隧道工程-第10章學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1隧道隧道(sudo)工程工程-第第10章章第一頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第2頁/共69頁第二頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第3頁/共69頁第三頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第4頁/共69頁第四頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第5頁/共69頁第五頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù) 鑒于學(xué)術(shù)及現(xiàn)實(shí)中稱法混亂，造成許多麻煩，有些學(xué)者提出采用“硬巖TBM”和“軟巖TBM（也即盾構(gòu)機(jī)）”兩種來規(guī)范。第6頁/共69頁第六頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第7頁/

2、共69頁第七頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第8頁/共69頁第八頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù) 1846年TBM由意大利人Maus發(fā)明。 1851年美國人威爾遜開發(fā)了一臺TBM，在花崗巖中試用未獲 成功。 1881年波蒙特開發(fā)了壓氣式TBM，成功應(yīng)用于英吉利海峽隧 道直徑為2.1m的勘探導(dǎo)坑。 1952年美國羅賓斯公司研制了現(xiàn)代意義(yy)上的第1臺軟巖TBM。 1956年美國羅賓斯公司又研制成功中硬巖TBM。 從此，TBM 進(jìn)入快速發(fā)展時期。10.1.4 10.1.4 掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展第9頁/共69頁第九頁，共69頁。第10章

3、 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù) 近年來，國外采用掘進(jìn)機(jī)完成的大型隧道有： (1) 英法海底鐵路隧道單洞長約50km，使用11臺掘進(jìn)機(jī)，工期(gngq) 三年多時間； (2) 瑞士費(fèi)爾艾那隧道長19km，其中約9.5km采用掘進(jìn)機(jī)施工； (3) 瑞士穿越阿爾卑斯山新圣哥達(dá)鐵路隧道長達(dá)57km； (4) 美國芝加哥TARP工程排水隧道大約40多km，全部采用 掘進(jìn)機(jī)施工。第10頁/共69頁第十頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第11頁/共69頁第十一頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù) 開挖直徑范圍為1.8-11.87m； 可在抗壓強(qiáng)度360MPa的巖體中掘

4、進(jìn)80-100m2大斷面隧道， 平均掘進(jìn)速度350-400m/月； 能開挖45的斜井； 盤形滾刀的最大直徑達(dá)483mm，其承載能力達(dá)312kN；刀具 的壽命(shumng)達(dá)300500m； 單臺掘進(jìn)機(jī)的最大總進(jìn)尺已超過40km。第12頁/共69頁第十二頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù) 美 國：羅賓斯(obbins)公司(n s)(已歸屬阿特拉斯公司(n s) 佳瓦(Jarva)公司(n s) 德 國：維爾特(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頁/共69頁第十三頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)10.2 掘進(jìn)機(jī)的類型(lixng)與構(gòu)造隧道掘進(jìn)機(jī)(巖石)全斷面掘進(jìn)機(jī)開敞式懸臂式掘進(jìn)機(jī)護(hù)盾式單臂式多臂式單撐靴式雙撐靴式單護(hù)盾式雙護(hù)盾式 掘進(jìn)機(jī)的類型掘進(jìn)機(jī)的類型(lixng)(lixng)第14頁/共69頁第十四頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)10.2.1 10.2.1 全斷面全斷面(dun (dun min)min)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī) 適合于

6、軟巖隧道； 頂推反力利用(lyng)尾部安裝的襯砌管片。 適合于硬巖隧道； 頂推反力與刀盤扭矩力依靠圍巖堅(jiān)硬壁面提供；(1) 開敞式掘進(jìn)機(jī)(2) 護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)第15頁/共69頁第十五頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)開敞開敞(ki chn)式隧道掘進(jìn)機(jī)式隧道掘進(jìn)機(jī)第16頁/共69頁第十六頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)中鐵隧道局研發(fā)中鐵隧道局研發(fā)(yn f)的開敞式隧道掘的開敞式隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)機(jī)型型 號：號：TB880E開開 挖挖 直直 徑：徑：8.8米米掘掘 進(jìn)進(jìn) 速速 度：度：3.5m/h西康鐵路秦嶺隧道西康鐵路秦嶺隧道西安西安-南京南京(nn jn

