《鐵路隧道施工與維護》課件-項目7 隧道掘進機（TBM）施工

項目7隧道掘進機（TBM）施工任務7.1掘進機認知任務7.1掘進機認知工作任務：（1）認識掘進機的發(fā)展歷史；（2）能夠根據(jù)實際狀況正確選擇TBM施工或鉆爆法施工。任務7.1掘進機認知掘進機法是使用集掘進（機械切削巖石）、出渣、支護等多功能為一體的大型高效隧道施工機械進行隧道開挖的方法。全斷面隧道掘進機的英文名稱是FullRockTunnelBoringMachine簡稱掘進機（TBM）。國內(nèi)外許多隧道、隧洞，如西康鐵路秦嶺隧道，雙洞單線，全長18456m；西合線桃花鋪一號隧道；天生橋水電站引水隧洞；山西萬家寨引黃入晉隧洞等都是利用TBM施工的。任務7.1掘進機認知TBM適用于山嶺隧道硬巖掘進，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆爆法，在相同的條件下，其掘進速度約為常規(guī)鉆爆法的4～10倍，最佳日進尺可達40m；具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟、有利于環(huán)境保護和勞動力保護等優(yōu)點。特別是高效快速可使工程提前完工，提前創(chuàng)造價值，對我國的現(xiàn)代化建設有很重要的意義。任務7.1掘進機認知任務7.1掘進機認知懸臂式掘進機任務7.1掘進機認知1.掘進機施工的特點（1）掘進機施工的優(yōu)點掘進機是山嶺隧道高度機械化的開挖設備。與鉆爆法相比，掘進機法雖然投資多，但具有施工快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟、環(huán)保等突出優(yōu)點。①掘進機施工效率高。任務7.1掘進機認知任務7.1掘進機認知②掘進機開挖施工質(zhì)量好。③對圍巖的擾動小。④作業(yè)環(huán)境好，有利于作業(yè)人員健康，人員勞動強度低，數(shù)量少。任務7.1掘進機認知（2）掘進機施工的局限性①掘進機的經(jīng)濟性問題。②設計制造周期長。③掘進機針對性強，對多變的地質(zhì)條件的適應性較差。④開挖斷面只限于圓形，每臺掘進機只能用于一種開挖斷面。⑤要求施工人員的技術水平和管理水平高，施工短隧道時不能發(fā)貨其優(yōu)越性。⑥運輸困難，對施工場地有特殊要求。任務7.1掘進機認知2.掘進機與盾構的區(qū)別中國則一般習慣將硬巖隧道掘進機（硬巖TBM）簡稱為TBM，將軟地層掘進機稱為盾構機。歐美將全斷面隧道掘進機統(tǒng)稱為TBM，日本則一般統(tǒng)稱為盾構機，細分可稱為硬巖隧道掘進機和軟地層隧道掘進機。任務7.1掘進機認知3.掘進機的使用范圍（1）采用掘進機施工時，應明確地質(zhì)條件及必要預支護措施。（2）從機械條件看適用范圍，合理選型及完善后配套系統(tǒng)。（3）對作業(yè)場地和運輸方案有特殊要求。（4）企業(yè)自身的實際能力。項目7隧道掘進機（TBM）施工任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式工作任務：（1）根據(jù)實際情況正確選擇掘進機類型；（2）根據(jù)掘進機類型正確選擇襯砌方式。任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式1.掘進機類型根據(jù)掘進機的結(jié)構形式，可將其分為開敞式掘進機、單護盾式掘進機、雙護盾式掘進機。（1）開敞式掘進機開敞式掘進機利用支撐機構撐緊洞壁，以承受向前推進的反作用力和扭矩。開敞式掘進機適用于巖石不宜坍塌和地層比較穩(wěn)定的軟硬巖隧道。任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式（2）單護盾式掘進機與開敞式掘進機不同，單護盾掘進機配置有完整的圓形護盾，推進時則依靠推進缸支撐在安裝好的管片上獲得支反力，單護盾式掘進機由于掘進和安裝管片不能同時進行，進度較慢。適用于中等長度隧道。任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式（3）雙護盾式掘進機雙護盾式掘進機配置有前后護盾，在前后護盾之間有伸縮護盾，在后護盾配置有一套支撐靴。在地質(zhì)條件良好時，雙護盾式掘進機的掘進和管片安裝可同時進行，有較快的進度。在地質(zhì)條件較差時，則用單護盾模式推進。任務7.2掌握掘進機分類和襯砌方式2.襯砌方式（1）管片式襯砌使用護盾掘進機時，一般采用圓形全周管片式襯砌。（2）模筑混凝土襯砌使用開敞式掘進機掘進時，一般是隨開挖先施做臨時支護，然后進行二次模筑混凝土永久性襯砌。項目7隧道掘進機（TBM）施工任務7.3了解開敞式掘進機基本構造任務7.3了解開敞式掘進機基本構造工作任務：（1）能指出掘進機的基本組成部分；（2）能擬定掘進機掘進及循環(huán)的基本流程。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造1.主機（1）基本構造目前世界上生產(chǎn)的開敞式掘進機有兩種形式：單支撐和雙支撐。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造單水平支撐掘進機如圖7.3.1，掘進的軌跡是曲線。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造雙水平支撐掘進機如圖7.3.2，掘進的軌跡是折線。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造開敞式掘進機的掘進機換步循環(huán)作業(yè)如圖：任務7.3了解開敞式掘進機基本構造（2）刀盤刀盤是鋼結(jié)構焊接件，其前端是加強了的雙層壁，通過溜渣槽與后隔板相連接，刀盤后隔板用螺栓與刀盤軸連接。刀盤裝有若干個盤形滾刀用于擠壓切削巖石，同時在前端還裝有徑向帶齒的石渣鏟斗用于軟巖開挖。