全断面岩石掘进机书1(3)

洞混凝土预制块衬砌、密封、灌浆的方法。

采用不同的支护方法应配臵相应不同的设备,如:锚干机、钢拱架安装机、混凝土管片安装机、喷混凝土机、混凝土灌浆机、化学注浆泵、冰冻机等。

上述掘进、出渣、导向、支护四个基本功能中掘进、出渣、导向这三个功能贯穿在掘进机掘进全过程中,支护功能只是在必要时才使用。全断面岩石掘进机具体的机构和动作原理将分别在第二、第三节中介绍。 1.3.2 全断面岩石掘进机的施工优点

全断面岩石掘进机作为一种长隧洞快速施工的先进设备其在隧洞施工中的主要优点是快速、优质、安全、经济。 a. 快速

掘进机施工的核心优点是掘进速度快。其开挖速度一般是钻爆法的3-5倍。 掘进机的掘进速度首先取决于设计。目前全断面岩石掘进机设计的最高掘进速度已达6m/h，理论最高月进尺可达4320m。实际月进尺还取决于二个因素:一是岩石破碎的难易程度决定的实际发生的每小时进尺，二是反映管理水平的掘进机作业率。根据不同的岩质和管理水平,我们可以预测掘进机月进尺，见表1。

表1 掘进机设计月进尺表 每小时实际 各种作业率时的月进尺 （m/月） 岩石种类 进尺(m/h) 30% 40% 50% 60% 70% 韧性片麻岩 1 216 288 360 432 504 片麻岩 1.5 324 432 540 648 756 花岗岩 2 432 576 720 864 1008 石灰岩砂岩 3 648 864 1080 1296 1512 粉砂岩 5 1080 1440 1800 2160 2520 页岩 6 1296 1728 2160 2592 3024 目前,掘进机的管理水平一般可使作业率达到50%。在花岗片麻岩中,月进尺可达500-600m/月，在石灰岩、砂岩月进尺可达1000m/月，粉砂岩中月进尺可达1500－1800m/月。这样的月掘进速度已经在掘进机施工的秦岭隧洞、蘑沟岭隧洞、桃花铺隧洞、引大入秦隧洞、引黄入晋隧洞中实现。这样的掘进速度是钻爆法所望尘莫及的。但是,这样的速度还不是最高的,只要进一步提高管理水平,还有可能创造更高的月掘进进尺。 b. 优质

掘进机开挖的隧洞由于是刀具挤压和切割洞壁岩石,所以洞壁光滑美观。 掘进机开挖隧洞的洞壁糙率一般为0.019，比钻爆法的光面爆破的糙率还小17%。

开挖的洞径尺寸精确、误差小,可以控制在 ? 2cm范围内。

开挖隧洞的洞线与预期洞线误差也小,可以控制在 ? 5cm范围内。 c. 安全

掘进机开挖隧洞对洞壁外的围岩扰动少,影响范围一般小于50cm,容易保持

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原围岩的稳定性.得到安全的边界环境。

掘进机自身带有局部或整体护盾使人员可以在护盾下工作。有利于保护人员安全。

掘进机配臵有一系列的支护设备,在不良地质处可及时支护以保安全。 由于掘进机是机械能破岩,没有钻爆法的炸药等化学物质的爆炸和污染。 采用电视监控和通讯系统，操作自动化程度高,作业人员少,便于安全管理。 d. 经济

目前我国使用掘进机,若只核算纯开挖成本是会高于钻爆法的。但掘进机成洞的综合成本可与钻爆法比较，其经济性主要表现在成洞的综合成本上。由于采用掘进机施工,使单头掘进20km隧洞成为可能。可以改变钻爆法长洞短打、直洞折打的费时费钱的施工方法,代之以聚短为长、裁弯取直从而省时省钱。掘进机施工洞径尺寸精确，对洞壁影响小,可以不衬砌或减少衬砌从而降低衬砌成本。掘进机的作业面少、作业人员少，人员的费用少。掘进机的掘进速度快,提早成洞,可提早得益。这些理由,促使掘进机施工的综合成本降低到可与钻爆法竞争。

