隧道工程-第10章学习教案

1、会计学1隧道隧道(sudo)工程工程-第第10章章第一页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第2页/共69页第二页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第3页/共69页第三页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第4页/共69页第四页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第5页/共69页第五页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术 鉴于学术及现实中称法混乱，造成许多麻烦，有些学者提出采用“硬岩TBM”和“软岩TBM（也即盾构机）”两种来规范。第6页/共69页第六页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第7页/

2、共69页第七页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第8页/共69页第八页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术 1846年TBM由意大利人Maus发明。 1851年美国人威尔逊开发了一台TBM，在花岗岩中试用未获 成功。 1881年波蒙特开发了压气式TBM，成功应用于英吉利海峡隧 道直径为2.1m的勘探导坑。 1952年美国罗宾斯公司研制了现代意义(yy)上的第1台软岩TBM。 1956年美国罗宾斯公司又研制成功中硬岩TBM。 从此，TBM 进入快速发展时期。10.1.4 10.1.4 掘进机的应用与发展掘进机的应用与发展第9页/共69页第九页，共69页。第10章

3、 隧道(sudo)掘进机开挖技术 近年来，国外采用掘进机完成的大型隧道有： (1) 英法海底铁路隧道单洞长约50km，使用11台掘进机，工期(gngq) 三年多时间； (2) 瑞士费尔艾那隧道长19km，其中约9.5km采用掘进机施工； (3) 瑞士穿越阿尔卑斯山新圣哥达铁路隧道长达57km； (4) 美国芝加哥TARP工程排水隧道大约40多km，全部采用 掘进机施工。第10页/共69页第十页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第11页/共69页第十一页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术 开挖直径范围为1.8-11.87m； 可在抗压强度360MPa的岩体中掘

4、进80-100m2大断面隧道， 平均掘进速度350-400m/月； 能开挖45的斜井； 盘形滚刀的最大直径达483mm，其承载能力达312kN；刀具 的寿命(shumng)达300500m； 单台掘进机的最大总进尺已超过40km。第12页/共69页第十二页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术 美 国：罗宾斯(obbins)公司(n s)(已归属阿特拉斯公司(n s) 佳瓦(Jarva)公司(n s) 德 国：维尔特(Wirth)公司(n s) 海瑞克(Herrenknecht)公司(n s) 瑞 典：阿特拉斯.科普柯 (Atlas.Copco)公司(n s) 加拿大：拉瓦特(L

5、ovat)公司(n s) 日 本：川崎(Kawasaki)公司(n s) 三菱(Mitsubishi)公司(n s) 日立(Hitachi)公司(n s)第13页/共69页第十三页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术10.2 掘进机的类型(lixng)与构造隧道掘进机(岩石)全断面掘进机开敞式悬臂式掘进机护盾式单臂式多臂式单撑靴式双撑靴式单护盾式双护盾式 掘进机的类型掘进机的类型(lixng)(lixng)第14页/共69页第十四页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术10.2.1 10.2.1 全断面全断面(dun (dun min)min)掘进机掘进机 适合于

6、软岩隧道； 顶推反力利用(lyng)尾部安装的衬砌管片。 适合于硬岩隧道； 顶推反力与刀盘扭矩力依靠围岩坚硬壁面提供；(1) 开敞式掘进机(2) 护盾式掘进机第15页/共69页第十五页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术开敞开敞(ki chn)式隧道掘进机式隧道掘进机第16页/共69页第十六页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术中铁隧道局研发中铁隧道局研发(yn f)的开敞式隧道掘的开敞式隧道掘进机进机型型 号：号：TB880E开开 挖挖 直直 径：径：8.8米米掘掘 进进 速速 度：度：3.5m/h西康铁路秦岭隧道西康铁路秦岭隧道西安西安-南京南京(nn jn

7、)线磨沟线磨沟岭隧道岭隧道 最高月进度：最高月进度：574米（磨沟岭隧道）米（磨沟岭隧道） 最高日进度：最高日进度：41.3米（磨沟岭隧道）米（磨沟岭隧道）第17页/共69页第十七页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术开敞开敞(ki chn)式式隧道掘进机隧道掘进机第18页/共69页第十八页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术开敞开敞(ki chn)式隧道掘进机式隧道掘进机第19页/共69页第十九页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术开敞开敞(ki chn)式隧式隧道掘进机道掘进机第20页/共69页第二十页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(k

