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1、敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术敞开式敞开式TBM施工技术汇报内容施工技术汇报内容第一部分：设备简介第二部分：西康线秦岭隧道第三部分：西安南京铁路磨沟岭隧道 第一部分第一部分:设备简介设备简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 设备简介设备简介设备简介设备简介一、设备简介一、设备简介 铁道部根据国家多名工程技术专家多次论证结果，结合秦岭隧道围岩硬度高、地质结构复杂、隧道特长等特点，作出科学决策，从德国WIRTH公司引进了世界上最先进的的敞开式硬岩掘进机（机型TB880E）用于秦岭隧道施工，中
2、铁隧道集团担负北口的TBM施工任务。该TBM由刀盘、护盾、内外凯、主驱动、控制部分、激光导向系统、辅助设备及后配套系统组成，高度集成了机械、电子液压及控制等多项先进技术，具备自动控制推力模式、自动控制扭矩模式和手动控制三种控制模式。主要性能参数刀盘 刀具 刀盘护盾 前支撑 后支撑 通风除尘系统 主控室 喷浆系统 后配套系统二、二、TBM主要功能简介主要功能简介 TBM由主机和后配套系统两大部分组成。主机用于破碎岩石、集碴转载；后配套系统用于出碴、支护等。TBM主机主要由刀盘、驱动系统、支撑和推进机构、机架、出碴输送机和操纵室等组成。刀盘是破岩和集碴转载的执行机构；支撑和推进机构使掘进机迈步式向
3、前推进，给刀盘施加推力；机架由机头架、护盾组成；出碴输送机运出岩碴；操纵室内设有各种显示仪表、操作台等。敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 设备简介设备简介设备简介设备简介TB880ETB880E硬岩掘进机设备全貌硬岩掘进机设备全貌TB880ETB880E主控室主控室二、二、TBM主要功能简介主要功能简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 设备简介设备简介设备简介设备简介 掘进原理：掘进机的核心部分是主机系统，主机系统主要由带刀具的刀盘、刀盘驱动和推进系统组成。主机刀盘上安装有一定数量的盘形滚
4、刀，当刀盘旋转时，盘形滚刀划出的痕迹是以刀盘中心为圆心的、间距均匀的同心圆切槽。在掘进时，支撑系统把主机架牢固地锁定在开挖的隧道洞壁上，承受刀盘扭矩和推进力的反力。推进油缸以支撑系统为支点，把推力施加给主机架和刀盘，推动刀盘破岩掘进。在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转，并绕自身轴线自转。在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定同心圆切缝上滚动，当推力超过岩石的强度时，盘形刀下的岩石直接破碎，盘形刀贯入岩石，掌子面被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽。随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽
5、间的岩石成片剥落（如下图所示）。崩落在隧底的岩碴被随刀盘旋转的均布在刀盘上的铲斗、刮板收集到主机内的皮带机上，通过三级皮带机系统倒运后，运送到后配套矿车处卸碴，矿车运送出碴至翻碴台。盘形刀作用下岩石破碎情况 TBM盘形滚刀二、二、TBM主要功能简介主要功能简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 设备简介设备简介设备简介设备简介TBM自带湿喷砼机械自带湿喷砼机械手：手：可及时对开挖面进行喷射砼封闭。TBM自带锚杆钻机正在自带锚杆钻机正在钻锚杆眼：钻锚杆眼：共配备了四台钻机，可完成除仰拱块以外约300范围内的锚杆作业，与主机掘进作业同时进行，进行
6、围岩出护盾后及时支护。TBM自带超前钻：自带超前钻：可对刀盘前方2030m 进行超前地质探测，并可对刀盘前20m左右的地方进行注浆处理，还可施作管棚。三、三、TBM主要配套设备简介主要配套设备简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 设备简介设备简介设备简介设备简介仰拱块预制工厂仰拱块预制工厂自动翻车机自动翻车机出碴编组列车出碴编组列车三、三、TBM主要配套设备简介主要配套设备简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 设备简介设备简介设备简介设备简介穿行式模板台车穿行式模板台车浮放道岔浮放道岔自
7、动砼拌合站自动砼拌合站 第二部分:西康线秦岭隧道 秦岭秦岭线隧道位于西安以南线隧道位于西安以南45km45km处，地处陕西省长安县和柞水处，地处陕西省长安县和柞水县交界处的北秦岭中山区，全长县交界处的北秦岭中山区，全长18.456km18.456km，最大埋深，最大埋深1600m1600m，是国家，是国家“九五九五”重点项目西康铁路第一控制工程。重点项目西康铁路第一控制工程。一、工程及地质概况一、工程及地质概况一、工程及地质概况一、工程及地质概况 秦岭隧道秦岭隧道全长18456m 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道
8、西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道 地质特点：地质特点：地质特点：地质特点：隧道横穿秦岭东西构造带，历经多期构造运动、变质作用、岩隧道横穿秦岭东西构造带，历经多期构造运动、变质作用、岩浆活动和混合岩化作用，地质构造和地层岩性十分复杂。岩性以混合片麻岩和混浆活动和混合岩化作用，地质构造和地层岩性十分复杂。岩性以混合片麻岩和混合花岗岩为主，岩石最高单轴抗压强度达合花岗岩为主，岩石最高单轴抗压强度达300MPa300MPa，属极硬岩，并发育有，属极硬岩，并发育有5555条断条断层。隧道穿过高地应力、岩爆、地热、断裂带、涌水等不良地质灾害段，堪称层。隧道穿过高地应力、岩爆、地热、断裂带、涌水等不良地质灾害段
