隧道掘进机技术

隧道掘进机技术隧道掘进机技术第一章隧道掘进机概述隧道掘进机是集机、光、电、液、传感、信息技术隧道掘进机是集机、光、电、液、传感、信息技术于一体的大型隧道施工机械，是隧道的工厂化作业，于一体的大型隧道施工机械，是隧道的工厂化作业，英文称做英文称做Tunnel Boring Machine，故又称为，故又称为“TBM”。与其它的隧道施工方法相比，掘进机施工法具有施与其它的隧道施工方法相比，掘进机施工法具有施工速度快，质量安全可靠，施工过程完全是工厂化工速度快，质量安全可靠，施工过程完全是工厂化流水作业，机械化、自动化程度高的特点，极大地流水作业，机械化、自动化程度高的特点，极大地改善了隧道施工条件和作业环境。改善了隧道施工条件和作业环境。1、隧道掘进机的起源：n隧道掘进技术是由早期的盾构（适用于软土层掘进的又称盾构）技术发展而来，是地下暗挖隧道的一种工程建设技术，是随着现代交通运输、地下工程、矿山开采、水利工程、市政建设以及电气通讯设施的发展而发展起来的。第一节第一节 隧道掘进机（盾构）隧道掘进机（盾构）的起源与发展的起源与发展n全断面隧道掘进机（TBM)问世已有180年的历史。1818年，英国布鲁诺（M.I.Brunel）在蛀虫钻孔的启示下，最早提出了用于施工地下隧道的掘进机的雏形及施工方法。1825年，他第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构修建了一条隧道。2、隧道掘进机的现状：n 随着隧道工程的不断增多，为适应不同条件下的施工要求和提高施工效率，隧道掘进机得以应用并不断地发展，除不断完善软土隧道掘进机（即盾构）及应用技术，又开发出能够适应岩石地层施工的岩石隧道掘进机及应用技术。n n 到目前为止，隧道掘进机已经发展到比较高的水平。全世界共生产各种类型的隧道掘进机约8000余台，并且在工程应用中获得了满意效果。n n最大直径15.2米，最小0.2米，目前有60%以上是土压平衡盾构n施工进度水平：根据不同类型的盾构，施工进度施工进度水平：根据不同类型的盾构，施工进度水平不同，最大进度的统计可能要算是英国西思水平不同，最大进度的统计可能要算是英国西思罗机场（罗机场（swot）2.91米的直径的泄洪隧道，最米的直径的泄洪隧道，最大施工日进度大施工日进度72米，平均日进度米，平均日进度50米；我国盾构米；我国盾构最高月进度为最高月进度为562米。米。n生产商：全世界有大约生产商：全世界有大约12个知名的掘进机个知名的掘进机生产厂商。如，生产厂商。如，Herrenknecht，Wirth-NFM，Lovat，Robins，KAWASAKI，MITSUBISHI，KOMATSU，HITASHI等等。等等。3、隧道掘进机的发展：、隧道掘进机的发展：n随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于软土层的地铁、隧道、市政管道等工程用于软土层的地铁、隧道、市政管道等工程领域。为适应不同工程的需要，盾构机的形领域。为适应不同工程的需要，盾构机的形式也越来越多，目前，已生产了断面为圆形、式也越来越多，目前，已生产了断面为圆形、矩形、双圆、三圆、球型盾构、子母盾构等，矩形、双圆、三圆、球型盾构、子母盾构等，尺寸也从直径尺寸也从直径200mm到到18 m.