高磨蚀性硬岩地段敞开式TBM掘进参数优化和适应性研究

发布时间：2019-07-31 17:35

【摘要】：通过论述敞开式TBM的施工特点,结合敞开式TBM在引汉济渭工程秦岭隧洞高磨蚀性硬岩地段施工的具体情况,详细陈述敞开式TBM在隧洞掘进过程中遇到的典型问题及现场采取的施工措施,对TBM在高磨蚀性硬岩地段掘进中掘进速度的影响因素和敞开式TBM适应能力进行分析。结果表明,在高磨蚀性硬岩地段,TBM掘进参数拟定宜采用高转速、低贯入度、高推力、低扭矩的"两高两低"模式。研究成果为引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程后续掘进施工提供了掘进施工依据,且对实现TBM快速掘进提出了具体建议。
【图文】：

围岩分类提供了数值基础，但对确切的掘进参数未提出更进一步的说明。鉴于此，本文以引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段岭南工程为依托，对TBM在高磨蚀性硬岩地段掘进中的参数进行分析与评价，探寻合适的掘进参数，以提高掘进速度。引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段岭南工程是针对关中地区缺水问题提出的省内南水北调工程的骨干调水线路，工程位于陕西省宁陕县四亩地镇境内，全长18.275km，设计流量70m3/s，多年平均输水量15.0亿m3，隧洞平均坡降为1/2500，采用一台罗宾斯公司提供的鐖8.02m全新敞开式隧道掘进机施工。图1岭南TBM施工段隧洞涌水量平面示意工程位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地形起伏。高程范围1050～2420m，洞室最大埋深约2000m。工程范围内主要涉及地层为下元古界长角坝岩群黑龙潭岩组石英岩、印支期花岗岩、华力西期闪长岩以及断层碎裂岩、糜棱岩。掘进段穿越的石英岩、花岗岩及闪长岩约占围岩总量的75%以上，高强度岩石含量较高，属于高磨蚀性硬岩地段，，对于TBM掘进提出了更高的要求。1地质适应性分析1.1高石英含量硬岩掘进引汉济渭工程掘进穿越岩石以石英岩(4%)、花岗岩(约占75%)和闪长岩(20%)为主，石英含量高(石英岩最高达97%、花岗岩最高达30%、闪长岩最高达18%)，岩石强度高(花岗岩最高达242MPa)，完整性好。在高硬度、完整性好的混合片麻岩地段岩体掘进时，存在的主要难点是:掘进推力大，贯入度小，刀具磨损及异常损坏严重，掘进效率低下。若刀盘整体强度和刚度不能满足要求，则容易出现刀盘面板开裂，一旦刀盘开裂，在洞内进行焊接修复，由于受条件和环境等限制，修复质量将难以保证，势必造成推力无法充分发挥，从而使掘进效率大幅降低。因此，减少刀盘保养时间，降低换刀频率，实现在高抗

高磨蚀性硬岩地段敞开式TBM掘进参数优化和适应性研究

.5%，岩爆防治将成施工组织常态，而敞开式TBM从护盾至L2喷混凝土区域约50m段不具备在设备上安装防护棚条件，因此在防治岩爆工作上出现一定程度的不适应性。2设备适应性分析引汉济渭秦岭隧洞工程施工所用敞开式TBM(MB266－395)为美国ＲOBBINS设计制造，开挖直径为鐖8050mm/鐖8020mm(刀具磨损到极限)，分为主机、设备桥和后配套三大部分，主机系统主要由带刀具的刀盘、刀盘驱动和推进系统组成。根据岩性不同可选择配置临时支护设备如钢架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装机、超前机、喷混凝土机及注浆机，其主要结构如图2所示。图2敞开式掘进机结构自试掘进伊始，受地质情况影响，刀盘、推进系统等设备问题频发，在现行地质构造基础上，TBM表现出一定的不适应性，主要有以下几个方面。2.1TBM设备刀间距布置不合理本台TBM设备配置刀具51把，面刀刀间距为82.3mm(见表1)。掘进以来，掘进速度1.2m/h，平均贯入度为4mm/r，破岩效率低下，多方人士认为在本工程地质条件下(240MPa)刀间距设置偏大，影响破岩效率，并会导致刀具消耗增大。2.2TBM推力问题本台TBM液压系统设计压力为34.5MPa，推进系统推力共21000kN，刀盘刀具设计参数刀盘承受压力为31.18MPa，TBM掘进过程中已趋于全负荷运行，但TBM表现出整机破岩效率低下，整个推进系统没有富余量，表现推进系统的局限性，不适应该工表1MB266－395敞开式TBM刀间距布置刀号#刀间距/mm角度/(°)刀号#刀间距/mm角度/(°)168.580.001382.570.002101.600.0014～4182.380.003101.600.004279.847.474101.600.004379.1816.755101.600.004474.3425.916101.600.004567.2134.357101.600.004657.5343.358101.600.004746.4151.20999.080.004835.1858.171095.920.004924.2363.911190
【作者单位】：中铁隧道股份有限公司;
【基金】：国家重点研发计划项目(2016YFC0401806)
【分类号】：TV554

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