到5萬(wàn)公里以上，基本覆蓋80%的50萬(wàn)以上人口的城市。一、概述軌道交通發(fā)展迅速已有43個(gè)城市獲批修建軌道交通。2014年新增42條新線，858公里，566個(gè)車站，投資5380.29億元；此外，2014年續(xù)建88條，2136KM，1383座車站，投

2、資12735億元；全國(guó)在建100條地鐵線，里程超過(guò)3000公里。到2020年，50個(gè)城市有地鐵，軌道交通里程6000公里，投資4萬(wàn)億元。采用全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)修建隧道是發(fā)展方向一、概述二、盾構(gòu)基本概念全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)采用了類似機(jī)器人的技術(shù)，是集機(jī)、電、液、光、氣、水、信息于一體的隧道施工成套專用設(shè)備。具有自動(dòng)化程度高、對(duì)交通和周圍地層影響小、有利于環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。隧道掘進(jìn)機(jī)的地質(zhì)針對(duì)性非常強(qiáng)，一般來(lái)說(shuō)，用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為TBM，用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)。1 掘進(jìn)機(jī)分類2 盾構(gòu)與TBM的區(qū)別TBM是“Tunnel Boring Machine”的英文縮寫(xiě)，一般指全斷面硬巖隧道掘進(jìn)

3、機(jī)，通常定義中的TBM是以巖石地層為掘進(jìn)對(duì)象，不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。盾構(gòu)施工主要由穩(wěn)定開(kāi)挖面、掘進(jìn)及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素組成。其中開(kāi)挖面的穩(wěn)定方法是其工作原理的主要方面，也是盾構(gòu)區(qū)別于TBM及比TBM復(fù)雜的主要方面。盾構(gòu)，用于軟土隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開(kāi)挖、土碴排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的機(jī)械。二、盾構(gòu)基本概念3 盾構(gòu)組成及原理盾構(gòu)機(jī)后配套設(shè)備管片襯砌輔助設(shè)施二、盾構(gòu)基本概念二、盾構(gòu)基本概念土壓平衡盾構(gòu)（EPB）施工原理圖二、盾構(gòu)基本概念泥水平衡盾構(gòu)施工原理圖二、盾構(gòu)基本概念 TBM全斷面隧道

4、掘進(jìn)機(jī)二、盾構(gòu)基本概念4 盾構(gòu)施工特點(diǎn) 盾構(gòu)施工具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）對(duì)環(huán)境影響小 （2）施工進(jìn)度快 （3）適應(yīng)地層范圍廣 （4）施工質(zhì)量容易保證 （5）自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低 （6）施工作業(yè)安全、整潔 （7）技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛 （8）工程造價(jià)優(yōu)勢(shì)較明顯二、盾構(gòu)基本概念5 盾構(gòu)機(jī)分類盾構(gòu)按開(kāi)挖面與作業(yè)室之間隔板構(gòu)造可分為全敞開(kāi)式、半敞開(kāi)式及閉胸式三種。具體劃分見(jiàn)下圖。手掘式半機(jī)械式機(jī)械式全敞開(kāi)式半敞開(kāi)式擠壓式泥水式土壓式閉胸式盾構(gòu)土壓平衡式加泥式土壓平衡式二、盾構(gòu)基本概念通過(guò)土壓作用于開(kāi)挖面以平衡開(kāi)挖面的水土壓力。通過(guò)螺旋輸送機(jī)排放渣土。土壓平衡、土介質(zhì)和設(shè)備的要求 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)二、盾構(gòu)基

5、本概念二、盾構(gòu)基本概念 2 泥水平衡盾構(gòu)機(jī)通過(guò)泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開(kāi)挖面的土壓力和水壓力。開(kāi)挖的渣土以泥漿形式輸送到地面，經(jīng)過(guò)分離再循環(huán)至開(kāi)挖面。二、盾構(gòu)基本概念 2 泥水平衡盾構(gòu) 泥水平衡盾構(gòu)通過(guò)配置不同的刀盤(pán)類型，可以兼顧軟土地層和復(fù)合地層隧道施工，主要應(yīng)用在富水地層、透水系數(shù)高的砂、卵石層等。 二、盾構(gòu)基本概念2、泥水平衡盾構(gòu)二、盾構(gòu)基本概念泥水盾構(gòu)有兩種體系。 泥水盾構(gòu)根據(jù)泥水倉(cāng)構(gòu)造形式和對(duì)泥漿壓力的控制方式的不同，泥水盾構(gòu)分為:直接控制型 間接控制型2、泥水平衡盾構(gòu)二、盾構(gòu)基本概念整體結(jié)構(gòu)盾體三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)刀盤(pán)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)刀盤(pán)及驅(qū)動(dòng)

