新疆超长隧洞“一洞双机”TBM施工技术及掘进性能测试分析

发布时间：2020-05-14 09:48

【摘要】：随着我国经济的快速发展,大规模的基础设施需要建设,不同类型的长大隧道需要开挖。出于对工期、环保、安全的考虑,传统钻爆法已经很难满足施工需求。采用全断面隧道硬岩掘进机(TBM)施工技术不仅可以获得较高的掘进速度,而且较钻爆法施工更安全、环保。本文以新疆YE供水工程KS超长隧洞为工程背景,该工程首次采用“一洞双机”TBM施工方法。通过现场采集数据对TBM的掘进性能进行了测试和分析。本文主要研究内容和取得的成果如下:①根据“一洞双机”工程特点,从双机共用组装洞室协调快速安装、洞室组装和施工运行布置统筹考虑出发,给出了“一洞双机”TBM组装和施工布置技术方案。通过现场应用测试表明:TBM2采用先“边组装、边步进”,后调试的组装方案,用时63 d;TBM3采用先首尾同时组装,后“边步进、边调试”的方案用时39 d,两台TBM连续皮带机、拌合站和支洞固定皮带机组装用时30 d。两台TBM从组装到掘进共用时146 d。TBM正常掘进时,组装洞内安装的拌合站每月延误TBM掘进时间占比不到1%;安装的物料运输系统每月延误掘进时间占比在2%左右。②对“一洞双机”TBM出渣技术进行研究,根据施工背景对主洞和支洞出渣方案进行了比选,提出了反向掘进的两台TBM分别布置一条连续皮带机、共用一条支洞固定皮带机出渣的技术方案。通过现场获取相关掘进掘进分析表明:皮带机安装布置合理、运量满足使用要求,带速满足使用要求。经过对皮带机出渣系统故障的统计分析显示:连续皮带机每月延误TBM掘进时间占比为1%～2%,支洞固定皮带机每月延误单台TBM掘进时间占比为2%左右。表明该工程使用皮带机出渣系统是安全、可靠的,双机共用一条支洞皮带机出渣并未增加每台TBM掘进延误时间,为今后“一洞双机”TBM在支洞出渣方案选择上提供了参考依据。③本工程“一洞双机”两台TBM刀具布置相差一把滚刀。通过现场测试分析,本文关于微差刀间距对TBM掘进性能影响进行了研究,结果表明:在泥盆系凝灰质砂岩Ⅲa类围岩下,饱和抗压强度在50～70MPa之间,微差刀间距两台TBM的贯入度、掘进速度以及比能几乎没有差别;在Ⅱ类围岩下,饱和抗压强度在70～90MPa之间,两台微差刀间距TBM的贯入度、掘进速度以及比能也无明显差别,但是减小刀间距使得最小比能下的最优掘进参数发生变化,当刀盘转速为7 r/min时,78 mm刀间距TBM的最优贯入度为8.5 mm/r,而75 mm刀间距TBM的最优贯入度为10 mm/r。④通过对“一洞双机”TBM掘进性能进行现场测试与统计分析表明:TBM在泥盆系凝灰质砂岩为主的围岩下掘进,月进尺可以达到650m左右,在泥盆系凝灰质砂岩Ⅱ类围岩下最高日进尺为47.78 m,平均日进尺为27.54 m;Ⅳ类围岩下平均日进尺为14.19m。TBM在花岗岩围岩下掘进,月进尺为350m左右,花岗岩围岩下最高日进尺为27.08 m,平均日进尺为11.07m。两台TBM平均每月的掘进作业利用率为28%。TBM单月最高的设备完好率可达90.19%,每月设备完好率维持在70%～90%之间。通过设计测试方案、采集数据分析,结果表明:TBM掘进参数之间有着很好的线性相关性,但是掘进参数之间的拟合关系式会随着围岩岩性、围岩类别、刀盘转速的变化而发生变化。
【图文】：

示意图,步进机构,示意图,护盾

组装前应提前做好测量工作，确保步进小车中心线与安装轴线相重合并处理好场地平整度，否则将影响主机的稳定性。同时考虑放置位置应留有足的空间，避免与刀盘焊接发生位置干涉。步进机构底板放置完成后需要对内表的焊接部位进行打磨，以保证在 TBM 步进过程中与底护盾的摩擦减至最小，对与底护盾相结合的位置涂刷润滑油脂。

跑偏,张紧,胶带,底框架

连续皮带机储带仓（见图 4-7）储带能力不小于 650m；胶带 10-12 层缠绕；采用 “人”形托带车（见图 4-8）的储带仓宽度略大于“I”形托带车（见图 4-9），，但前者的移动品质好于后者；储带仓采用底框架结构，便于安装、维护和清扫；储带仓采用鼓形滚筒，可以有效地防止跑偏；拖带车及张紧车上设胶带凹形挡轮，可以有效地防止跑偏；张紧车、托带小车均采用防掉道设计；根据以往使用经验，本工程连续皮带机采用“人”形托带车结构。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV554

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