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1、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工巖石平巷掘進(jìn)機(jī)按一次開挖斷面占全部斷面的比例分為部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)和全斷面 掘進(jìn)機(jī)兩種。部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)一般為懸臂式,主要用于軟巖巷道、煤巷和半 煤巖巷道。巖石全斷面掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine)簡(jiǎn)稱TBM ,也稱隧 道掘進(jìn)機(jī),在軟巖和土壤中施工的又稱為盾構(gòu)機(jī),應(yīng)用于巖石隧道的稱為巖 石掘進(jìn)機(jī)。TBM施工是當(dāng)今最先進(jìn)的隧道施工方法,掘進(jìn)速度快、機(jī)械化程 度高、大大改善施工環(huán)境、勞動(dòng)條件好、對(duì)環(huán)境影響較小,在水下隧道施工 不影響水上通行,有更利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境,可以克服高寒、高海拔環(huán)境的影響, 圍巖擾動(dòng)小,因此自20世紀(jì)50年代中期進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)以來日益受到人們
2、 的重視,已廣泛應(yīng)用于各國的能源、交通、城建、國防等部門的地下工程建圖5-45掘進(jìn)機(jī)基本結(jié)構(gòu)及施工示意圖設(shè)。一、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)是一種將機(jī)械破巖和轉(zhuǎn)運(yùn)巖石等工序進(jìn)行聯(lián)合作業(yè),并能 連續(xù)掘進(jìn)的機(jī)械沒備,它由移動(dòng)和固定支撐推進(jìn)兩大部分組成,如圖5-45。推進(jìn)油缸一端鉸接于移動(dòng)部分,另一端鉸接于固定支撐推進(jìn)部分,移動(dòng)部分 的大梁和固定支撐推進(jìn)部分的移動(dòng)框架剛性聯(lián)接,使兩大部分構(gòu)成一個(gè)整體。 在移動(dòng)部分上設(shè)有工作頭,排渣系統(tǒng),導(dǎo)向支撐裴置、刀盤驅(qū)動(dòng)減速裝置, 在固定部分上設(shè)有水平支撐油缸和推進(jìn)油缸、移動(dòng)框架等部件。我國研制的 EJ30型巖巷掘進(jìn)機(jī)如圖5-46所示,它是由破巖機(jī)
3、構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、 除塵裝置、方向控制裝置、瓦斯管報(bào)僅、護(hù)頂板、機(jī)器支撐油缸、工作室、 動(dòng)力及液壓系統(tǒng)等組成。圖5-46 EJ-30型巖巷掘進(jìn)機(jī)1刀盤;2機(jī)頭架;3大梁;4浮動(dòng)支撐;5泵站;6司機(jī)室;7除塵器; 8一膠帶轉(zhuǎn)載機(jī);9一護(hù)定板掘進(jìn)機(jī)各主要部分的結(jié)構(gòu)分述如下:破巖裝置 破巖裝置由刀盤和工作頭組成,刀盤裝莊工作頭的前端, 上面裝有若干滾刀,工作時(shí),電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾刀旋轉(zhuǎn),同時(shí)由工 作頭傳遞推進(jìn)力,使?jié)L刀的刀刃壓向巖面,擠壓剪切破碎巖石。行走推進(jìn)裝置 巖巷掘進(jìn)機(jī)的行走推進(jìn)方式,一般多采用支撐邁步式, 行走推進(jìn)裝置由前撐靴、后撐靴和支撐板組成。前撐靴位于移動(dòng)部分用來定 位,使
4、工作頭對(duì)準(zhǔn)掘進(jìn)方向。后撐靴位于推進(jìn)部分,和前撐靴共同支撐機(jī)器 重量。支撐側(cè)板緊撐巖幫,起固定機(jī)身作用。一次推進(jìn)行程結(jié)束后。松開支 撐板,向推進(jìn)油缸反向給油。即可將固定支撐部位向前移,支撐板再次緊撐 巖幫,又可開始新的推進(jìn)切割工作。巖碴轉(zhuǎn)運(yùn)裝置 裝運(yùn)裝置由鏟斗、卸渣溜槽和輸送機(jī)組成。工作時(shí), 裝在回轉(zhuǎn)刀盤周邊的鏟斗,隨刀盤一起回轉(zhuǎn),鏟取破碎下來的巖石。巖石在 機(jī)器上方卸入卸碴溜槽,再由溜槽溜入輸送帆,轉(zhuǎn)載到機(jī)器后方,由運(yùn)輸沒 備運(yùn)出。驅(qū)動(dòng)裝置刀盤由電動(dòng)機(jī)通過減速箱和齒輪來轉(zhuǎn)動(dòng),采用液壓油缸給 推進(jìn)壓力和支撐、固定、移動(dòng)機(jī)體。所有傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備都固定在主機(jī)體上, 操作室位于機(jī)器后部,控制箱、操作臺(tái),
