选用开敞式掘进机应考虑的问题

1、选用开敞式掘进机选用开敞式掘进机应考虑的问题应考虑的问题 因为硬岩及中硬岩具有较好的围岩稳定性，因此通常在硬岩或中硬岩掘进时选用开敞式掘进机，它相对护盾式掘进机即可节省设备投资，也可以减少工程费用。 掘进机性能要求 由于任何隧道的地质状况、围岩性质都存在不一致性，因此要求开敞式掘进机除具备进行硬岩掘进的性能外，还应具备在不借助其他手段和措施的条件下，具有通过软弱围岩、断层等不良地质的能力，独立地完成隧道的掘进。 这种能力表现在TBM应该设置支护设备，包括 锚杆机 混凝土喷射机 钢拱架安装机 超前钻机掘进机性能要求 关键技术性能应能够适应硬岩和软岩的切削特性。主要体现在 刀间距 推 力 扭 矩

2、撑靴支撑力、撑靴支撑接地比压掘进机性能要求日本川崎重工生产的5m的开敞式掘进机。 上图表示开敞式掘进机的换步步骤示意图，基本适应各种不同设计的开敞式机的换步过程。 换步行程的长度，取决于开挖洞径和后配套运输型式。 德国海瑞克公司第一台9.43m开敞式掘进机在瑞士工地 Jarva MK27/8m： 具有前、后2对水平撑靴、刀盘及护盾的长度不大（不含可拆卸的指形护盾）、下护盾为仰拱刮碴装置、石碴输送带布置在平台上部 Robbins/8m： 具有左、右一对水平撑靴、刀盘及护盾的长度较长、下护盾为垂直前支承、石碴输送带安放在主机架内Wirth/8.8m： 前、后两对X型支撑靴、石碴输送带安放在内凯内、

3、下护盾为仰拱刮碴装置、刀盘及护盾的长度不大（不含可拆卸的指形护盾） Wirth/8.8m： X型支撑靴，16亇撑靴面积达21.6m2掘进机具有大撑靴面积有利于 在切削硬岩时，掘进机在额定支在切削硬岩时，掘进机在额定支撑力下获取足够大掘进推力；撑力下获取足够大掘进推力； 在软弱围岩或破碎带掘进时，具在软弱围岩或破碎带掘进时，具有较小的接地比压，避免对围岩构成有较小的接地比压，避免对围岩构成破坏，且可提供相对较大的掘进推力。破坏，且可提供相对较大的掘进推力。 前后两组撑靴可独立移动，以适应前后两组撑靴可独立移动，以适应不同钢拱架间距。不同钢拱架间距。 1616亇撑靴都可独立操作，便于支撑亇撑靴都可

4、独立操作，便于支撑灵活定位，避让可能出现的特殊围岩。灵活定位，避让可能出现的特殊围岩。 双支撑形式的优点（1）TBM通过软弱围岩时，支撑靴能够适应围岩的状况。（2）两对支撑可支承TBM全部重量，特别是刀盘头部的重量。（3）采用两对撑靴时，仅在换步时进行方向调整，掘进中只是观测和纠偏。准确的掘进方向取决于设备的结构、测量以及操作。（1 1）为方便边）为方便边刀磨耗后的更刀磨耗后的更换，应设液压换，应设液压扩孔刀，。扩孔刀，。（2 2）滚刀宜采）滚刀宜采用用1717英时。英时。（3 3）滚刀的安）滚刀的安装、检查应采装、检查应采用背装式。用背装式。（4 4）合理的盘）合理的盘刀数量和刀间刀数量和刀

5、间距。距。 大大 刀刀 盘盘 盘刀数量与刀盘（或开挖）直径的关系盘刀数量与刀盘（或开挖）直径的关系 刀盘直径刀盘直径mmm/转kN/把刀间距与贯入度（毫米/转）关系 刀间距与贯入度（毫米/转）关系 在一定的地貭条件下，当刀间距减小，虽获在一定的地貭条件下，当刀间距减小，虽获得单刀进尺所需推力下降，但由于刀具数量增得单刀进尺所需推力下降，但由于刀具数量增大，也就要求提高大，也就要求提高TBMTBM整体推力、切削岩块也整体推力、切削岩块也变小，耗能增加。故应尽量优化，一般经验在变小，耗能增加。故应尽量优化，一般经验在硬岩中刀间距约为贯入度的硬岩中刀间距约为贯入度的10-2010-20倍、在软岩倍、

6、在软岩中刀间距约为中刀间距约为65-100mm65-100mm，不过复核时应考虑到不过复核时应考虑到该台该台TBMTBM寿命和在不同围岩的适应性。寿命和在不同围岩的适应性。刀盘直径与刀盘直径与TBM扭矩的关系扭矩的关系 转/分刀盘直径与刀盘直径与TBM转速的关系转速的关系 直径、m刀盘最大线速度刀盘最大线速度2.5m/秒，秒， 护护 盾盾 护盾型式 开敞式掘进机都装有护盾，包括开敞式掘进机都装有护盾，包括 上护盾上护盾 (一块一块) 两侧护盾两侧护盾 (左右各一块左右各一块) 下护盾下护盾 (一块一块) 不同型号的开敞式掘进机护盾型式也不同型号的开敞式掘进机护盾型式也不尽相同。不尽相同。护盾功

