地下工程装备的新技术

地下工程装备的新技术2023/3/14第一页，共四十六页，2022年，8月28日汇报提纲一、中国铁建重工集团简介二、地下工程新装备2.1、长距离、大坡度、双模式斜井TBM2.2、全断面硬岩掘进机2.3、大直径泥水平衡盾构2.4、链刀式连续墙设备2.5、隧道预切槽机械2.6、矿山法隧道施工机械2第二页，共四十六页，2022年，8月28日31.1企业概况中国铁建重工集团有限公司（简称铁建重工）隶属于中国铁建股份有限公司，是集高端地下工程装备和轨道装备研究、设计、制造、施工于一体的大型工业集团。依托中国铁建长期积累的施工技术与施工经验，打造了自主知识产权的地下工程装备和轨道装备产业。一、中国铁建重工集团简介3第三页，共四十六页，2022年，8月28日41.2行业地位国内首家地下掘进装备领域工程技术研究中心；以地下工程装备为主要发展方向的国家认定企业技术中心；中国工程机械工业协会掘进机械分会副会长单位；全国建筑施工机械与设备标准化技术委员会副主任委员单位；国家级信息化和工业化深度融合示范企业国家863计划成果产业化基地；博士后科研流动站协作研发中心；中国工程机械制造商50强企业；十二五国家863计划TBM项目牵头单位。4第四页，共四十六页，2022年，8月28日51.3技术能力拥有1个国家级和1个省级技术中心，已组建地下掘进装备工程技术研究中心、博士后流动站协作研发中心，在湖南、甘肃建立了两个地下工程装备制造基地，在长沙、北京、兰州等地建立了9个研究院，拥有专业研发人员600余人。5第五页，共四十六页，2022年，8月28日企业技术中心（研究设计总院）掘进机研究院机械研究院电气技术研究院液压技术研究院工艺技术研究院施工技术研究院轨道装备研究院轨道装备实验室地下工程实验室兰州研究院北京研究院6第六页，共四十六页，2022年，8月28日7长沙园区全景（集团公司）7第七页，共四十六页，2022年，8月28日

1.4地铁盾构设计生产概况已经生产土压及泥水盾构50余台，运用于北京、长沙、西安、成都等多个城市。2023/3/14第八页，共四十六页，2022年，8月28日二、地下工程新装备二十一世纪是地下空间大开发的世纪，作为地下工程装备领域的专业企业，铁建重工重点研发了双模斜井式TBM、全断面硬岩掘进机、大直径泥水平衡盾构、隧道预切槽机械、链刀式连续墙设备、矿山法隧道机械等系列地下工程新装备。9第九页，共四十六页，2022年，8月28日2.1长距离、大坡度、双模式斜井TBM10第十页，共四十六页，2022年，8月28日1、工程对象：神华新街台格庙矿区2、工程特点：斜井坡度-6°，最大埋深680m，总长6500m；岩体平均抗压强度40-60MPa，局部存在高压富水层、软岩变形及断层破碎带等不良地质；工程具有“深埋超长、连续下坡、富水高压、地层多变”等难点；首次采用具有“安全、快速、环保”优势的全断面掘进机法施工。11第十一页，共四十六页，2022年，8月28日中国铁建重工集团有限公司斜井断面布置主副井功能：煤炭和辅助运输。斜井采用管片支护，内径6600mm，外径7300mm。出碴方式：连续皮带机；管片物料运输：无轨胶轮车。钻孔岩芯照片12第十二页，共四十六页，2022年，8月28日3、技术难点⑴高埋深复杂工程地质长距离掘进对设备可靠性要求；⑵大坡度下坡掘进对设备的特殊要求，包括开挖、出碴、排水、设备布置等；⑶高进尺（500m/月）和物料运输效率的矛盾；⑷可能遇到的有害气体对设备的安全要求；⑸设备具备两种工作模式且快速转换要求。中国铁建重工集团有限公司1313第十三页，共四十六页，2022年，8月28日4、设备配置为满足工程地质复杂多变和高进尺要求，设备采用双模式TBM，具备土压平衡盾构和单护盾TBM两种模式，两种不同模式主要体现在刀盘型式和出渣方式的差异。盾构模式TBM模式14第十四页，共四十六页，2022年，8月28日盾构模式TBM模式两种模式下的主机配置15第十五页，共四十六页，2022年，8月28日刀盘（TBM模式）刀盘（盾构模式）两种模式下的刀盘配置16第十六页，共四十六页，2022年，8月28日设备功能开挖出碴管片衬砌同步填充主体功能刀盘：EPB模式和TBM模式EPB模式开口率：32%开挖螺旋输送机（EPB模式）皮带机（TBM模式）出碴管片拼装机衬砌作业每环作业时间：约25min管片衬砌单液浆、双液浆豆砾石、干粉、粉煤灰同步填充17第十七页，共四十六页，2022年，8月28日物料倒运通风、除尘冷却、润滑抽水、排污辅助功能管片倒运吊机、管片卸载吊机豆砾石吊装、存储、喷射装置物料倒运一次压入式通风、二次风机干式除尘器、除尘风管通风除尘大容量水箱、空冷机气动油脂泵、齿轮油泵冷却润滑水管卷筒、排污泵污水处理设备抽水排污18第十八页，共四十六页，2022年，8月28日参数类型名称技术参数值/说明总体概述管片参数外径7300mm，内径6600mm，宽度1500mm整机参数长度约230m，重量约1200t，装机功率4800kw刀盘最大开挖直径7620mm刀具配置滚刀+切刀+边刮刀（EPB模式），滚刀+边刮刀（TBM模式）主驱动驱动型式变频电机驱动，功率8×315kw，转速0-6.4rpm，额定扭矩8300kNm盾体盾体型式前盾+中盾+尾盾，分块式设计，盾体长度9m，设计有稳定器推进系统推力额定推力42000kN，最大推力49000kN,推进行程2200mm出碴系统螺旋输送机出碴能力450m³/h,最大通过粒径350mm主机皮带机液压驱动（30kw），出碴能力850t/h后配套皮带机变频电机驱动（160kw），出碴能力850t/h衬砌支护管片拼装机中空式，机械式抓取壁后填充豆砾石喷射机2×15m³/h双液注浆系统双液注浆：2×8m³/h；二次补浆：12m³/h粉料搅拌泵送系统2×8m³/h排污系统主机内排污能力排污泵：30m³/h，扬程25m；应急备用：2×150m³/h后配套拖车排污能力排污泵：50m³/h，扬程140m；应急备用：2×150m³/h洞内污水处理能力50m³/h通风除尘通风一次压入式通风（风管直径2200mm），二次通风：20m³/s除尘干式除尘器：600m³/min主要技术参数19第十九页，共四十六页，2022年，8月28日2.2、十二五国家863计划课题

