双护盾TBM的技术特点-杨良荣

双护盾双护盾 TBMTBM 的技术特点的技术特点 1 1 双护盾双护盾 TBMTBM 技术特点技术特点 隧道掘进机 TBM 根据支护形式分为开敞式 双护盾式 单护盾 式 3 种类型 开敞式 TBM 常用于硬岩施工 单护盾 TBM 常用丁软岩 及地下水位较高的不稳定地层施工 双护盾 TBM 又称伸缩护盾式 TBM 具有两种掘进模式 既可用于硬岩又可用于软岩 常用于混合 地层施工 适应性非常广泛 其能安全地穿过断破碎地带 1 11 1 双护盾掘进模式双护盾掘进模式 在围岩稳定性较好的地层中掘进时 位于后护盾的撑靴紧撑在 洞壁上 为刀盘掘进提供反力 在主推进油缸的作用下使 TBM 向前 推进 此时 TBM 作业循环为 掘进与安装管片 撑靴收回换步 再 支撑 再掘进与安装管片 双护盾掘进模式适用于稳定性较好的硬 岩地层施工 在此模式下 掘进与安装管片同时进行 施工速度快 1 2 单护盾掘进模式单护盾掘进模式 单护盾掘进模式适应于不稳定及不良地质地段 在软弱围岩地 层中掘进时 洞壁不能提供足够的支撑反力 这时 不再使用支撑靴 与主推进系统 伸缩护盾处于收缩位置 双护盾 TBM 就相当于一台简 单的盾构 刀盘的推力由辅助推进油缸支撑在管片上提供 TBM 掘 进与管片安装不能同步 作业循环为 掘进 辅助油缸回收 安装管 片 再掘进 2 双护盾双护盾TBM的地质适应范围的地质适应范围 双护盾 TBM 一般适应于中 厚埋深 中 高强度 稳定性基本 良好地质的隧道 并能适应各种不良地质 对岩石强度变化有较好适 应性 双护盾 TBM 能够在很大范围的地层内有效地切削单轴抗压强度 5 250MPa 的岩石 当在抗压强度小于 3MPa 的软岩中施工时 则采 用单护盾掘进模式施工 双护盾 TBM 对地质条件适应性强 既能适应 硬岩 也能适应软岩 当采取相应措施时 能适应断层破碎带 高地应 力 岩爆 岩溶 高海拔 涌水 富水高水压 煤系瓦斯 松散岩 类孔隙水 碎屑岩类裂隙孔隙水 基岩裂隙水及冻结层水等不良地 质 一般情况下 在整条隧道地质情况都差的条件下使用单护盾式 TBM 在良好地质中多用开敞式 TBM 只要不良地质的比例在某种范围 内 就不宜采用敞开式 TBM 因此 双护盾 TBM 常用于复杂地层的长 隧道开挖 且在岩石单轴抗压强度为 30 120MPa 时可掘性较好 3 双护盾双护盾TBM的优缺点分析的优缺点分析 3 1 使用双护盾使用双护盾TBM的优点的优点 3 1 1 安全 高效 快速 双护盾 TBM 置有前后护盾 在前后护盾之间设计有伸缩盾 后 护盾配置支撑靴 在地质条件良好时 通过支撑靴支撑洞肇来提供 推进反力 掘进和安装管片同时进行 具有较快的进度 如在引黄 入晋工程使用双护盾 TBM 施工时 最高月进尺达 1637m 双护盾 TBM 施工使隧道掘进 衬砌 出碴 运输作业完全在护盾的保护下连续 一次完成 实现了安全 高效 快速施工 3 1 2 对不良地质地段具有较强的适应性 1 对富水地段 采用红外探测为主 超前地质钻探为辅的综合 超前地质预报方法进行涌水预报 对涌水可实施堵 排结合的防水 技术 TBM 主机区域配置潜水泵 将水抽至后配套台车上的污水箱 内 同时 TBM 配置有超前钻机 可以利用超前钻机钻孔 利用注浆 设备进行超前地层加固堵水 2 对断层破碎带 双护盾 TBM 能采用单护盾模式掘进 同时可 利用 TSP203 系统对断层破碎带进行超前地质预报 利用红外探水仪 和配置的超前钻机探水 利用配置的超前钻机和注浆设备对地层进 行超前加固 同时刀盘面板预留注浆孔的设计能满足对掌子面加固 的需要 3 对深埋隧道 因地质构造复杂 在深埋条件下不可避免地会 引起围岩应力的强烈集中和同岩的应力型破坏 双护盾 TBM 掘进时 因掌子面较圆顺 对岩体的损伤可以降低到很低的程度 保护了围 岩的原始状态 不易发生应力集中 4 对岩爆地段 由于 TBM 盘设有喷水装置 在预测的地应力高 易发生岩爆地段 利用 TBM 配置的超前钻机钻孔 在钻孔中往水湿 化岩石 喷水对掌子面岩石能起到软化的作用 提前将应力释放 同时 通过管片安装 豆砾石回填和水泥浆灌注 使 TBM 能快速支 护并通过岩爆地段 5 对岩溶地段 先停机 然后通过机头上的人孔对岩溶情况进 行观察 首先对底部进行豆砾石或砼回填并使其密实 当填至开挖 直径高程时 