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造（3）支撐和推進系統(tǒng)支撐系統(tǒng)是掘進機的固定部分。當掘進時，它支撐著的重量掘進機的重量并將開挖推力和扭矩傳遞個巖壁形成反力。不同結(jié)構形式的掘進機，支撐系統(tǒng)對掘進方向的控制不同。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造（4）刀盤驅(qū)動系統(tǒng)刀盤驅(qū)動系統(tǒng)方式有兩大類：電動和液壓。電動驅(qū)動又分單速電機、雙速電機和變頻電機。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造（5）出渣和除塵沿著刀盤周圍布置的刮板和鏟斗，把切削下來的石渣從開挖斷面的底部鏟起，并在刀盤轉(zhuǎn)動中隨刀盤送到頂部，然后沿著刀盤內(nèi)渣槽落到輸送機上方的渣斗內(nèi)，再通過膠帶輸送機送到后配套上的礦車中，掘進機只要開動，膠帶輸送機就不停地運轉(zhuǎn)。刀盤的切削巖石時會產(chǎn)生大量粉塵，可以利用冷卻盤形刀的噴水裝置除塵。任務7.3了解開敞式掘進機基本構造2.后配套設備后配套設備主要是指為主機提供供給的設備和石渣運輸系統(tǒng)。后配套設備包括液壓傳動站、變電設備、開關柜、主駕駛室、通信系統(tǒng)、備用發(fā)電機、空壓機、通風系統(tǒng)、噴混凝土設備、圍巖加固堵水注漿設備以及供水系統(tǒng)。運渣系統(tǒng)則是指后配套設備上的膠帶輸送機，它將主機輸送機運來的石渣卸入礦車，再用內(nèi)燃機車牽引運到洞外。項目7隧道掘進機（TBM）施工任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容工作任務：（1）編制TBM施工的主要作業(yè)方案與作業(yè)流程；（2）能較合理地配置TBM設施、人員與設備；（3）能進行TBM的簡單維修保養(yǎng)。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容1.TBM施工作業(yè)系統(tǒng)分析掘進機的推進過程就是施工的掘進過程?！熬蜻M→裝運→支護→掘進”是隧道施工的基本作業(yè)流程。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容（1）掘進與出渣運輸作業(yè)系統(tǒng)掘進機掘進是刀盤推進一旋轉(zhuǎn)一旋切削的過程。切削下來的巖石通過刀盤上的鏟斗和刮板進入刀盤的空腔內(nèi)，再通過皮帶機倒運出去。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容（2）隧道掘進支護作業(yè)系統(tǒng)隧道掘進支護包括掛網(wǎng)支護、錨桿加固、鋼拱支護、異形支護。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容（3）運輸系統(tǒng)運輸主要指出渣轉(zhuǎn)載與仰拱塊等材料的運輸。材料主要包括工程用材和設備維護用材。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容（4）能源供應與勞動環(huán)境系統(tǒng)風、水、電是掘進機施工消耗的基本能源。勞動環(huán)境保護對于避免人身傷害及設備故障是必須的。掘進機工廠化施工生產(chǎn)管理，表現(xiàn)在對宏觀大系統(tǒng)的作業(yè)序列進行協(xié)調(diào)組織，對微觀單項作業(yè)的時間、質(zhì)量等進行控制。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容2.TBM配套設施、人員、設備管理設備管理要點：①科學制定并嚴格執(zhí)行設備維修保養(yǎng)計劃，堅持定期保養(yǎng)、定期維護、形成制度化、規(guī)范化管理。②加強設備故障統(tǒng)計和分析研究工作，減少常規(guī)性故障的發(fā)生，提高故障診斷能力，發(fā)現(xiàn)故障能及時排除。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容③加強設備狀態(tài)檢測和油、水檢驗管理，特別是主電動機工作狀態(tài)檢測及主軸承潤滑油的檢驗。④根據(jù)設備配件消耗規(guī)律，制定合理的購置計劃，在滿足使用要求的前提下，考慮使用國產(chǎn)配件。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容（1）洞外配套設施管理洞外配套設施管理的重點是仰拱塊預制廠的生產(chǎn)管理。仰拱塊預制廠的生產(chǎn)能力必須滿足TBM掘進的需要。（2）洞內(nèi)施工設備人員管理要求成立專門的掘進施工隊伍，按職責分工，設兩個掘進班，一個保養(yǎng)班，一個運輸班。在每個班內(nèi)，進一步明確分工。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容在TBM施工中，應保證機電技術人員到位，確保各設備上隨時有機械和電氣工程師，指導并參與故障診斷與維修。對于TBM主駕駛員，應由機電技術人員擔任，并基本保持不變。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容（3）TBM維修保養(yǎng)管理針對TBM上不同的系統(tǒng)、不同的設備，維修保養(yǎng)工作必須結(jié)合各自的特點，確定不同的保養(yǎng)項目。1）主軸承的維護主軸承潤滑分三個獨立的回路，油箱和油泵分離，因此必須經(jīng)常檢查其密封情況，以防串油。任務7.4掌握TBM施工組織內(nèi)容2）刀具檢查及更換刀具是TBM的主要部件，必須定期檢查、更換，以延長其使用壽命。每個