掘进机与盾构课件.ppt

1、 第七章第七章 掘进机与盾构掘进机与盾构 知识目标：知识目标： 熟悉掘进机和盾构机的施工特点和各自的适用范围。熟悉掘进机和盾构机的施工特点和各自的适用范围。熟悉掘进机和盾构的类型；认识开敞式掘进机和盾构机熟悉掘进机和盾构的类型；认识开敞式掘进机和盾构机的基本构造，熟悉掘进机和盾构法的施工工艺、流程和的基本构造，熟悉掘进机和盾构法的施工工艺、流程和技术要求。技术要求。能力目标：能力目标： 能区分掘进机和盾构的各自适用范围，能掌握掘进能区分掘进机和盾构的各自适用范围，能掌握掘进机和盾构的基本构造，能掌握掘进机和盾构的施工过程，机和盾构的基本构造，能掌握掘进机和盾构的施工过程，能够合理处理施工中的关

2、键技术。能够合理处理施工中的关键技术。第一节第一节 全断面岩石隧道掘进机全断面岩石隧道掘进机 掘进机法掘进机法是利用岩石隧道掘进机在岩石地层挖掘隧道的一种施工方是利用岩石隧道掘进机在岩石地层挖掘隧道的一种施工方法。隧道掘进机是一种集掘进、出渣、支护和通风、防尘等多功能为一法。隧道掘进机是一种集掘进、出渣、支护和通风、防尘等多功能为一体的高效隧道施工机械。全断面隧道掘进机的英文名称是体的高效隧道施工机械。全断面隧道掘进机的英文名称是Full Rock Full Rock Tunnel Boring MachineTunnel Boring Machine，简称掘进机（，简称掘进机（TBMTBM）

3、。）。一、掘进机施工特点一、掘进机施工特点 掘进机掘进机是山岭隧道高度机械化的开挖设备。与钻爆法相比，掘进机法虽是山岭隧道高度机械化的开挖设备。与钻爆法相比，掘进机法虽然投资多，但具有然投资多，但具有施工快速、优质、安全、经济、环保施工快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。等突出优点。 (一一)掘进机施工的优点掘进机施工的优点 图图6-1运营状态示意图运营状态示意图化妆实训化妆实训基础底妆基础底妆 一、仪容仪表自检与互检一、仪容仪表自检与互检个人卫生个人卫生发型发型服装穿着规范服装穿着规范鞋袜搭配合理鞋袜搭配合理配饰搭配配饰搭配二、评价表打分并点评二、评价表打分并点评情景熏陶训练情景熏陶训练

4、微笑与形体的配合微笑与形体的配合不同工作情景的微笑不同工作情景的微笑（二）掘进机施工的局限性（二）掘进机施工的局限性 1. 1. 掘进机的经济性问题掘进机的经济性问题 2. 2. 设计制造周期长设计制造周期长 3 3掘进机针对性强，对多变的地质条件掘进机针对性强，对多变的地质条件( (如断层、破碎带、溶洞、挤压带、如断层、破碎带、溶洞、挤压带、涌水及坚硬岩石等涌水及坚硬岩石等) )的适应性较差的适应性较差 4. 开挖断面只限于圆形，每台掘进机只能用于一种开挖断面开挖断面只限于圆形，每台掘进机只能用于一种开挖断面 5. 5. 要求施工人员的技术水平和管理水平高，施工短隧道时不能发挥其优要求施工人

5、员的技术水平和管理水平高，施工短隧道时不能发挥其优越性越性 6. 6. 运输困难，对施工场地有特殊要求运输困难，对施工场地有特殊要求 （三）掘进机与盾构的区别（三）掘进机与盾构的区别 全断面岩石掘进机全断面岩石掘进机主要是通过盘形滚刀破碎岩石，用于岩石隧道开挖，主要是通过盘形滚刀破碎岩石，用于岩石隧道开挖，主要采用皮带机出渣。主要采用皮带机出渣。盾构盾构主要用于软岩隧道开挖。盾构在刀盘上除切刀外主要用于软岩隧道开挖。盾构在刀盘上除切刀外还布置一定数量的滚刀，以适应遇到的短距离岩石段。盾构采用螺旋输送机还布置一定数量的滚刀，以适应遇到的短距离岩石段。盾构采用螺旋输送机或泥浆管路出渣。或泥浆管路出