7、能 提供钢拱架安装安全防护提供钢拱架安装安全防护 换步时支承换步时支承TBM的前部重量的前部重量 掘进中处于浮动状态以稳定刀盘切削，掘进中处于浮动状态以稳定刀盘切削，并使主轴承、刀具等处于良好受力状态并使主轴承、刀具等处于良好受力状态 在拱顶发生较高负荷时，由上护盾传递给在拱顶发生较高负荷时，由上护盾传递给下护盾来支撑，防止刀盘被大块岩石卡住等。下护盾来支撑，防止刀盘被大块岩石卡住等。护盾设计选型注意事项 （1）护盾长度不应过长：进行软弱围岩或破碎带掘）护盾长度不应过长：进行软弱围岩或破碎带掘进时，便于根据新奥法理论及时进行初期支护。进时，便于根据新奥法理论及时进行初期支护。（2）下护盾在掘进

8、中应处于浮动状态，并起到刮碴）下护盾在掘进中应处于浮动状态，并起到刮碴作用，只是在换步时起支承设备的前部重量的作用。作用，只是在换步时起支承设备的前部重量的作用。（3）如果掘进也靠下护盾支承刀盘重量，必将增加）如果掘进也靠下护盾支承刀盘重量，必将增加TBM掘进推力，用于克服掘进推力，用于克服TBM前部重量引起的磨前部重量引起的磨擦阻力；并且刀盘头部具有下顷的倾向。擦阻力；并且刀盘头部具有下顷的倾向。 上上 护护 盾盾 可安装可安装指形护盾，指形护盾，以保护人员以保护人员防止上部危防止上部危石砸伤。石砸伤。 左、左、右锚杆台车，右锚杆台车，钢拱架安装钢拱架安装器也安装在器也安装在这里。这里。 上

9、 述 设上 述 设备可在掘进备可在掘进的同时并行的同时并行作业。作业。锚锚 杆杆 钻钻 机机 锚杆钻机作业情况锚杆钻机作业情况 钢拱架运输钢拱架运输钢拱架安装钢拱架安装 钢拱架安装后情况钢拱架安装后情况 刀盘后部平台人工 喷射混凝土作业情况 位于后配套上的喷射混凝土机械手作业情况。 超超 前前 钻钻 机机超前钻机 功能：超前探测工作面前方的围岩地质性 质、通过灌浆，使拱部围岩形成稳 定结构，保障TBM通过软弱围岩、 破碎带时的掘进安全。安装：在刀盘后部平台上能力：以5仰角进行钻孔作业 超前探孔 （深30m ） 注浆孔及管堋孔 （深20m ）超前钻工作情形超前钻工作情形 围岩出现的松动、坍塌和坠

10、落现象围岩出现的松动、坍塌和坠落现象 围岩出现的松动、坍塌和坠落现象围岩出现的松动、坍塌和坠落现象 围岩出现的松动、坍塌和坠落现象围岩出现的松动、坍塌和坠落现象 围岩应力较大地段时，（未及时喷、锚围岩应力较大地段时，（未及时喷、锚支护）所发生的钢拱架变形状况支护）所发生的钢拱架变形状况 围岩应力较大地段时，（未及时喷、锚围岩应力较大地段时，（未及时喷、锚支护，图中混凝土为变形后补喷果）发支护，图中混凝土为变形后补喷果）发生的钢拱架变形状况生的钢拱架变形状况 从操作室看从操作室看TBM刀盘后平台刀盘后平台新奥法原理 以维护和利用围岩的自稳能力为基以维护和利用围岩的自稳能力为基点，将锚杆和喷射混凝

11、土集合在一起为点，将锚杆和喷射混凝土集合在一起为主要支护手段，及时进行支护，以便控主要支护手段，及时进行支护，以便控制围岩的变形与松驰，使围岩成为支护制围岩的变形与松驰，使围岩成为支护体系的组成部分，形成了以锚杆、喷射体系的组成部分，形成了以锚杆、喷射混凝土和隧道围岩三位一体的承载结构，混凝土和隧道围岩三位一体的承载结构，共同支承山体压力。共同支承山体压力。 在开敞式TBM的前端（尽量靠近刀盘）配备喷、锚设备，及时进行喷、锚作业，大大优于钻爆法单工序作业，临时支护措施大大迟后的弱点。只有抓住时间效应的核心，才能充分发挥出开敞式TBM通过软弱地带的能力。开敞式开敞式TBM进行临时支护的工况进行临时支护的工况 开敞式开敞式TBM进行临时支护的工况进行临时支护的工况 开敞式开敞式TBM进行临时支护的工况进行临时支护的工况 开敞式开敞式TBM进行临时支护的工况进行临时支护的工况 当局部围岩松软不能承受支撑靴压力时，可采取在撑靴当局部围岩松软不能承受支撑靴压力时，可采取在撑靴局部加喷混凝土、增打锚杆等措施解决局部加喷混凝土、增打锚杆等措施解决 轨道运输方式轨道运输方式 轨道运输方式轨道运输方式 瑞士弗尔艾那隧道采用的仰拱块瑞士弗尔艾那隧道采用的仰拱块意大利佛罗伦萨隧道采用的仰拱块意大利佛罗伦萨隧道采用的仰拱块仰拱块的排水功能仰拱块的排水功能 安装仰拱块用的激光装置安