全断面岩石掘进机施工岩石平巷

全断面岩石掘进机施工岩石平巷掘进机按一次开挖断面占全部断面的比例分为部分断面掘进机和全断面掘进机两种。部分断面掘进机一般为悬臂式，主要用于软岩巷道、煤巷和半煤岩巷道。岩石全断面掘进机( Tunnel Boring Machine) 简称TBM , 也称隧道掘进机, 在软岩和土壤中施工的又称为盾构机，应用于岩石隧道的称为岩石掘进机。TBM 施工是当今最先进的隧道施工方法, 掘进速度快、机械化程度高、大大改善施工环境、劳动条件好、对环境影响较小, 在水下隧道施工不影响水上通行, 有更利于保护生态环境,可以克服高寒、高海拔环境的影响, 围岩扰动小,因此自20 世纪50 年代中期进行工业化生产以来日益受到人们的重视, 已广泛应用于各国的能源、交通、城建、国防等部门的地下工程建设。图5-45 掘进机基本结构及施工示意图 一、 全断面岩石掘进机的结构特点全断面岩石掘进机是一种将机械破岩和转运岩石等工序进行联合作业，并能连续掘进的机械没备，它由移动和固定支撑推进两大部分组成，如图5-45。推进油缸一端铰接于移动部分，另一端铰接于固定支撑推进部分，移动部分的大梁和固定支撑推进部分的移动框架刚性联接，使两大部分构成一个整体。在移动部分上设有工作头，排渣系统，导向支撑裴置、刀盘驱动减速装置，在固定部分上设有水平支撑油缸和推进油缸、移动框架等部件。我国研制的EJ30型岩巷掘进机如图5-46所示，它是由破岩机构、装运机构、推进机构、除尘装置、方向控制装置、瓦斯管报仅、护顶板、机器支撑油缸、工作室、动力及液压系统等组成。图5-46 EJ-30型岩巷掘进机 1刀盘；2机头架；3大梁；4浮动支撑；5泵站；6司机室；7除尘器；8胶带转载机；9护定板掘进机各主要部分的结构分述如下：1破岩装置 破岩装置由刀盘和工作头组成，刀盘装庄工作头的前端，上面装有若干滚刀，工作时，电动机驱动刀盘回转带动滚刀旋转，同时由工作头传递推进力，使滚刀的刀刃压向岩面，挤压剪切破碎岩石。2行走推进装置 岩巷掘进机的行走推进方式，一般多采用支撑迈步式，行走推进装置由前撑靴、后撑靴和支撑板组成。前撑靴位于移动部分用来定位，使工作头对准掘进方向。后撑靴位于推进部分，和前撑靴共同支撑机器重量。支撑侧板紧撑岩帮，起固定机身作用。一次推进行程结束后。松开支撑板，向推进油缸反向给油。即可将固定支撑部位向前移，支撑板再次紧撑岩帮，又可开始新的推进切割工作。3岩碴转运装置 装运装置由铲斗、卸渣溜槽和输送机组成。工作时，装在回转刀盘周边的铲斗，随刀盘一起回转，铲取破碎下来的岩石。岩石在机器上方卸入卸碴溜槽，再由溜槽溜入输送帆，转载到机器后方，由运输没备运出。4驱动装置 刀盘由电动机通过减速箱和齿轮来转动，采用液压油缸给推进压力和支撑、固定、移动机体。所有传动系统设备都固定在主机体上，操作室位于机器后部，控制箱、操作台，油泵的启动和操作系统均集中于操作室内。5动力供给装置 由液压站、配电箱和变压器等组成，均布置于机器后部。6方向控制装置 采用激光导向，激光发射器安装在靠拱部一侧的岩壁上，掘进时可根据光点偏离十字准线交点的方向和距离调整掘进方向。7除尘装置 一般采用完善的湿式空气过滤集尘系统，这样也有利于强力抽风机除尘。8锚杆支护安装装置 在机器的两侧各装一台锚杆钻机，可沿两根与掘进机纵向中心线平行的滑轨移动，使之能在掘进过程中钻凿锚杆眼，安装锚杆。二、全断面掘进机的优缺点1）优点成巷速度快。掘进机可以实现连续掘进, 能同时完成破岩、出碴、支护等作业, 并一次成巷, 掘进速度快、效率高。用钻爆法, 则钻孔、装药、放炮、通风、照明、排水、出碴等作业是间断作业, 掘进速度慢、效率低。成巷质量高。掘进机实行机械破岩, 避免了爆破作业, 巷道周围岩层不会受爆破振动而破坏, 巷道壁慰唁完整光滑, 超挖量少, 一般小于开挖隧洞断面积的5% , 减少了衬砌量。安全。用掘进机施工, 改善了工人的劳动条件, 减轻了体力劳动量, 避免了爆破施工造成的人员伤亡, 事故大大减少。经济。由于掘进机施工速度快，缩短了工期，大大提高了经济效益与社会效益。由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。2）缺点在大直径、硬岩中开挖速度慢。一般掘进机施工最适宜的岩石硬度为单轴抗压强度3050MPa , 由于近年破岩工具的制作技术有了重大突破, 通过改进刀头结构及热处理工艺,加大刀盘单轴推力, 使刀盘式TBM 的切削能力比初期臂架式提高了3 4 倍, 并已达到通过200MPa 以上坚硬岩石的能力。一般认为其适用范围在250MPa 以内, 以50150MPa为最佳。使用范围有一定的局限性。掘进机只适用于较长的直巷道及曲率半径很大的拐弯巷道，特别是遇到涌水大、断层破碎等复杂地质条件时，适应性更差。在煤矿井下，由于地质条件复杂，应用更加受到限制。初期投资大。首先，掘进机一次性配套成本大,要求巷道工程有一定长度；其次, 掘进机必须一机一洞, 即一个工程施工完后下一个工程的断面必须与前次相同；另外， 掘进机设备庞大，需配备良好的运输装卸条件。另外，对刀具材质和结构，施工人员的素质等要求也比较高。全断面掘进机的应用及前景1) 国 外 已建成的著名工程英吉利海峡铁路隧道它由3条平行隧道组成，每条长约50 km，海底掘进长度约37 km，地层岩石为白垩纪泥灰岩。该工程英、法两侧共使用了11台掘进机，在3年内完成了任务，1994年底开通运营。其中一台由Robbins公司生产的直径8.36 m的掘进机创造了当时月进尺1719.1 m的世界记录。2)国 内 建成的主要工程1985年在广西隆林天生桥水电站的引水隧洞修建中，从美国引进了Robbin。公司制造的直径为10.8 m掘进机，开挖引水隧洞总长度约10 km，掘进机遇到的岩石地层为石灰岩，抗压强度为150 MPa，施工时最高月进尺150 m。这是我国第一条采用大断面岩石掘进机施工的隧道。1991年在甘肃省引大人秦大型跨流域灌溉工程中，30A隧道全长11.649 km，是一条无压输水隧道，由意大利CMC公司采用双护盾掘进机进行施工，掘进机直径为5.56 m，采用预制管片衬砌。该机是美国Robbin，制造生产的188-227型掘进机，遇到的地层岩性单轴抗压强度为26.0133.7 MPa，该隧洞历经13个月于1992年1月掘进贯通，最高日进尺65.5 m，最高月进尺1 300m。全断面掘进机在国外已