隧道掘进机(TBM)施工.ppt

第三章 隧道掘进机(TBM)施工 主讲内容：①施工流程②施工技术要求③施工要点 第一节 隧道掘进机法基本概念 一、TBM发展历史简介 隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展而来的。 1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构雏形与施工方法。 1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。 1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩掘进未获成功。 1881年波蒙特开发出压缩空气式TBM，成功用于英吉利海峡隧道直径2.1m的勘探导坑。 美国罗宾斯(Robbins)公司1952年研制出第一台软岩TBM，1956年又成功研制中硬岩TBM。 二、国外主要制造商 德国威尔特(Wirth)公司 德国德马克(Dcmag)公司 美国罗宾斯(Robbins)公司 美国贾瓦(Jarva)公司 德国海瑞克(Herrenknecht)公司 加拿大拉瓦特(Lovat)公司 日本三菱重工(Mitsubishi?Heavy?Industries) 三、TBM分类 开敞式TBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。 双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。 单护盾TBM：常用于劣质地层。单护盾TBM推进时利用管片作支撑，其原理类似于盾构。与双护盾TBM相比，掘进与安装管片不能同时进行。 微型TBM：Φ0.25~3.00m 中型TBM： Φ3.0~8.0m 巨型TBM： 大于Φ8.0m 四、TBM破岩方式与原理 TBM破岩方式主要有：挤压式与切削式 挤压式 主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀强行压入岩体，并在刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用破碎岩体。 滚刀类型：圆盘型、楔齿形、球齿型 切削式 主要利用岩石抗弯、抗剪强度低(仅为抗压强度的5~10%)的特点，靠铣削(即剪切)与弯断破碎岩体。 在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不是由刀具直接切割下来的，而是由后进刀具剪切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件 四、TBM破岩方式与原理(续) 圆盘型滚刀破岩原理 圆盘型滚刀(图a)工作压力50~200kN，岩体表面在刀圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(见图b)。随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间岩石AO1O2B受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。当切入深度h较大时，剪裂面为O1O2(图c)。 四、TBM破岩方式与原理(续) 楔齿型与球齿型滚刀破岩原理 最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩石的表面，切人深度为λ。然后由齿尖的楔入力继续引起剪切破坏，楔入深度为h。由于各齿环的齿节是不同的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的破岩原理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。 四、TBM破岩方式与原理(续) 削刀破岩原理 削刀在挤压力Pv和切割力PH作用下，首先在刀尖处形成切碎区2，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区3。削刀继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间的岩石在削刀侧向挤压力R的作用下而剪切破坏。 五、单护盾TBM与盾构的区别 前者采用皮带机出碴而盾构则采用螺旋输送机或泥浆泵通过管道出碴；前者不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面水土压力。 六、TBM选用 ① 整条隧道地质情况均差时采用单护盾TBM； ② 良好地质条件中则采用开敞式TBM； ③ 双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本良好的隧道，对各种不良地质与岩石强度变化有较好适应性。 七、国内外应用概况 TBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平，其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘进机技术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用TBM施工的隧道超过1000座，总长度超过4000km，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。 国外典型应用——英吉利海峡隧道 由2条外径8.6m单线铁路隧道与1条外径5.6m辅助隧道组成。全长48.5km，海底段长37.5km，隧道最深处在海平面下100m，全部采用TBM施工。英国侧6台，岸边段3台海底段3台(单向推进21.2km)。法国侧5台，岸边段2台海底段3台。最深处需承受10atm水压力，平均月进尺1000m/月。 隧道建成标志着TBM施工技术的最高水平，也是融合英、美、法、德等国TBM施工技术于一体的最高成就。 国内应用 国内TBM研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生产10余台直径2.5~5.8m的TBM，先后用于下列水电与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺20~300m，累计总掘进长度12k