7、)線磨溝線磨溝嶺隧道嶺隧道 最高月進(jìn)度：最高月進(jìn)度：574米（磨溝嶺隧道）米（磨溝嶺隧道） 最高日進(jìn)度：最高日進(jìn)度：41.3米（磨溝嶺隧道）米（磨溝嶺隧道）第17頁/共69頁第十七頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)開敞開敞(ki chn)式式隧道掘進(jìn)機(jī)隧道掘進(jìn)機(jī)第18頁/共69頁第十八頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)開敞開敞(ki chn)式隧道掘進(jìn)機(jī)式隧道掘進(jìn)機(jī)第19頁/共69頁第十九頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)開敞開敞(ki chn)式隧式隧道掘進(jìn)機(jī)道掘進(jìn)機(jī)第20頁/共69頁第二十頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(k

8、i w)技術(shù)開敞開敞(ki chn)式隧道掘進(jìn)機(jī)式隧道掘進(jìn)機(jī)第21頁/共69頁第二十一頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)開敞開敞(ki chn)式隧式隧道掘進(jìn)機(jī)道掘進(jìn)機(jī)第22頁/共69頁第二十二頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)開敞開敞(ki chn)式式隧道掘進(jìn)機(jī)隧道掘進(jìn)機(jī)第23頁/共69頁第二十三頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)開敞開敞(ki chn)式式隧道掘進(jìn)機(jī)隧道掘進(jìn)機(jī)第24頁/共69頁第二十四頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)開敞開敞(ki chn)式掘進(jìn)機(jī)模型式掘進(jìn)機(jī)模型第25頁/共69頁第二十五頁

9、，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)護(hù)盾式隧道護(hù)盾式隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī)第26頁/共69頁第二十六頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)10.2.1.1 10.2.1.1 開敞開敞(ki (ki chn)chn)式掘進(jìn)機(jī)式掘進(jìn)機(jī)圖10-2 單水平支撐掘進(jìn)機(jī)示意圖1.掘進(jìn)刀盤；2.拱頂護(hù)盾；3.驅(qū)動組件；4.主梁；5.出碴輸送機(jī)；6.后下支撐；7.撐靴；8.推進(jìn)千斤頂；9.側(cè)護(hù)盾；10.下支撐；11.刀盤支撐1111098234765開敞(ki chn)式掘進(jìn)機(jī)基本有兩種型式：單撐靴式、雙撐靴式。第27頁/共69頁第二十七頁，共69頁。.掘進(jìn)刀盤；2.頂護(hù)

10、盾；3.軸承外殼；4、前水平撐靴；5.后水平撐靴；6.齒輪箱；7.出碴輸送機(jī)；8.驅(qū)動電機(jī)；9.星形變速箱；10.后下支撐；11.扭矩筒；12.推進(jìn)千斤頂；13.主機(jī)架；14.前下支撐(仰拱括板)圖10-3 雙水平支撐掘進(jìn)機(jī)示意圖1413121112435910867第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第28頁/共69頁第二十八頁，共69頁。10.2.1.1 開敞(ki chn)式掘進(jìn)機(jī)構(gòu)造(1)刀 盤第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)主要構(gòu)造：刀盤；控制系統(tǒng)，支撐和推進(jìn)系統(tǒng)；后部配套設(shè)備。第29頁/共69頁第二十九頁，共69頁。21鏟斗；2.中心刀；3.擴(kuò)孔邊；4.擴(kuò)孔刮碴器；5.