第二节第二节 隧道掘进机的分类隧道掘进机的分类 1、隧道掘进机的分类、隧道掘进机的分类 根据隧道掘进机的结构特点及适应的地质情根据隧道掘进机的结构特点及适应的地质情况可分为：开敞式隧道掘进机、半开敞式况可分为：开敞式隧道掘进机、半开敞式掘进机、闭式掘进机掘进机、闭式掘进机隧道掘进机-TBM类型开敞式掘进机开敞式掘进机开敞式掘进机开敞式掘进机（硬岩掘进机）（硬岩掘进机）（硬岩掘进机）（硬岩掘进机）半开敞式掘进机半开敞式掘进机半开敞式掘进机半开敞式掘进机（双护盾式掘进机）（双护盾式掘进机）（双护盾式掘进机）（双护盾式掘进机）闭式掘进机闭式掘进机闭式掘进机闭式掘进机 （盾构）（盾构）（盾构）（盾构）2、盾构的分类、盾构的分类盾构按适应地质情况分类盾构按适应地质情况分类盾构按结构形式分类盾构按结构形式分类盾构按适应地质情况分类盾构按适应地质情况分类手挖式盲式机械式半机械式土压平衡式泥水平衡式气垫泥水平衡式复合刀盘式岩层盾构盾构按结构盾构按结构形式分类形式分类球铰盾构球铰盾构方形盾构方形盾构顶管顶管子子母母盾盾构构双双圆圆盾盾构构异形盾构异形盾构三圆盾构三圆盾构四圆盾构四圆盾构盾构按结构形式分类盾构按结构形式分类 3、盾构选型依据：盾构选型依据：隧道穿越地层的组成和参数（地质情况）隧道穿越地层的组成和参数（地质情况）是盾构选型设计及盾构施工需要考虑的重是盾构选型设计及盾构施工需要考虑的重要因素。要因素。盾构选型盾构选型型号：型号：EPB6280开挖直径：开挖直径：6.28米米掘进速度：掘进速度：80mm/min最大工作压力：最大工作压力：3bar管片内径：管片内径：5400mm 已施工项目：已施工项目：广州地铁越三三元里区间隧道广州地铁越三三元里区间隧道 深圳地铁一期深圳地铁一期4号线号线2B标盾构隧道标盾构隧道 广州地铁大石汉溪区间隧道广州地铁大石汉溪区间隧道 广州大学城盾构隧道广州大学城盾构隧道最高月进度：最高月进度：562.5米（广州大汉）米（广州大汉）第二章土压平衡盾构第二章土压平衡盾构第一节 土压平衡盾构工作原理地下水压地下水压地下水压地下水压 +土压土压土压土压 =土仓压力土仓压力土仓压力土仓压力影像影像土压平衡盾构土仓压力控制因素 土仓压力控制因素图土仓压力控制因素图增大增大/减小推进速度减小推进速度增大增大/减小螺旋输送机排放速度减小螺旋输送机排放速度地下水地下水 压压 土压土压影像影像土压平衡盾构土压平衡盾构第二节第二节 土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构1、按盾构的结构特点可分为：主机和后配套两大部分。、按盾构的结构特点可分为：主机和后配套两大部分。n主机：刀盘、主轴承、螺旋输送机、前体、中体、盾尾、主机：刀盘、主轴承、螺旋输送机、前体、中体、盾尾、管片安装机等几大部分。管片安装机等几大部分。n后配套：连接桥、后配套拖车及辅助设备。后配套：连接桥、后配套拖车及辅助设备。EPBEPB总体结构图总体结构图EPB主机结构图1、刀盘、刀盘2、前 体前 体3、中体4、盾尾、盾尾 盾尾剖视图盾尾剖视图 n n盾尾密封 n n同步注浆孔 5、人员舱、人员舱6、螺旋输送机、螺旋输送机 7、管片安装机、管片安装机 8、后配套 n n连接桥n n1号拖车及其附属设备n n2号拖车及其辅属设备n n3号拖车及其附属设备n n4号拖车及其辅属设备 