边前进边安装管片 在两边管片对两侧及顶拱进行填 筑灌浆或填筑砼 使岩溶部分都被填密实 并且和安装的管片结合 成整体 为了预防因岩溶造成 TMB 机头下沉 双护盾 TBM 配有超前 钻探设备 而对于一些小溶洞的处理 可在 TBM 通过后向管片与围 岩间回填豆砾石后 再通过灌浆固结即可 对规模较大的溶洞 因 管片接缝不易闭合 应采用钢板将安装的管片进行纵向连接 6 对膨胀岩及软岩塑性变形地段 由于双护盾 TBM 刀盘的偏心 布置及刀盘设置的超挖刀能增大 TBM 开挖直径 为 TBM 在围岩变形 量小的情况下快速通过围岩变形地段预留了变形量 在围岩变形量 大时 可利用 TBM 配置的超前钻机和注浆设备加固地层 同时双护 盾 TBM 的高强度结构设计和足够的推力储备及扭矩储备能保证 TBM 不易被变形的围岩卡住 7 对塌方地段 由于双护盾 TBM 采用了封闭式的刀盘设计 能 有效地支撑掌子面 防止围岩发生大面积坍塌 TBM 撑靴压力能根 据地质条件调整 以免支撑力过大而破坏洞壁岩石 同时 双护盾 TBM 的高强度结构设计和足够的推力储备及扭矩储备能保证 TBM 不 易被坍塌的围岩卡住 8 对瓦斯地层 双护盾 TBM 配置有地质预报仪和超前钻机 能 根据需要对可能的瓦斯聚集煤层采用超前钻探检验其浓度 井对聚 集的瓦斯采取打孔卸压的方法卸压并稀释 TBM 配置有瓦斯监测系 统 监测器采集的数据与 TBM 数据采集系统相连 并输入 PLC 控制 系统 当瓦斯浓度达到一级警报临界值时 瓦斯警报器发出警报 当瓦斯浓度达到二级警报临界值时 TBM 自动停止工作 并启动防 爆紧急设备 通过通风机对瓦斯气体进行稀释 3 1 3 实现了工厂化作业 双护盾 TBM 施工 由刀盘开挖地层 在护盾的保护下完成掘进 出碴 管片拼装等工序而形成隧道 豆砾石的喷灌 注浆 通风 供电等辅助作业也实施了平行作业 充分利用了洞内空间 双护盾 TBM 施工具有机械化程度高 施工工序连续的特点 隧道衬砌采用 管片衬砌技术 管片采用工厂化预制生产 运到现场进行装配施工 预制钢筋砼管片具有质量好 精度高的特点 与传统的现浇砼隧道 衬砌方法相比 施工进度快 周期短 无须支模 绑筋 浇筑 养 护 拆模等工艺 避免了湿作业 施工现场噪声小 减少了环境污 染 隧道衬砌的装配式施工 不仅实现了隧道施工的工厂化 且更 方便隧道运营后的更换与维修 3 1 4 自动化 信息化程度高 双护盾 TBM 采用了计算机控制 遥控 传感器 激光导向 测 量 超前地质探测 通讯技术 是集机 光 电 气 液 传感 信息技术于一体的隧道施工成套设备 具有自动化程度高 对周围 地层影响小 有利于环境保护的优点 施工中用人少 且降低了劳 动强度和材料消耗 双护盾 TBM 具有施工数据采集功能 TBM 姿态 管理功能 施工数据管理功能 施工数据实时远传功能 实现了信 息化施工 3 23 2 双护盾双护盾TBMTBM的缺点的缺点 1 双护盾 TBM 价格较贵 设备一次性投入较大 2 开挖巾遇到小稳定或稳定性差的围岩时 会发生局部围岩松 动塌落 需采用超前钻探提前了解前方地层情况并采取预防措施 3 在深埋软岩隧洞施工时 高地应力可能引起软岩塑性变形 易卡住护盾 施工前需准确勘探地质 并先行释放地应力 施工成 本较高 4 对深埋软岩隧洞 地应力较大 由于 TBM 掘进的表面比较光 滑 因此地应力不容易释放 与钻爆法相比 更容易诱发岩爆 5 在通过膨胀岩时 由于膨胀岩的膨胀 收缩 崩解 软化等 一系列不良的工程特性 在进行管片的结构设计时 应充分考虑围 岩膨胀力对管片可能施加的荷载 确保衬砌结构安全 应注意管片 的止水防渗 防止膨胀岩因含水量损失而发生崩解或软化而造成 TBM 下沉事故 6 在断层破碎带 因松散岩层对 TBM 护盾的压力较大 易发生 卡机事故 在岩溶地段 易发生 TBM 机头下沉事故 施工中应采取 相应对策 7 由于隧道管片接缝多 在不良地质洞段其不漏水性和运行安 全性还是个较薄弱的环节 8 由于护盾将围岩隔绝 只能从护盾侧面的观察窗了解围岩情 况 不能系统地进行施工地质描述 也难以进行收敛变形量测 9 双护盾 TBM 掘进时产生的岩粉易沉积在隧道底部约 120 范 围内 且岩粉被主机自重压得十分密实 水泥灌浆难以灌人岩粉层 易形成强度低于灌浆后豆砾石层的一个弱层 10 双护盾 TBM 属岩石隧道掘进机 不适宜