11、面刀；6.鏟齒；7.邊刀圖10-5 掘進(jìn)機(jī)刀盤示意圖34567第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第30頁/共69頁第三十頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第31頁/共69頁第三十一頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第32頁/共69頁第三十二頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第33頁/共69頁第三十三頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第34頁/共69頁第三十四頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第35頁/共69頁第三十五頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第36頁/共69頁第

12、三十六頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù) 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頁/共69頁第三十七頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第38頁/共69頁第三十八頁，共69頁。第1

13、0章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)(2)刀具的力學(xué)(l xu)特性第39頁/共69頁第三十九頁，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)(3)滾刀(n do)數(shù)量的確定 切削刀盤上滾刀平面布置是根據(jù)滾刀類型(lixng)和合理刀間距確定的。在一定間距下，刀盤直徑與滾刀數(shù)量間的關(guān)系可以從右圖中查驗(yàn)。 第40頁/共69頁第四十頁，共69頁。(4)支撐(zh chng)和推進(jìn)系統(tǒng)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)單撐靴式雙撐靴式圖10-4 掘進(jìn)機(jī)撐靴型式推力千斤頂單撐靴型雙撐靴型撐靴推力千斤頂X型配置T型配置撐靴主梁第41頁/共69頁第四十一頁，共69頁。(5) 驅(qū)動(q dn)系

14、統(tǒng)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù) 刀盤驅(qū)動(q dn)方式有兩大類：電動和液壓。 電動又分單速電機(jī)、雙速電機(jī)和調(diào)頻電機(jī)。 液壓系統(tǒng) 供電系統(tǒng) 運(yùn)輸系統(tǒng) 通風(fēng)系統(tǒng) 降溫、防塵、供水及安全系統(tǒng) 隧道支護(hù)設(shè)備系統(tǒng) 其它輔助設(shè)施(6) 后配套設(shè)備第42頁/共69頁第四十二頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)TBM組裝(z zhun)圖第43頁/共69頁第四十三頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)TBM組裝(z zhun)圖第44頁/共69頁第四十四頁，共69頁。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)TBM組裝(z zhun)圖第45頁/共69頁第四十五頁

15、，共69頁。第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)TBM組裝(z zhun)圖第46頁/共69頁第四十六頁，共69頁。(1) 單護(hù)盾TBM常用于劣質(zhì)地層。(2) 雙護(hù)盾TBM適用于各種地質(zhì)，既適應(yīng)(shyng)軟巖，也適應(yīng)(shyng)硬 巖或軟硬巖交互地層。 對比：單護(hù)盾TBM推進(jìn)時，要利用管片作為支撐，與雙護(hù)盾TBM相比，掘進(jìn)與安裝管片兩者不能同時進(jìn)行，速度較慢。10.2.1.2 護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第47頁/共69頁第四十七頁，共69頁。圖10-7 單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)示意圖掘進(jìn)刀盤；2.護(hù)盾；3.驅(qū)動組件；4.推進(jìn)千斤頂；5.管片安裝機(jī)；6.超前鉆機(jī)；7.出碴

16、輸送機(jī)；8.拼裝好的管片；9.提升機(jī)；10.鉸接千斤頂；11.主軸承、大齒圈；12.刀盤支撐121110123459867第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第48頁/共69頁第四十八頁，共69頁。掘進(jìn)刀盤；2.前護(hù)盾；3.驅(qū)動組件；4.推進(jìn)油缸；5.鉸接油缸；6.撐靴護(hù)盾；7.尾護(hù)盾；8.出碴輸送機(jī)；9.拼裝好的管片；10.管片安裝機(jī)；11.輔助推進(jìn)靴；12.水平撐靴；13.伸縮護(hù)盾；14.主軸承大齒圈；15.刀盤支撐1514123圖10-8 雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)示意圖134101211546798第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第49頁/共69頁第四十九頁，共69頁。10.2.2 10

17、.2.2 臂式掘進(jìn)機(jī)臂式掘進(jìn)機(jī)第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第50頁/共69頁第五十頁，共69頁。 可以適應(yīng)任意形狀的斷面； 對地質(zhì)條件的要求較低，適合軟巖及中硬巖隧道的掘進(jìn)； 連續(xù)掘進(jìn)，支護(hù)可實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)(pngxng zuy) 基本投資費(fèi)用少，約為全斷面掘進(jìn)機(jī)的15%左右。 中短隧道施工更為適用。壁式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)(tdin)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第51頁/共69頁第五十一頁，共69頁。 臂式掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)與支護(hù)平行作業(yè)示意圖 第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第52頁/共69頁第五十二頁，共69頁。 臂式掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)作業(yè)示意圖 第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開