按盾构的功能特点可分为：按盾构的功能特点可分为：主驱动系统、推进系统、出渣系统（螺旋输送机、皮带机）主驱动系统、推进系统、出渣系统（螺旋输送机、皮带机）、管片运输及安装系统、注浆系统、注脂系统（脂润滑系、管片运输及安装系统、注浆系统、注脂系统（脂润滑系统、盾尾密封系统）、渣土改良系统（泡沫系统、膨润土统、盾尾密封系统）、渣土改良系统（泡沫系统、膨润土添加系统）、供电系统、水循环系统、压缩空气系统、二添加系统）、供电系统、水循环系统、压缩空气系统、二次通风系统、导向系统、控制系统、其它辅助系统（超挖次通风系统、导向系统、控制系统、其它辅助系统（超挖刀系统、整圆器、稳定器）刀系统、整圆器、稳定器）第三节第三节 土压平衡盾构系统组成土压平衡盾构系统组成1、主驱动系统、主驱动系统主要作用：主要作用：n实现刀盘的旋转实现刀盘的旋转n实现刀盘的转向调整实现刀盘的转向调整n实现刀盘的转速调整实现刀盘的转速调整 传动小齿轮 油脂 刀头支座 盾构主体 刀盘室（泥水）刀盘驱动电动机 轴承箱 主轴承 刀盘 主密封件 油脂 冲洗管路 主轴承及密封主轴承及密封主轴承及密封主轴承及密封2、推进系统、推进系统主要作用：n n实现主机的向前推进n n实现掘进速度的调整n n实现盾构方向的调整下 部 上 部左 部 右 部3、出渣系统、出渣系统n n主要作用：主要作用：n n实现渣土的排泄实现渣土的排泄n n实现出渣速度的调整实现出渣速度的调整4、管片运输及安装系统、管片运输及安装系统n主要作用：主要作用：n实现管片的卸载及搬运实现管片的卸载及搬运n实现管片的输送实现管片的输送n实现管片的安装实现管片的安装5、注浆系统、注浆系统n n主要作用：n n实现砂浆的储存及搅拌n n实现管片背部注浆n n实现注浆的压力及速度调整6、注脂系统、注脂系统n主要作用：主要作用：n实现主轴承的密封润滑实现主轴承的密封润滑n实现螺旋输送机轴承密封润滑实现螺旋输送机轴承密封润滑n实现盾尾密封的注脂实现盾尾密封的注脂7、渣土改良系统、渣土改良系统n n主要作用：n n实现土仓内渣土的改良泡沫系统原理图12345671012981311盾构主机盾构主机1.控制面板控制面板 2.水箱水箱3.变量泵变量泵4.泡沫箱泡沫箱 5.泡沫泵泡沫泵6.混合器混合器 7.注入泵注入泵8.压缩空气压缩空气9.流量计流量计10.混合器混合器11.泡沫发生器泡沫发生器12.主控制面板主控制面板 13.流量计流量计8、供电系统、供电系统n n主要作用：n n实现主电缆的延伸n n实现盾构各系统的供配电n n实现应急照明及供电9、水循环系统、水循环系统n n主要作用：n n实现主供排水管路的延伸n n实现盾构各系统的冷却n n实现盾构各系统的供水10、压缩空气系统、压缩空气系统n n主要作用：n n实现盾构各气动元件的供气n n实现人仓内人呼吸用供气11、二次通风系统、二次通风系统n n主要作用：n n实现隧道通风管的延伸n n实现盾构施工时隧道内的二次通风12、导向系统、导向系统SLTn主要作用：主要作用：n实现盾构方向的监控（水平倾角、竖直倾角、滚动）实现盾构方向的监控（水平倾角、竖直倾角、滚动）LASERTarget Board 2Target Board 113、控制系统、控制系统n主要作用：主要作用：n实现盾构各系统的联动及连锁实现盾构各系统的联动及连锁n实现盾构各系统的数据采集与处理实现盾构各系统的数据采集与处理n实现盾构各系统参数的调整与控制实现盾构各系统参数的调整与控制14、其它辅助系统、其它辅助系统n主要作用：主要作用：n实现盾构施工其它功能需要实现盾构施工其它功能需要 广州大汉贯通广州大汉贯通上海西延伸线贯通上海西延伸线贯通南京许玄贯通南京许玄贯通广州越三贯通广州越三贯通城陵矶长江隧道贯通城陵矶长江隧道贯通