掘进机开挖隧洞的经济性只有在开挖长隧洞,尤其是长度超过3km时才能体现。

掘进机的上述四大优点：快速、优质、安全、经济中核心优点是：快速。 1.3.3 全断面岩石掘进机的弱点

作为隧洞快速施工的设备全断面掘进机也有它的适用范围和局限性,在选用时应加以考虑:

a. 全断面岩石掘进机设备的一次性投资成本较高。现在国际市场上敞开式全断面掘进机的价格是每米直径100万美元,双护盾掘进机每米直径120万美元。若国外掘进机在国内制造,结构件是国内生产,则敞开式掘进机的价格是每米直径70万美元,双护盾掘进机每米直径85万美元,为国际市场价格的70%。一台?10m的全断面掘进机主机加后配套设备价格要上亿元人民币。因此,作为全断面岩石掘进机的施工承包商一定要具有足够的经济实力。

b. 全断面岩石掘进机的设计制造需要一定的周期,一般需要9个月。这还不包 括运输和洞口安装调试时间。因此,从确定选用掘进机到实际能使用上掘进机需预留11-12个月的时间。

c. 全断面岩石掘进机一次施工只适用于同一个直径的隧洞。虽然掘进机的动力 推力等的配臵可以使其适用于某一段直径范围,但结构件的尺寸改动是需要一定的时间和满足一定的规范。一般只在完成一个隧洞工程后,更换工程时才实施。 d. 全断面岩石掘进机对地质比较敏感,不同的地质应需要不同种类的掘进机并配臵相应的设施。

综上所述, 全断面岩石掘进机适合于长隧洞的施工。 1.3.4 全断面岩石掘进机快速施工的三要素

全断面岩石掘进机是长隧洞快速施工的必要条件但不是充分条件，要实现长隧洞使用全断面岩石掘进机快速施工的三个要素是：

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a. 明确的地质及其必要的预处理。

b. 合理的掘进机型及其完善的配套系统。

c. 有经验的施工队伍及适合全断面掘进机施工的科学管理。

以上可以简化归纳为：地质、掘进机系统、施工队伍和管理系统三要素。这是全断面掘进机有效地快速施工的三个要素，三者缺一不可。因此必需培养或配臵既懂地质、又懂掘进机系统、还善于管理的复合型人才。

第二节 全断面岩石掘进机的构造

本文主要介绍国内使用的三种类型全断面岩石掘进机：单T型支撑掘进机、双X型支撑掘进机、双护盾掘进机。全断面岩石掘进机的第一代产品都是单（T型）支撑结构的。由于单支撑型掘进机的头部较重，而且都由洞底承受，容易造成头部下陷的缺点。所以逐步改进发展到第二代产品：双（X型）支撑。又由于掘进机在软岩地层中，无论单（T型）支撑或双（X型）支撑都无法在洞壁中撑牢，因而引入了盾构—靠支撑管片用以掘进的技术。即发展成第三代产品：双护盾掘进机。因此这三类掘进机在构造上有许多相似之处，也有一些不同的地方。本文将相同的部分一起介绍，不同的部分再分三类掘进机分别介绍。

全断面岩石掘进机是一个集机、电、液、气、光为一体的高科技的复杂的机械。为了实现开挖、出渣、成洞等一整套功能，全断面掘进机的构造可以分成结构、机构和系统三个部分。

详见图3 单T型支撑掘进机总图 图4 双X型支撑掘进机总图 图5 双护盾掘进机总图 刀盘

刀盘支承 敞开式、双护盾式共有 司机室

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顶护盾

侧护盾 单T型支撑 下支承 共有 主梁 双X型支撑 结构件 （敞开式） 后支撑座 单T型支撑 水平支撑座

双X型支撑 前X型支撑座（前外嵌） 后X型支撑座（后外嵌） 前护盾 （双护盾） 伸缩套 后护盾 尾护盾

机 构 刀具

大轴承及其密封

稳定刀盘装臵 敞开式、双护盾式共有

调向机构

推进缸

单T型支撑 水平支撑

浮动支撑

推进机构 前推进缸

后推进缸 （敞开式） 双X型支撑 前X型支撑 X型支撑 后X型支撑 后支撑 单T型支撑、双X型支撑共有 V型推进缸 （双护盾） 水平支撑 辅助推进缸

刀盘驱动系统 电气系统 出渣系统 定位导向系统 润滑系统 信息处理系统 系 统 液压系统 地质预测系统 水系统 支护衬砌系统 空气系统 吊运系统 除尘系统

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