8、i w)技术开敞开敞(ki chn)式隧道掘进机式隧道掘进机第21页/共69页第二十一页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术开敞开敞(ki chn)式隧式隧道掘进机道掘进机第22页/共69页第二十二页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术开敞开敞(ki chn)式式隧道掘进机隧道掘进机第23页/共69页第二十三页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术开敞开敞(ki chn)式式隧道掘进机隧道掘进机第24页/共69页第二十四页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术开敞开敞(ki chn)式掘进机模型式掘进机模型第25页/共69页第二十五页

9、，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术护盾式隧道护盾式隧道(sudo)掘进机掘进机第26页/共69页第二十六页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术10.2.1.1 10.2.1.1 开敞开敞(ki (ki chn)chn)式掘进机式掘进机图10-2 单水平支撑掘进机示意图1.掘进刀盘；2.拱顶护盾；3.驱动组件；4.主梁；5.出碴输送机；6.后下支撑；7.撑靴；8.推进千斤顶；9.侧护盾；10.下支撑；11.刀盘支撑1111098234765开敞(ki chn)式掘进机基本有两种型式：单撑靴式、双撑靴式。第27页/共69页第二十七页，共69页。.掘进刀盘；2.顶护

10、盾；3.轴承外壳；4、前水平撑靴；5.后水平撑靴；6.齿轮箱；7.出碴输送机；8.驱动电机；9.星形变速箱；10.后下支撑；11.扭矩筒；12.推进千斤顶；13.主机架；14.前下支撑(仰拱括板)图10-3 双水平支撑掘进机示意图1413121112435910867第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第28页/共69页第二十八页，共69页。10.2.1.1 开敞(ki chn)式掘进机构造(1)刀 盘第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术主要构造：刀盘；控制系统，支撑和推进系统；后部配套设备。第29页/共69页第二十九页，共69页。21铲斗；2.中心刀；3.扩孔边；4.扩孔刮碴器；5.

11、面刀；6.铲齿；7.边刀图10-5 掘进机刀盘示意图34567第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第30页/共69页第三十页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第31页/共69页第三十一页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第32页/共69页第三十二页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第33页/共69页第三十三页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第34页/共69页第三十四页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第35页/共69页第三十五页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第36页/共69页第

12、三十六页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术 The biggest hard rock tunnel boring machine in the world is set to start work on the Brisbane North-South Bypass Tunnel inDecember 2007. The machine is 250M long, weighs 4000T and is almost 13M in diameter. 第37页/共69页第三十七页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第38页/共69页第三十八页，共69页。第1

13、0章 隧道(sudo)掘进机开挖技术(2)刀具的力学(l xu)特性第39页/共69页第三十九页，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术(3)滚刀(n do)数量的确定 切削刀盘上滚刀平面布置是根据滚刀类型(lixng)和合理刀间距确定的。在一定间距下，刀盘直径与滚刀数量间的关系可以从右图中查验。 第40页/共69页第四十页，共69页。(4)支撑(zh chng)和推进系统第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术单撑靴式双撑靴式图10-4 掘进机撑靴型式推力千斤顶单撑靴型双撑靴型撑靴推力千斤顶X型配置T型配置撑靴主梁第41页/共69页第四十一页，共69页。(5) 驱动(q dn)系

14、统第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术 刀盘驱动(q dn)方式有两大类：电动和液压。 电动又分单速电机、双速电机和调频电机。 液压系统 供电系统 运输系统 通风系统 降温、防尘、供水及安全系统 隧道支护设备系统 其它辅助设施(6) 后配套设备第42页/共69页第四十二页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术TBM组装(z zhun)图第43页/共69页第四十三页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术TBM组装(z zhun)图第44页/共69页第四十四页，共69页。第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术TBM组装(z zhun)图第45页/共69页第四十五页

15、，共69页。第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术TBM组装(z zhun)图第46页/共69页第四十六页，共69页。(1) 单护盾TBM常用于劣质地层。(2) 双护盾TBM适用于各种地质，既适应(shyng)软岩，也适应(shyng)硬 岩或软硬岩交互地层。 对比：单护盾TBM推进时，要利用管片作为支撑，与双护盾TBM相比，掘进与安装管片两者不能同时进行，速度较慢。10.2.1.2 护盾式掘进机第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第47页/共69页第四十七页，共69页。图10-7 单护盾掘进机示意图掘进刀盘；2.护盾；3.驱动组件；4.推进千斤顶；5.管片安装机；6.超前钻机；7.出碴