8m级全断面硬岩隧道掘进机（TBM）20第二十页，共四十六页，2022年，8月28日主要技术参数整机整机长度约182m整机重量约1500t刀盘刀盘型式平面圆角过渡式开挖直径8m（装新刀时）刀具数量32把正面滚刀/19英寸，4把中心双刃滚刀/17英寸，12把边滚刀/19英寸刀盘驱动驱动功率3500kW（可扩展）最大转速9.3rpm最大扭矩7,720kNm推进系统最大推进速度150mm/min最大有效推力26,467kN支撑系统最大有效支撑力59,998kN后支撑总有效支撑力4,907kN主机皮带机输送能力950t/h

功率配置总功率约4,982kW21第二十一页，共四十六页，2022年，8月28日2.3、大直径泥水平衡盾构22第二十二页，共四十六页，2022年，8月28日工程对象：兰州地铁穿越黄河，沈阳地铁穿越浑河主要解决高含量大粒径卵石的输送问题主要技术参数整机整机长度约90m盾构及后配套总重约500t刀盘刀盘结构及刀具复合式主驱动转速0－2.95rpm最大扭矩5,367kNm盾体型式铰接式、倒锥形设计推进系统最大推进速度60mm/min泥浆循环系统进浆流量700m3/h出浆流量800m3/h功率配置合计（约）2050kW23第二十三页，共四十六页，2022年，8月28日2.4、十二五国家科技支撑计划课题拱架式隧道预切槽设备24第二十四页，共四十六页，2022年，8月28日中心轴式隧道预切槽设备（将用于宝兰线施工）25第二十五页，共四十六页，2022年，8月28日1、工作原理隧道预切槽技术就是在隧道工作面开挖（或爆破）之前，利用设备上安装的特制链式机械切刀沿隧道断面外廓周边连续切割出一条具有一定厚度和深度的的窄槽（一般厚度约10～110厘米、深2～12米），同时利用与切刀连接成一体的混凝土注浆装置向槽内同步注入混凝土（隔振槽不注浆），从而在隧道开挖面外廓形成一个起预先支护作用的连续混凝土壳体。当混凝土拱壳达到一定强度后，即可在该壳体的保护下进行工作面的挖掘、渣土装运及后期仰拱制作、衬砌防水等施工作业。其要点：按隧道轮廓机械切槽并同步注入速凝早强混凝土形成预支护拱壳。26第二十六页，共四十六页，2022年，8月28日2、适用范围（1）对覆盖层沉降有较高要求的工程或区段，适合覆盖层很薄的未固结地层和软岩地层的隧道施工；（2）对地表构造物可能造成不良影响的工程或区段，适合城市地铁等地表建筑物密集地点下的隧道施工；（3）可能对地下邻接构造物造成损坏或不良影响的工程或区段，适合超近隧道、紧邻地下建筑物及地下管线的隧道施工；（4）老旧隧道的改扩建工程。27第二十七页，共四十六页，2022年，8月28日3、施工工序流程：1、切槽流程：掌子面预处理→（必要时地面铺钢板）→预切槽机找正定位→预切槽机调支腿→进刀切槽→退刀装滑膜→进刀环切并灌注混凝土（及时清理渣土）→退刀清注浆管卸滑膜→切槽机后退让位→掌子面开挖、出渣留核心土→掌子面和拱璧喷混凝土找平→打锁脚锚杆（或灌桩）→开沟装支撑地梁（预计24小时后重复以上工序）2、仰拱和二衬流程：仰拱栈桥→拆卸支撑地梁→开挖地面做仰拱→铺设防水板→绑扎钢筋→施工二次衬砌（预计24小时后重复以上工序）。3、根据施工设备尺寸及施工场地需要，拟定仰拱封闭距离掌子面为45m以内，力争达到35m规范要求。28第二十八页，共四十六页，2022年，8月28日4、技术优势（1）保证安全；（2）控制沉降；（3）有效隔震；（4）提高工效；（5）经济便捷。29第二十九页，共四十六页，2022年，8月28日项目单位参数链刀切割线速度m/min0-85切槽深度m0-8切槽厚度mm350单环成拱长度m0-7.5切削仰角度3-7链刀伸缩行程mm0-8400刀梁伸缩行程mm0-2700回转速度m/min0-0.2回转角度°0-215滑模注浆速度m³/h30行走速度Km/h0-1.4电缆卷筒行程m100适用岩土抗压强度MP≤40适用隧道切槽半径（最大内径）m5.30-7.30液压系统压力MPa≤35中心轴离地工作高度mm2190-2750电源10KV/400V装机容量kW500整机重量t185操作方式司机室+遥控5、YQC7000预切槽设备技术参数30第三十页，共四十六页，2022年，8月28日2.5、新型链刀式连续墙设备工作装置主机31第三十一页，共四十六页，2022年，8月28日321、工作原理主要由主机和工作装置两大部分组成，主机沿成墙方向移动；工作装置由多节切割箱与链刀组成，箱体逐段插入地基土层，做垂直向下运动，当到达成墙设计深度后，沿成墙方向横移，做水平切割运动；同时后台开启同步注浆系统，水泥或膨润土浆液通过箱体从最下端两侧喷出，原土层和水泥浆液通过链刀旋转进行均匀的混合搅拌，浆液凝固后形成一道平整、连续、具有防渗（水）、挡土功能的连续地下墙体。