6、渣。（四）掘进机的适用范围（四）掘进机的适用范围1. 1. 采用掘进机施工时，应明确地质条件及必要预处理措施。采用掘进机施工时，应明确地质条件及必要预处理措施。 2. 2. 从机械条件看适用范围，合理选型及完善后配套系统。从机械条件看适用范围，合理选型及完善后配套系统。 3. 3. 对作业场地和运输方案有特殊要求。对作业场地和运输方案有特殊要求。 4. 4. 企业自身的实际能力。企业自身的实际能力。 二、掘进机的类型二、掘进机的类型 根据掘进机的结构形式，可将其分为根据掘进机的结构形式，可将其分为开敞式掘进机开敞式掘进机、单护盾式掘进机单护盾式掘进机、双护盾式掘进机。双护盾式掘进机。开敞式掘进

7、机开敞式掘进机开敞式掘进机开敞式掘进机双护盾硬岩掘进机双护盾硬岩掘进机岩层掘进机岩层掘进机TBM单盾构隧道钻孔机单盾构隧道钻孔机 1 1开敞式掘进机开敞式掘进机 开敞式掘进机开敞式掘进机利用支撑机构撑紧洞壁，以承受向前推进的反作用力和扭利用支撑机构撑紧洞壁，以承受向前推进的反作用力和扭矩的全断面岩石掘进机矩的全断面岩石掘进机 , ,开敞式掘进机适用于岩石不易坍塌和地层比较稳定开敞式掘进机适用于岩石不易坍塌和地层比较稳定的软硬岩隧道。在较为破碎的地层中掘进时，需要在刀盘护盾后及时进行喷的软硬岩隧道。在较为破碎的地层中掘进时，需要在刀盘护盾后及时进行喷网支护。由掘进机刀盘后的指形条格栅板支撑，在安

8、装有喷网格栅拱架的保网支护。由掘进机刀盘后的指形条格栅板支撑，在安装有喷网格栅拱架的保护下进行，必要时贴近指形条格栅板支撑下部安装钢拱架，指形条格栅板支护下进行，必要时贴近指形条格栅板支撑下部安装钢拱架，指形条格栅板支撑随掘进机推进前移后，即进行喷射混凝土初期支护。撑随掘进机推进前移后，即进行喷射混凝土初期支护。 开敞式掘进机掘进隧道的最终支护方式是模筑混凝土，或钢纤维喷射混开敞式掘进机掘进隧道的最终支护方式是模筑混凝土，或钢纤维喷射混凝土。凝土。2 2单护盾式掘进机单护盾式掘进机 开敞式掘进机不同的是，单护盾式掘进机配置有完整的圆形护盾，推进开敞式掘进机不同的是，单护盾式掘进机配置有完整的圆

9、形护盾，推进则依靠推进缸支撑在安装好的管片获得支反力，单护盾式掘进机由于掘进和则依靠推进缸支撑在安装好的管片获得支反力，单护盾式掘进机由于掘进和安装管片不能同时进行，进度较慢。单护盾式掘进机适用于中等长度隧道。安装管片不能同时进行，进度较慢。单护盾式掘进机适用于中等长度隧道。 与开敞式掘进机相比，单护盾掘进机最终衬砌方式为管片。与开敞式掘进机相比，单护盾掘进机最终衬砌方式为管片。3双护盾式掘进机双护盾式掘进机 双护盾式掘进机配置有前后护盾，在前后护盾之间有伸缩护盾，后护盾双护盾式掘进机配置有前后护盾，在前后护盾之间有伸缩护盾，后护盾配置有一套支撑靴，在地质条件良好时，双护盾式掘进机掘进和安装管