6、系統(tǒng)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)主驅(qū)動(dòng)-馬達(dá)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)主 軸 承三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)推進(jìn)和拼裝系統(tǒng)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)拼裝機(jī)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)橋 架(連接盾體和后配套系統(tǒng))三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)橋 架(連接盾體和后配套系統(tǒng))三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)后配套系統(tǒng)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)遙控器三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑、密封及注漿三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)盾 尾三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)注漿系統(tǒng)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)水路系統(tǒng)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)液壓系統(tǒng)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)第二部分 全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)（TBM）一、TBM概述二、TBM分類三、TBM系統(tǒng)構(gòu)成四、TBM工作原理目 錄一、T

7、BM概述隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）是一種集掘進(jìn)、出碴、支護(hù)和通風(fēng)防塵等多功能為一體的大型高效隧道施工機(jī)械。由于采用非爆破開(kāi)挖方法，與傳統(tǒng)的鉆爆法相比，具有以下明顯特點(diǎn)：1 TBM 的優(yōu)點(diǎn)作業(yè)連續(xù)，施工效率高。它可進(jìn)行掘進(jìn)、出碴、支護(hù)一條龍，在中硬巖條件下，施工速度為鉆爆法的35倍。開(kāi)挖輪廓園順，超挖量少，減少支護(hù)工作量，降低工程費(fèi)用。對(duì)圍巖擾動(dòng)少，避免因爆破振動(dòng)可能引起的圍巖松動(dòng)坍塌，施工安全性好。使用勞力少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)環(huán)境好，有利維護(hù)作業(yè)人員的健康。一、TBM概述2 TBM施工法與鉆爆法的比較鉆爆法和TBM法是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外隧道工程的兩種主要施工方法。 TBM在速度、環(huán)保、安全和效益方面的優(yōu)勢(shì)越

8、來(lái)越明顯，對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)能力不斷增強(qiáng)，造價(jià)降低，在長(zhǎng)大隧道施工中的應(yīng)用越來(lái)越多。 一、TBM概述秦嶺隧道TBM(德國(guó)Wirth公司生產(chǎn)）TB880E型TBM法施工的隧道二、TBM 分類根據(jù)不同參照標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法：1按一次開(kāi)挖斷面占全部斷面的份額分：全斷面、部分?jǐn)嗝妗?按開(kāi)挖斷面的形狀分：圓形斷面、非圓形斷面。3按開(kāi)挖斷面的大小分：大、中、小。4按成洞開(kāi)挖次數(shù)分：一次成洞、先導(dǎo)后擴(kuò)。5按開(kāi)挖的洞線分：平洞、斜洞、豎井。6按開(kāi)挖隧洞掌子而是含需要壓力穩(wěn)定分：常壓、增壓。7按掘進(jìn)機(jī)頭部形狀：刀盤(pán)式、背架式。8按掘進(jìn)機(jī)是否帶有盾殼分：敞開(kāi)式、護(hù)盾式。9按掘進(jìn)機(jī)盾殼數(shù)量分：?jiǎn)巫o(hù)盾、雙護(hù)盾。10按

9、掘進(jìn)機(jī)機(jī)體與推進(jìn)機(jī)構(gòu)是聯(lián)合一體還是分成二體分：整機(jī)式、分體式。 二、TBM分類常見(jiàn) TBM分類全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）包含巖石掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)和穿江掘進(jìn)機(jī)。 TBM由主機(jī)和后配套系統(tǒng)組成，一般又分為敞開(kāi)式TBM和護(hù)盾式TBM兩大類型，護(hù)盾式TBM又有雙護(hù)盾TBM和單護(hù)盾TBM之分；敞開(kāi)式TBM目前主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，即前后共有兩組“X”支撐的凱氏TBM（含有內(nèi)凱機(jī)架Inner Kelly和外凱機(jī)架Outer Kelly），另一種為單支撐主大梁式TBM。二、TBM 分類支撐式(敞開(kāi)式)TBM二、TBM 分類敞開(kāi)式TBM敞開(kāi)式TBM則只設(shè)有較短的刀盤(pán)護(hù)盾，在其主機(jī)和后配套上安裝有支護(hù)設(shè)備，隨著TBM

10、的向前掘進(jìn)，一般可以同時(shí)進(jìn)行安裝錨桿、掛網(wǎng)和噴射混凝土等支護(hù)作業(yè)。敞開(kāi)式TBM刀盤(pán)推力和扭矩通過(guò)機(jī)架或主梁傳遞到支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)徑向作用于巖壁上承受推力和扭矩。二、TBM 分類護(hù)盾式TBM 在整機(jī)外圍設(shè)置與機(jī)器直徑相一致的圓筒形護(hù)盾結(jié)構(gòu)，可分為單護(hù)盾、雙護(hù)盾(伸縮式)和三護(hù)盾三類 二、TBM 分類雙護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)二、TBM 分類（1）主機(jī)系統(tǒng)1 TBM主機(jī)刀盤(pán)刀盤(pán)護(hù)盾刀盤(pán)支承和主軸承刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)主梁推進(jìn)系統(tǒng)支撐系統(tǒng)液壓系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)三、 TBM的系統(tǒng)構(gòu)成刀盤(pán)三、 TBM的系統(tǒng)構(gòu)成刀盤(pán)布置三、 TBM的系統(tǒng)構(gòu)成盤(pán)形滾刀三、 TBM的系統(tǒng)構(gòu)成盤(pán)形滾刀三、 TBM系統(tǒng)構(gòu)成廢舊刀具三、 TBM系統(tǒng)構(gòu)成撐

