TBM技术在斜井掘进中的应用.ppt

1、,TBM技术在斜井掘进中的应用,目录,TBM技术介绍,TBM（Tunnel Boring Machine）-全断面隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备。 具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中应用广泛。,TBM技术介绍,欧美将全断面隧道掘进机统称为TBM，日本则一般统称为盾构机，细分可称为硬岩隧道掘进机和软地层隧道掘进机。,中国则一般习惯将硬岩隧道掘进机称为TBM，将软地层掘进机称为盾构机。,TBM技术介绍,TBM技

2、术介绍,当推力超过岩石的抗压强度时，盘形滚刀下的岩石直接破碎，盘形滚刀贯入岩石，掌子面被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽，随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落,TBM破岩机理,TBM技术介绍,优 点：,TBM技术介绍,全断面岩石 掘进机TBM,敞开式 掘进机,护盾式掘进机,T型支撑,X型支撑,单护盾,双护盾,三护盾,TBM技术介绍,敞开式掘进机,敞开式TBM主要适用于硬岩，能利用自身支撑结构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭矩的全断面岩石掘进机。 在施工对应较完整、有一定自稳性的围岩时，能充分发挥出优势，特别是在硬岩、中

3、硬岩掘进中，强大的支撑系统为刀盘提供了足够的推力。,TBM技术介绍,敞开式TBM掘进机的核心部分是主机系统，主机系统主要有带道具的刀盘、刀盘驱动和推进系统组成。 主机根据岩性不同可选择配置临时支护如钢架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装机、超前钻、管棚钻机、喷混凝土机及注浆机。,敞开式掘进机,TBM技术介绍,敞开式掘进机,TBM技术介绍,护盾式掘进机,护盾式全断面岩石掘进机在整机外围设置一个与机器直径一致的圆筒形保护结构以利于掘进破碎或复杂岩层的全断面岩石掘进机。 主要适用于比较破碎，围岩的抗压强度低，岩石仅仅能够自稳，但不能为TBM的掘进提供反力的地层，由盾尾推进液压支撑在已拼装的预制撑砌块上或钢

4、圈梁上以推进破岩前进。,TBM技术介绍,双护盾式掘进机,双护盾掘进机的一般结构主要由装有刀盘及刀盘驱动装置的前护盾，装有支撑装置的后护盾（支撑护盾），连接前、后护盾的伸缩部分和安装预制混凝土管片的尾盾组成。,遇软岩时，由于软岩不能承担支撑板的压应力，由盾尾推进液压缸支撑在已拼装的预制衬砌块上或钢圈梁上以推进刀盘破岩前进；遇到硬岩时，和敞开式掘进机工作原理一样，开支撑板撑紧洞壁，由主液压缸推进刀盘破岩前进。,TBM技术介绍,双护盾式掘进机,国内外工程实例,英吉利海峡隧道,英吉利海峡隧道（The Channel Tunnel）又称英法海底隧道或欧洲隧道（Eurotunnel），是一条把英国英伦三岛

5、连接往欧洲法国的铁路隧道，于1994年5月6日开通。它由三条长51km的平行隧洞组成，总长度153km，其中海底段的隧洞长度为338km，是世界第二长的海底隧道及海底段世界最长的铁路隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m,开挖洞径为8.368.78m；中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m，开挖洞径为5.385.77m。,国内外工程实例,英吉利海峡隧道,国内外工程实例,引大入秦工程,引大入秦水利工程是把甘肃、青海两省交界处的大通河水，跨流域东调120公里，引到兰州市以北60公里处干旱缺水的秦王川盆地的一项规模宏大的自流灌溉工程。 这是目前中国规模最大的跨流域自流灌溉工程，其规模宏大，气势雄伟