5、油泵的啟動(dòng)和操作系統(tǒng)均集中于操 作室內(nèi)。動(dòng)力供給裝置由液壓站、配電箱和變壓器等組成,均布置于機(jī)器后 部。方向控制裝置 采用激光導(dǎo)向,激光發(fā)射器安裝在靠拱部一側(cè)的巖壁 上,掘進(jìn)時(shí)可根據(jù)光點(diǎn)偏離十字準(zhǔn)線交點(diǎn)的方向和距離調(diào)整掘進(jìn)方向。除塵裝置一般采用完善的濕式空氣過濾集塵系統(tǒng),這樣也有利于強(qiáng) 力抽風(fēng)機(jī)除塵。錨桿支護(hù)安裝裝置 在機(jī)器的兩側(cè)各裝一臺(tái)錨桿鉆機(jī),可沿兩根與掘 進(jìn)機(jī)縱向中心線平行的滑軌移動(dòng),使之能在掘進(jìn)過程中鉆鑿錨桿眼,安裝錨 桿。二、全斷面掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1)優(yōu)點(diǎn)成巷速度快。掘進(jìn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn),能同時(shí)完成破巖、出碴、支 護(hù)等作業(yè),并一次成巷,掘進(jìn)速度快、效率高。用鉆爆法,則鉆孔、裝藥、 放
6、炮、通風(fēng)、照明、排水、出碴等作業(yè)是間斷作業(yè),掘進(jìn)速度慢、效率低。成巷質(zhì)量高。掘進(jìn)機(jī)實(shí)行機(jī)械破巖,避免了爆破作業(yè),巷道周圍巖層 不會(huì)受爆破振動(dòng)而破壞,巷道壁慰唁完整光滑,超挖量少,一般小于開挖隧 洞斷面積的5%,減少了襯砌量。安全。用掘進(jìn)機(jī)施工,改善了工人的勞動(dòng)條件,減輕了體力勞動(dòng)量, 避免了爆破施工造成的人員傷亡,事故大大減少。經(jīng)濟(jì)。由于掘進(jìn)機(jī)施工速度快,縮短了工期,大大提高了經(jīng)濟(jì)效益與 社會(huì)效益。由于超挖量小,節(jié)省了大量襯砌費(fèi)用。2)缺點(diǎn)在大直徑、硬巖中開挖速度慢。一般掘進(jìn)機(jī)施工最適宜的巖石硬度為 單軸抗壓強(qiáng)度3050MPa ,由于近年破巖工具的制作技術(shù)有了重大突破,通過改進(jìn)刀 頭結(jié)構(gòu)及熱處
7、理工藝,加大刀盤單軸推力,使刀盤式TBM的切削能力比初期 臂架式提高了34倍,并已達(dá)到通過200MPa以上堅(jiān)硬巖石的能力。一般 認(rèn)為其適用范圍在W250MPa以內(nèi),以50150MPa為最佳。使用范圍有一定的局限性。掘進(jìn)機(jī)只適用于較長(zhǎng)的百巷道及曲率半徑 很大的拐彎巷道,特別是遇到涌水大、斷層破碎等復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí),適應(yīng)性 更差。在煤礦井下,由于地質(zhì)條件復(fù)雜,應(yīng)用更加受到限制。初期投資大。首先,掘進(jìn)機(jī)一次性配套成本大,要求巷道工程有一定長(zhǎng) 度;其次,掘進(jìn)機(jī)必須一機(jī)一洞,即一個(gè)工程施工完后下一個(gè)工程的斷面必 須與前次相同;另外,掘進(jìn)機(jī)設(shè)備龐大,需配備良好的運(yùn)輸裝卸條件。另外,對(duì)刀具材質(zhì)和結(jié)構(gòu),施工人員
8、的素質(zhì)等要求也比較高。全斷面掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用及前景1)國外卜已建成的著名工程英吉利海峽鐵路隧道它由3條平行隧道組成,每條長(zhǎng)約50 km,海底掘進(jìn) 長(zhǎng)度約37 km,地層巖石為白堊紀(jì)泥灰?guī)r。該工程英、法兩側(cè)共使用了 11臺(tái) 掘進(jìn)機(jī),在3年內(nèi)完成了任務(wù),1994年底開通運(yùn)營。其中一臺(tái)由Robbins公 司生產(chǎn)的直徑8.36 m的掘進(jìn)機(jī)創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)月進(jìn)尺1719.1 m的世界記錄。2)國內(nèi)建成的主要工程1985年在廣西隆林天生橋水電站的引水隧洞修建中,從美國引進(jìn)了Robbin。公司制造的直徑為10.8 m掘進(jìn)機(jī),開挖引水隧洞總長(zhǎng)度約10 km,掘進(jìn)機(jī)遇到的巖石地層為石灰?guī)r,抗壓強(qiáng)度為150 MPa,施工時(shí)最高月進(jìn)尺150 m。這是我國第一條采用大斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工的隧道。1991年在甘肅省 引大人秦大型跨流域灌溉工程中,30A隧道全長(zhǎng)11.649 km,是一條無壓輸水 隧道,由意大利CMC公司采用雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工,掘進(jìn)機(jī)直徑為5.56 m, 采用預(yù)制管片襯砌。該機(jī)是美國Robbin,制造生產(chǎn)的188-227型掘進(jìn)機(jī),遇 到的地層巖性單軸抗壓強(qiáng)度為26.0133.7 MPa,該隧洞歷經(jīng)13個(gè)月于1992年1月掘進(jìn)貫通,最高日進(jìn)尺65.5 m,最高月進(jìn)尺1 300m。全斷面掘進(jìn)機(jī)在國外已廣泛用
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