11、靴三、 TBM系統(tǒng)構(gòu)成2 TBM后配套系統(tǒng)后配套系統(tǒng)由鋼結(jié)構(gòu)件主機(jī)連接橋和若干平臺(tái)車組成，其上有供水、供電、通風(fēng)、支護(hù)、出渣等作業(yè)所需設(shè)備、設(shè)施和作業(yè)空間。包括：液壓動(dòng)力裝置、電氣開(kāi)關(guān)裝置、變壓器、主斷路開(kāi)關(guān)、電纜卷筒、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、除塵器、通風(fēng)管道、控制室、拌漿裝置、材料轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)、皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)、集裝箱式修理間、人員休息室及廁所、噴混系統(tǒng)、錨桿系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等。三、 TBM系統(tǒng)構(gòu)成后配套臺(tái)車三、 TBM的系統(tǒng)構(gòu)成后配套臺(tái)車三、 TBM的系統(tǒng)構(gòu)成四、 TBM工作原理主機(jī)前部是裝有若干滾刀的刀盤(pán)，由刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，并由TBM推進(jìn)系統(tǒng)給刀盤(pán)提供推進(jìn)力，在推進(jìn)力的作用下滾刀切入掌子面巖石，不

12、同部位的滾刀在掌子面上留下不同半徑的同心圓切槽軌跡，在滾刀的擠壓下，相鄰切槽的巖石在剪切力作用下從巖體上剝落下來(lái)形成石碴，石碴則隨著刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)由刀盤(pán)上的鏟碴斗自動(dòng)拾起，經(jīng)刀盤(pán)內(nèi)的溜碴槽輸送到裝在主機(jī)上的皮帶機(jī)上，再運(yùn)到后配套系統(tǒng)處經(jīng)隧道出碴運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)出洞外。四、 TBM工作原理刀盤(pán)與施工面四、 TBM工作原理1 TBM破巖機(jī)理四、 TBM工作原理2 TBM破巖軌跡四、 TBM工作原理3 工作循環(huán)四、 TBM工作原理4 TBM的基本功能（1）掘進(jìn)功能掘進(jìn)功能分為破碎掌子面巖石的功能和不斷推進(jìn)掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)的功能。為此掘進(jìn)機(jī)必須配置合適的破巖刀具并給予足夠的破巖力，即椎力和轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)變換刀具破巖位置的回

13、轉(zhuǎn)力矩，還必須配置合適的支撐機(jī)構(gòu)將破巖用的椎力和刀盤(pán)回轉(zhuǎn)力矩傳遞給洞壁，同時(shí)推進(jìn)和支撐機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有步進(jìn)作用以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)的功能。四、 TBM工作原理刀具、刀盤(pán)、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)功能的基本機(jī)構(gòu)。掘進(jìn)推力大于巖石破碎所需的力、刀盤(pán)回轉(zhuǎn)力矩大于在推力下全部刀具的回轉(zhuǎn)阻力矩、支撐力產(chǎn)生的比壓小于被支撐物的許用比壓、整機(jī)接地比壓小于洞底許用比壓是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)功能的基本力學(xué)條件。四、 TBM工作原理4 TBM的基本功能5 不良地層下的輔助功能四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理5 TBM的輔助功能四、 TBM工作原理錨桿鉆機(jī)四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理5 不良地層下

14、的輔助功能四、 TBM工作原理5 TBM的輔助功能四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理四、 TBM工作原理人工噴射混凝土四、 TBM工作原理機(jī)械手噴射混凝土四、 TBM工作原理噴射混凝土機(jī)械手四、 TBM工作原理TBM出碴方式有軌出碴系統(tǒng)（礦車）無(wú)軌出碴系統(tǒng)（連續(xù)皮帶機(jī)出碴）四、 TBM工作原理有軌運(yùn)輸系統(tǒng)四、 TBM工作原理翻碴機(jī)四、 TBM工作原理皮帶輸送機(jī)出碴四、 TBM工作原理第三部分 TBM/盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展與展望TBM/盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展與展望1、智能化 計(jì)算機(jī)、傳感及智能儀表大量應(yīng)用2