9、，堪称“地质博物馆地质博物馆”，工程任务十分艰巨。，工程任务十分艰巨。一、工程及地质概况一、工程及地质概况一、工程及地质概况一、工程及地质概况 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道F4大断层(400m)进口TBM施工段二、施工情况简介二、施工情况简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道 秦岭线隧道全长18.456km，采用全断面隧道掘进机施工，隧道进口由中铁隧道集团承建，该施工段全长
10、5888.39m，其中预备洞260m，F4断层钻爆法段370m，其余5253.5m采用TBM施工。TBM于1997年12月18日开始试掘进，施工开挖中严格按锚喷网支护要求施工，施工中对特殊地质：岩爆、坍塌、极硬岩等特殊地质区域采取了有效的支护措施，在坍塌区域采取格栅，I16全圆钢拱架、超前锚杆等及时支护，并对坍腔体及时立模用砼回填密实，保证了结构安全和施工质量。因隧道开挖一次成型，施工中采用GPS和国家一等水准控制施工，洞内配备ZED自动测量导向系统，保证了隧道快速、高精度掘进，隧道横向贯通误差10mm，纵向贯通误差13mm，高程贯通误差4mm，TBM掘进偏差30mm。因秦岭隧道围岩属极硬岩，
11、为保证进度，施工时采取科学的设备管理办法，制定合理的施工工序组织，以掘进为中心，加强刀盘的维修和检查，保证了刀具为最佳工作状态，经过精心组织，TBM通过了类硬岩区域，于1999年8月25日全隧贯通，创造了TBM月掘进528m的施工纪录。二、施工情况简介二、施工情况简介 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道 为保证后期施工质量，解决独头施工的难题，全隧采用两台研制的穿行式模板台车负责TBM掘进段二次衬砌施工，一台普通模板台车负责TBM预备洞衬砌，喷钢纤维砼段采用作业台架平行作业施工。配备了大
12、型自动拌合站，砼输送泵，浮放道岔等设备，保证了设备供应能力并解决了单工作面的制约。秦岭线隧道全隧采用弹性整体道床，铺设超长无缝钢轨线路。在施工中严格按弹性整体轨道结构及施工工艺和机具研究成果及验标要求为保证砼生产后轨排的精度，增加了监控力度，经检查砼施工后的轨排质量优良，保证了一次铺轨成功。秦岭 TBM施工进度统计二、施工情况简介二、施工情况简介 秦岭线隧道从1997年12月18日TBM一次试掘进成功到1999年8月29日全隧胜利贯通，再到2000年底通过铁道部验收，交付运营，没有发生任何人身和机械安全事故，创造了隧道建设史上的奇迹。并多次创造了国内隧道建设史上的第一:1997年12月18日T
13、BM一次试掘进成功。1999年5月21日TBW施工首创日进尺36.06m的全国纪录，并于8月18日再次刷新纪录，实现日掘进40.5m。1999年8月10日TBM施工首次突破30天掘进500m大关，掘进510mm，并于8月25日再次以月掘进528.1m刷新纪录。创造了铁路隧道月砼衬砌1158.4m，整体道床日灌注125m，月灌注2468.7m的全国最高记录。这些成绩的取得，标志着我国铁路建设史上首次采用的全断面硬岩掘进机(TBM)施工，在施工管理、新技术的吸收与应用以及经验积累等方面都取得了巨大成功，标志着共和国隧道施工水平挤身世界前列，秦岭线隧道的提前贯通，为西康铁路提前半年工期奠定了坚实基础
14、，西康线试运行时，秦岭隧道列车行驶速度为60Km/h，投入运营以来，在全线开通速度为60Km/h时，秦岭隧道内达到开通速度为80Km/h，每天通过列车能力达21对。秦岭隧道的快速建成对西康铁路的提前投入运营，带动陕西经济发展及国家实施西部大开发战略都起到了重要作用。秦岭线隧道的安全优质建成，实现了中国铁路隧道开挖技术继钢钎大锤、手持风钻、液压凿岩台车后的第四次跨越，为我国铁路建设第四个里程碑的树立以及铁路基本建设技术的发展做出了重要贡献。敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道三、主要三、主要
15、TBM应用技术成果应用技术成果 1、建立“以掘时为中心，机械设备状况为前提，地质是条件，管理是关键”为指导思想的系统化管理体系；2、合理选择掘进模式，在均质硬岩条件下宜选择自动控制推力模式；在节理发育围岩下宜选择自动控制扭矩模式；在不能确定围岩状态或围岩硬度变化不均，节理发育，存在破碎带、断层时，必须选择手动控制模式；3、合理选择不同地质条件下的掘进参数；4、建立TBM故障诊断和状态监测站，及时发现和处理故障，提高设备利用率。中铁隧道集团自1997年12月开始TBM试掘进，仅三个月后就连续两个月上了400m高产台阶，又相继创造了全隧日掘进40.5m、月掘进528.1m的国内最高纪录，设备利用率
16、达到75%，平均纯机时利用率4046%，达到了国际先进水平。敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道四、四、TBM施工图片施工图片 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道西康线秦岭隧道TBM组装、调试：组装、调试：秦岭TBM于1997年9月8日开始组装，11月8日调试完成。TBM步进、试掘进：步进、试掘进：秦 岭TBM于11月9日开始步进，12月18日一次试掘进成功。刀具在掌子面刀具在掌子面上切削的轨迹上切削的轨迹:TBM在围岩整体性较好的混合片麻岩特硬岩段掘进时最长一循环掘进时间长达345min。秦岭秦岭TBM于于1999年年8月月28日日顺利贯顺利贯通通(TBM拆卸洞拆卸洞)第三部分第三部分西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道一、工程概况一、工程概况 敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩敞开式硬岩TBMTBM施工技术施工技术施工技术施工技术 西南线磨沟岭隧道西南线磨沟岭隧道西南线磨沟岭隧道西