16、输送机；8.拼装好的管片；9.提升机；10.铰接千斤顶；11.主轴承、大齿圈；12.刀盘支撑121110123459867第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第48页/共69页第四十八页，共69页。掘进刀盘；2.前护盾；3.驱动组件；4.推进油缸；5.铰接油缸；6.撑靴护盾；7.尾护盾；8.出碴输送机；9.拼装好的管片；10.管片安装机；11.辅助推进靴；12.水平撑靴；13.伸缩护盾；14.主轴承大齿圈；15.刀盘支撑1514123图10-8 双护盾掘进机示意图134101211546798第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第49页/共69页第四十九页，共69页。10.2.2 10

17、.2.2 臂式掘进机臂式掘进机第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第50页/共69页第五十页，共69页。 可以适应任意形状的断面； 对地质条件的要求较低，适合软岩及中硬岩隧道的掘进； 连续掘进，支护可实现平行作业(pngxng zuy) 基本投资费用少，约为全断面掘进机的15%左右。 中短隧道施工更为适用。壁式掘进机的特点(tdin)第10章 隧道掘进机开挖技术第51页/共69页第五十一页，共69页。 臂式掘进机开挖(ki w)与支护平行作业示意图 第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第52页/共69页第五十二页，共69页。 臂式掘进机开挖(ki w)作业示意图 第10章 隧道掘进机开

18、挖(ki w)技术第53页/共69页第五十三页，共69页。重型(zhngxng)隧道掘进机第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第54页/共69页第五十四页，共69页。 臂 式 掘 进 机 切 削(qixio)头 第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第55页/共69页第五十五页，共69页。10.3 掘进机施工(sh gng)10.3.1 10.3.1 破岩机理破岩机理(j (j l)l)岩石龟裂纹图10-11 掘进机切削岩石机理示意图相邻刀具产生的粉碎岩石粒切削石碴滚刀粉碎岩石粒1.机理第10章 隧道掘进机开挖技术第56页/共69页第五十六页，共69页。2.影响(yngxing)因素第1

19、0章 隧道掘进机开挖(ki w)技术第57页/共69页第五十七页，共69页。10.3.2 10.3.2 掘进掘进(jujn)(jujn)作业作业第10章 隧道掘进机开挖(ki w)技术前下支撑水平撑靴后下支撑水平撑靴后下支撑前下支撑前下支撑水平撑靴后下支撑 开敞式掘进机作业(zuy)循环 第58页/共69页第五十八页，共69页。10.3.3 10.3.3 施工施工(sh (sh gng)gng)管理管理1.保证(bozhng)有效作业时间 将整个有效的作业时间作为净掘进时间是不可能的，因为：。在一般地质条件下，掘进机净掘进时间在50%左右是较为理想的。 例如，某掘进机工点作业时间分配为：重新支

20、撑3.2%、刀具更换13.8%、检修5.5%、后配套检修6.6%、支护1.7%、工地延误3.8%、其它11.1%、掘进54.3%。第10章 隧道掘进机开挖技术第59页/共69页第五十九页，共69页。2.提高(t go)设备完好率3.合理(hl)选用刀具参数4.保证(bozhng)配件供应5.管理人员对掘进方向的地质情况应有足够的了解6.提高隧道控制测量和施工测量的精度7.应建立专门的供电机构，确保供电质量8.精心设计，统筹安排，严格施工第10章 隧道掘进机开挖技术第60页/共69页第六十页，共69页。10.4 与掘进机施工配套(pi to)的支护型式衬砌结构(jigu)的组成第10章 隧道掘进

21、机开挖技术第61页/共69页第六十一页，共69页。10.4.1 10.4.1 管片管片(un (un pin)pin)衬砌衬砌图10-13 全周预制钢筋混凝土管片衬砌示意图仰拱块管片厚度标准块注浆充填TBM开挖断面相邻块封顶块1. 构成(guchng)第10章 隧道掘进机开挖技术第62页/共69页第六十二页，共69页。10.4.1 10.4.1 管片管片(un pin)(un pin)衬砌衬砌2. 特点(tdin)第10章 隧道掘进机开挖技术第63页/共69页第六十三页，共69页。10.4.2 10.4.2 复合式衬砌复合式衬砌图10-14 复合式衬砌示意图预制仰拱块模注混凝土衬砌1. 构造(guzo)第10章 隧道(sudo)掘进机开挖技术第64页/共69页第六十四页，共69页。10.4.3 10.4