10、片可配置有一套支撑靴，在地质条件良好时，双护盾式掘进机掘进和安装管片可同时进行，有较快的进度。在地质条件较差时，双护盾式掘进机采用单护盾同时进行，有较快的进度。在地质条件较差时，双护盾式掘进机采用单护盾模式推进。模式推进。 与开敞式掘进机相比，双护盾式掘进机必须采用管片，由于管片造价比与开敞式掘进机相比，双护盾式掘进机必须采用管片，由于管片造价比模筑混凝土衬砌高，导致工程造价增加。模筑混凝土衬砌高，导致工程造价增加。 双护盾盾体长度：直径双护盾盾体长度：直径d1d13m3m，调方向困难，常因不能及时支护而被，调方向困难，常因不能及时支护而被卡死，发生塌方；管片不能承受过高水压力，对岩层多变、水

11、压过大、埋深卡死，发生塌方；管片不能承受过高水压力，对岩层多变、水压过大、埋深变化的山岭隧道不宜用管片衬砌；机型造价高，管片衬砌费用又高于复合式变化的山岭隧道不宜用管片衬砌；机型造价高，管片衬砌费用又高于复合式衬砌衬砌2 2倍以上，寿命也不能保证百年。工程实践证明，隧道施工不宜采用单倍以上，寿命也不能保证百年。工程实践证明，隧道施工不宜采用单护盾、双护盾掘进机。护盾、双护盾掘进机。三、开敞式掘进机基本构造三、开敞式掘进机基本构造（一）主机（一）主机 1. 1. 掘进机基本构造掘进机基本构造 目前世界上生产的开敞式掘进机基本有两种形式：单支撑掘进机和双目前世界上生产的开敞式掘进机基本有两种形式：

12、单支撑掘进机和双支撑掘进机。支撑掘进机。 单水平支撑掘进机示意图单水平支撑掘进机示意图 1 1刀盘；刀盘； 2 2拱顶护盾；拱顶护盾； 3 3驱动组件；驱动组件； 4 4主梁；主梁； 5 5出渣输送机；出渣输送机；6 6后后下支撑；下支撑；7 7撑靴撑靴 8 8推进千斤顶；推进千斤顶；9 9侧护盾；侧护盾； 1010下支撑；下支撑； 1111刀盘支撑刀盘支撑双水平支撑掘进机示意图双水平支撑掘进机示意图 1 1刀盘；刀盘； 2 2顶护盾；顶护盾； 3 3轴承外壳；轴承外壳； 4 4、5 5水平支撑（前、后）；水平支撑（前、后）； 6 6齿轮齿轮箱；箱； 7 7出渣输送机；出渣输送机；8 8驱动电

13、机；驱动电机； 9 9星形变速箱；星形变速箱； 1010后下支撑；后下支撑； 1111扭矩筒；扭矩筒； 1212推进千斤顶；推进千斤顶； 1313主机架；主机架；1414仰拱刮板（前下支撑）仰拱刮板（前下支撑）2开敞式掘进机的掘进作业循环过程开敞式掘进机的掘进作业循环过程(1)(1)掘进循环开始时，水平支撑已移动到主机架的前端，将撑靴撑紧在洞壁掘进循环开始时，水平支撑已移动到主机架的前端，将撑靴撑紧在洞壁上。仰拱刮板与仰拱处的岩面轻微接触，收回后下支撑，此时大刀盘可以上。仰拱刮板与仰拱处的岩面轻微接触，收回后下支撑，此时大刀盘可以转动，推进千斤顶将转动的大刀盘向前推进一个行程，此即是掘进状态。

14、转动，推进千斤顶将转动的大刀盘向前推进一个行程，此即是掘进状态。(2)(2)在向前推进到达推进千斤顶行程终点处，结束开挖，大刀盘停止转动，在向前推进到达推进千斤顶行程终点处，结束开挖，大刀盘停止转动，放下后下支撑，同时仰拱刮板支撑大刀盘，此时整个机器的重量全部由前、放下后下支撑，同时仰拱刮板支撑大刀盘，此时整个机器的重量全部由前、后支撑支承。后支撑支承。(3)(3)收回两对水平支撑靴，移动水平支撑到主机架的前端。掘进机掘进方向收回两对水平支撑靴，移动水平支撑到主机架的前端。掘进机掘进方向的调整可以通过后下支撑进行水平、垂直的调整，达到调整目标。的调整可以通过后下支撑进行水平、垂直的调整，达到调

