全断面隧洞掘进机施工法在引黄工程中的应用

全断面隧洞掘进机施工法在引黄工程中的应用

李继平

（山西省万家寨引黄工程管理局， 太原 030012）

摘 要：文中就万家寨引黄一期隧洞工程施工的全断面掘进机选型、掘进、衬砌、回填、灌浆、管片生产等方面技术做了全面阐述，总结了切实可行的经验，为国内同类型隧洞施工技术提供有益的借鉴。

关键词: 全断面隧洞掘进机； 施工； 技术； 应用 中图分类号：U455 文献标识码：B 1 万家寨引黄隧洞工程施工情况概述

万家寨引黄一期工程隧洞长度超过192 km，单洞长度达42.6 km,大部分处于覆盖深、地质条件复杂的区域，由于特殊地形地质条件的影响，工期紧,传统的钻爆法难以满足工程建设的需要。全断面掘进机（Tunnel Boring Machine，简称TBM）的施工具有快速、高效、安全可靠、施工质量好、成本低等优点，且集机械、电子、液压、激光、控制等技术为一体,实现了高度机械化和自动化,作为当前最先进的大型地下隧道开挖衬砌成套装备，得到了广泛应用。引黄工程先后集中使用了6台双护盾全断面掘进机（其中5台为美国罗宾斯公司制造，1台为法国NFM公司制造）用于工程建设，成为国内乃至世界使用全断面掘进机最集中的地方之一。全断面掘进机累计完成隧洞开挖及衬砌长度125km,占整个隧洞长度的65%。 2 TBM设备主要组成部分

TBM由主机和后配套系统组成。

主机由刀盘、刀头、主电机、传动系统、管片安装设备、超前钻探设备、操作室、超前支护设备等组成。

后配套系统由运输系统，支护系统，液压和控制系统，通风排尘系统，供电系统，排水系统，全装置，光导向系统（ZED系统）等组成。 3 TBM的选型及标定掘进直径的选定方法

从技术和经济两个角度来说，并非所有地质情况的工程都适宜掘进机的施工。因此，是否选用掘进机施工，选用何种类型的掘进机以及如何确定主要技术参数和进行系统配置，需考虑以下几个方面的问题。

1)地质因素分析：主要从工程的地质条件是否适宜掘进机和影响开挖效率的因素来加以考虑，分析有关地质资料。

2)掘进性能的要求：衡量掘进性能的指标主要为纯掘进速率、完好率、利用率和刀具

消耗等。

3)主要技术参数的选择：影响掘进机的耐久性和性能的主要关键零部件为：刀盘、刀具、刀盘轴承、刀盘驱动系统、主机体、推进系统和支撑系统等。

在引黄工程使用的双护盾全断面岩石掘进机中每台都结合各洞段的地质情况完成掘进机的选型。在长隧洞选线中，由于受技术、经济条件的制约，造成了对地质结构了解的局限性，常常在施工中遭遇未预见的地质灾害（如涌水、岩溶、瓦斯、断层破碎带、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等），造成掘进施工受阻或停工。在进行TBM选型时，应充分考虑以上可能碰到的不利情况。如用于南干7号洞北的全断面岩石掘进机由于要穿越煤系地层、膨胀岩及地下水洞段，该机就装有瓦斯报警装置、超挖装置、自动排水设备、超前钻探及超前预注浆设备等。一旦探头检测到瓦斯的含量超过安全含量，自动装置就会及时切断电源停止掘进，确保施工人员及设备的安全；同时该机还可适应膨胀岩洞段扩挖的要求等。各TBM的主要特性见表1

表1 TBM主要特性表

全断面岩石掘进机后配套设备主要由风、水、电供应和材料运输保障系统构成。据统计由于后配套系统的原因引起的掘进停工时间占总停工时间的比例较高，因此全断面岩石掘进机后配套技术及设备对保障全断面岩石掘进机的连续、均衡、高效运转至关重要。引黄工程后配套系统最长的达350m,其上安放有变压器、卷线机、压缩机、电器柜、除尘设备、灌浆机和液压动力设备及水泥浆拌和系统等，后配套系统和它上面的辅助设备都在设计和装配阶段进行了调整和改进，以适应在各种不同地质条件下掘进的需要。后配套系统带有用于双冲层的机车，在后配套系统尾部增加加利福尼亚道岔，以提高运输速度。 4 TBM标定掘进直径的选定

TBM标定掘进直径的选定内容见表2

表2 TBM标定掘进直径的选定

5施工方法

双护盾TBM在掘进过程中主要是由驱动电机带动刀盘旋转，刀盘的转动带动其上的滚动刀头切削岩石，其向前的推力来自TBM机头的夹盾与围岩的摩擦力及主推进油缸和机头尾部辅助推力缸对已安装管片的反力。通过出渣统及运输系统运出开挖料，并运进管片、豆砾石、水泥及各种施工材料；管片安装系统通过遥控安装管片，管片安装完毕后进行管片与

围岩之间豆砾石回填，并在机尾进行水泥灌浆。 5.1掘进

TBM的掘进是依靠安装在刀盘上的滚刀旋转挤压破碎围岩来进行的。每天开始掘进前专业技术人员都要对TBM掘进机进行技术检查，主要检查刀盘及其部件的完整性，检查激光导向系统及洞轴线的偏移情况，以便做出必要的调整，然后TBM启动工作。一般每隔2km对洞内基本导线进行检查。

在掘进的同时，渣料通过刀盘上的料斗传输到皮带上，渣车停放在加利福尼亚道岔上并通过液压装置移动，期间通过视频装置监视装渣情况，机车总是在渣车的最前面以改善其安全性和提高运输速度，机车由柴油发动机驱动，每列车由一个装水泥的车厢、九个渣车、一个豆 …… 此处隐藏：2263字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……