18、挖(ki w)技術(shù)第53頁/共69頁第五十三頁，共69頁。重型(zhngxng)隧道掘進(jìn)機(jī)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第54頁/共69頁第五十四頁，共69頁。 臂 式 掘 進(jìn) 機(jī) 切 削(qixio)頭 第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第55頁/共69頁第五十五頁，共69頁。10.3 掘進(jìn)機(jī)施工(sh gng)10.3.1 10.3.1 破巖機(jī)理破巖機(jī)理(j (j l)l)巖石龜裂紋圖10-11 掘進(jìn)機(jī)切削巖石機(jī)理示意圖相鄰刀具產(chǎn)生的粉碎巖石粒切削石碴滾刀粉碎巖石粒1.機(jī)理第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第56頁/共69頁第五十六頁，共69頁。2.影響(yngxing)因素第1

19、0章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)第57頁/共69頁第五十七頁，共69頁。10.3.2 10.3.2 掘進(jìn)掘進(jìn)(jujn)(jujn)作業(yè)作業(yè)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖(ki w)技術(shù)前下支撐水平撐靴后下支撐水平撐靴后下支撐前下支撐前下支撐水平撐靴后下支撐 開敞式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)(zuy)循環(huán) 第58頁/共69頁第五十八頁，共69頁。10.3.3 10.3.3 施工施工(sh (sh gng)gng)管理管理1.保證(bozhng)有效作業(yè)時間 將整個有效的作業(yè)時間作為凈掘進(jìn)時間是不可能的，因?yàn)椋骸Ｔ谝话愕刭|(zhì)條件下，掘進(jìn)機(jī)凈掘進(jìn)時間在50%左右是較為理想的。 例如，某掘進(jìn)機(jī)工點(diǎn)作業(yè)時間分配為：重新支

20、撐3.2%、刀具更換13.8%、檢修5.5%、后配套檢修6.6%、支護(hù)1.7%、工地延誤3.8%、其它11.1%、掘進(jìn)54.3%。第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第59頁/共69頁第五十九頁，共69頁。2.提高(t go)設(shè)備完好率3.合理(hl)選用刀具參數(shù)4.保證(bozhng)配件供應(yīng)5.管理人員對掘進(jìn)方向的地質(zhì)情況應(yīng)有足夠的了解6.提高隧道控制測量和施工測量的精度7.應(yīng)建立專門的供電機(jī)構(gòu)，確保供電質(zhì)量8.精心設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌安排，嚴(yán)格施工第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第60頁/共69頁第六十頁，共69頁。10.4 與掘進(jìn)機(jī)施工配套(pi to)的支護(hù)型式襯砌結(jié)構(gòu)(jigu)的組成第10章 隧道掘進(jìn)

21、機(jī)開挖技術(shù)第61頁/共69頁第六十一頁，共69頁。10.4.1 10.4.1 管片管片(un (un pin)pin)襯砌襯砌圖10-13 全周預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌示意圖仰拱塊管片厚度標(biāo)準(zhǔn)塊注漿充填TBM開挖斷面相鄰塊封頂塊1. 構(gòu)成(guchng)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第62頁/共69頁第六十二頁，共69頁。10.4.1 10.4.1 管片管片(un pin)(un pin)襯砌襯砌2. 特點(diǎn)(tdin)第10章 隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第63頁/共69頁第六十三頁，共69頁。10.4.2 10.4.2 復(fù)合式襯砌復(fù)合式襯砌圖10-14 復(fù)合式襯砌示意圖預(yù)制仰拱塊模注混凝土襯砌1. 構(gòu)造(guzo)第10章 隧道(sudo)掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)第64頁/共69頁第六十四頁，共69頁。10.4.3 10.4