32第三十二页，共四十六页，2022年，8月28日332、适用范围适用于建筑物基础工程、地下通道及盾构竖井、大型垃圾填埋场、地铁交叉工作井、港湾以及大型水库堤防等临时挡土防渗墙、主体结构防渗墙及地基改良用地下连续墙等工程。33第三十三页，共四十六页，2022年，8月28日3、施工流程（1）、前期准备：对待切地层进行土样采集、测试，确定切削液和固化液的配比。（2）、挖掘前导沟、铺设钢板（3）、设备进场、按顺序组装配重、刀架、后泵站等（4）、摆正连续墙设备，组装切割箱，向下切割打入土层（5）、根据土层情况，按一步法或三步法搅拌成墙,并取样检测泥浆的流动性、泌水率、比重。（6）、插入H型芯材（7）、施工完毕后或需转角时，切割箱拔除分解。3434第三十四页，共四十六页，2022年，8月28日354、技术优势（1）经济性好：a、相同的强度能力下，该工法可降低连续墙的成型厚度；b、开挖和回填方量小；c、根据墙体强度要求，不受限制的插入合适的工字钢等芯材。35第三十五页，共四十六页，2022年，8月28日36（2）高适应性：a、适用于各类土层和较松散的砂砾石层，可以根据不同的地层特点选择不同的切割刀。b、成墙厚度可以在550-850mm范围内调节，通过更换刀具和调整排列方式，满足不同成墙厚度和地质的施工要求。适应于滚石、石子较多地层适应于硬质粘土层标准刀具36第三十六页，共四十六页，2022年，8月28日37（3）成墙品质好：在墙体深度方向上，可保证均匀的水泥土质量，提高强度，离散性小，可成型无缝连接的连续墙，截水性能好；三轴TRD37第三十七页，共四十六页，2022年，8月28日38（4）高安全性：与其他传统连续墙成型设备相比，该主机机高仅10米重心低，稳定性好，大大减小倾翻的危险；30米或更高10米38第三十八页，共四十六页，2022年，8月28日39（5）高精度：切割装置箱体内设置垂直倾斜仪，实时监测，实时显示，实现了全过程对墙体深度和厚度方向垂直精度的控制。39第三十九页，共四十六页，2022年，8月28日TRD工法相比其他连续墙工法的比较40序号项目连续墙施工LSJ60()三轴搅拌桩施工(30米)连续墙抓斗（60米）1适用场合软土层、砂土层、较松散的砂砾石层软土层砂土层、较松散的砂砾石层2成墙止水性好一般好3材料利用率可利用70%原土可利用60%原土全部使用混凝土4成墙水泥含量原土的20-30%原土的20-30%混凝土5安全性好最差较好6工作效率200-300方/台班70-80方/台班45-60方/台班40第四十页，共四十六页，2022年，8月28日5、主要技术参数41项目

单位

参数

最大理论成墙深度m60标配深度m43.5成墙