6、，工程渠线长，费用殊巨，被赞颂为当代的都江堰，在诸多方面创造了中国乃至世界水利建设中的先进水平。亘古未有，堪称今古之奇观。,国内外工程实例,引大入秦工程,1988年 引大入秦总干30#A和38#隧洞， 总长 ：16.6KM TBM：一台美国ROBBINS 1811256型双护TBM 直径：5.54m 地质：砂砾岩，泥质粉砂岩、砂 岩、灰岩、板岩， 抗压强度：26133Mpa. 工期：1991年1月开工，1992年 8月贯通。 最好进尺：日75.2米，月1408米,1992年1月 引大入秦30A隧洞,国内外工程实例,TBM施工总长123.4km，开挖直径4.82、4.92m，成洞内径 4.2、4

7、.3m。平均月成洞610-1100米/月，最高月成洞1637米/月。投标价1.5-2万元/米（2002年）。,钻爆法施工引黄总干6座隧道：1#，2#，3#，9#，10#，11#，共6个洞，除10#洞长7.38km，其余210m-5260m之间，平均开挖进尺16-68米/月。投标价1.2万/米1.58万/米（2002年）。,山西引黄工程：围岩多为白云岩、灰岩、砂岩等，有地下水。,国内外工程实例,钻爆法和TBM法比较,以上对比可知，用TBM施工与用钻爆法施工相比，每延米工程费用不相上下。特别指出的是此处钻爆法是用于短隧洞，若用于长隧洞，费用会更高。此外TBM施工对工期提前所产生的巨大的经济效益和社

8、会效益更不容忽略。,斜井设计与施工,工程背景,以新街台格庙矿区（内蒙古自治区东胜煤田台格庙矿区）为实例，简要介绍煤矿斜井TBM施工原理及步骤。 东胜煤田位于鄂尔多斯市境内，地处鄂尔多斯高原的中南部，其总体地势呈北高南低，最高点位于普查区东北角的徐家梁上，海拔高程1453.2米；最大地形高差200米，一般海拔1300-1420米，相对高差120米，位置为东经1092300 1094346，北纬390300 392150；矿区为不规则多边形，面积735.16km。,斜井设计与施工,工程地质,矿区地层为层状结构，地质构造简单，基岩在区内没有出露，风化作用相对较弱，第四系松散层分布广泛，厚度较大，松散

9、。未来煤矿开采后，局部地段易发生顶板冒落及底板软化变形等矿山工程地址问题。 普查区主要可采煤层的顶底板岩石主要是砂质泥岩、粉砂岩，次为中细粒砂岩。 区域岩体成各向异性，力学强度变化大，煤层顶底板岩石的强度较低，以软弱岩石-半坚硬岩石为主，岩体的稳定性较差。,斜井设计与施工,机器选型,TBM选型,其他因素,支护种类,地应力,斜井尺寸,渗流场,岩石强度,斜井设计与施工,斜井通风,国内外研究和实践表明，解决长隧道机械化施工通风难题的根本途径，是设计科学、先进、合理的通风系统，配合高效的通风机械。,污染源,内燃机尾气,围岩瓦斯气体,粉尘和烟尘,施工需风量计算,风机供风量计算,系统需供风压计算,风机选型

10、,斜井设计与施工,防排水,斜井在施工过程中的洞内渗涌水及施工废水，拟采用强制抽排的方式。即收集顺坡汇集到掘进机尾位置的积水，采用高压水泵抽排至复合盾构机后配套的存储沉淀装置，进行初级水处理后，再泵送到地面。 由于斜井长达7.9km，排水系统需要满足750m扬程，7.9km的输送距离，采用单级泵输送难度过大，因此计划采用多级泵送的排水方案，及临时水箱串联+多级水仓泵站的强制排水方案。,斜井设计与施工,斜井支护,围岩工程 地质状况,支护类型,地应力大、围岩坚硬,地应力小、软弱围岩,预制混凝土管片衬砌,初期喷锚、二次模铸衬砌,斜井设计与施工,主机中心皮带机,废渣,后配套 皮带机,后配套转接皮带机,井口转渣皮带机,斜井内皮带机,斜井设计与施工,管片输送,斜井设计与施工,安全监控检测,地层变形,围岩应力监测,管片受力监测,外水压力监测,围岩温度监测,松动圈监测,采用全站仪及围岩收敛分析软件，进行施工期地