15、整目标。 (4)(4)当水平支撑移到前端限位后，又重新撑紧在洞壁上。此时收回后下支当水平支撑移到前端限位后，又重新撑紧在洞壁上。此时收回后下支撑，仰拱刮板与仰拱又转换成浮动接触状态。此时掘进机即处于准备进行撑，仰拱刮板与仰拱又转换成浮动接触状态。此时掘进机即处于准备进行下一个掘进循环。下一个掘进循环。开敞式掘进机掘进作业循环过程开敞式掘进机掘进作业循环过程（a） 单下支撑单下支撑 （b）双下支撑）双下支撑3 3刀盘刀盘 刀盘是钢结构焊接件，其前端是加强了的双层壁，通过溜渣槽与后隔刀盘是钢结构焊接件，其前端是加强了的双层壁，通过溜渣槽与后隔板相连接，刀盘后隔板是用螺栓与刀盘轴承连接。刀盘装有若干

16、个盘形滚板相连接，刀盘后隔板是用螺栓与刀盘轴承连接。刀盘装有若干个盘形滚刀用于挤压切削岩石，同时在前端还装有径向带齿的石渣铲斗用于软岩开刀用于挤压切削岩石，同时在前端还装有径向带齿的石渣铲斗用于软岩开挖。挖。 1 1铲斗；铲斗； 2 2中心刀；中心刀； 3 3扩孔边刀；扩孔边刀； 4 4扩孔扩孔刮渣器；刮渣器；5 5面刀；面刀； 6 6铲齿；铲齿； 7 7边刀边刀4 4支撑和推进系统支撑和推进系统 支撑系统是掘进机的固定部分。当掘进时，它支承着掘进机的重量并将支撑系统是掘进机的固定部分。当掘进时，它支承着掘进机的重量并将开挖推力和扭矩传递给岩壁形成反力。不同结构形式的掘进机，支撑系统对开挖推力

17、和扭矩传递给岩壁形成反力。不同结构形式的掘进机，支撑系统对掘进方向的控制不同。双水平支撑的敞开式掘进机在换步时利用后下支撑来掘进方向的控制不同。双水平支撑的敞开式掘进机在换步时利用后下支撑来调整机器的方位，一经确定，刀盘只能按预定方向掘进。调整机器的方位，一经确定，刀盘只能按预定方向掘进。 开敞式开敞式TBM的撑靴形式的撑靴形式 5 5刀盘驱动系统刀盘驱动系统 刀盘驱动方式有两大类：电动和液压。电动又分单速电机、双速电机和刀盘驱动方式有两大类：电动和液压。电动又分单速电机、双速电机和调频电机。掘进机贯入度指标，在很大程度上取决于刀盘的转速和推力。调频电机。掘进机贯入度指标，在很大程度上取决于刀

18、盘的转速和推力。 6. 6. 出渣和除尘出渣和除尘 沿着刀盘周围布置的刮板和铲斗，把切削下来的石渣从开挖断面的底沿着刀盘周围布置的刮板和铲斗，把切削下来的石渣从开挖断面的底部铲起，并在刀盘转动中随刀盘送到顶部，然后沿着刀盘内渣槽落到输送部铲起，并在刀盘转动中随刀盘送到顶部，然后沿着刀盘内渣槽落到输送机上方的渣斗内，再通过胶带输送机送到后配套上的矿车中，掘进机只要机上方的渣斗内，再通过胶带输送机送到后配套上的矿车中，掘进机只要开动，胶带输送机就不停地运转。开动，胶带输送机就不停地运转。 刀盘在切削岩石时会产生大量粉尘，因此利用冷却盘形刀的喷水装置，刀盘在切削岩石时会产生大量粉尘，因此利用冷却盘形

19、刀的喷水装置，起到一定的除尘作用。此外刀盘的内腔室与集尘器风管相连通，使这里含起到一定的除尘作用。此外刀盘的内腔室与集尘器风管相连通，使这里含有粉尘的空气通过集尘器达到最好的除尘效果。除尘器是掘进机通风系统有粉尘的空气通过集尘器达到最好的除尘效果。除尘器是掘进机通风系统的一部分，它安装在后配套上。的一部分，它安装在后配套上。(二二)后配套系统后配套系统 全断面隧道掘进机的后配套系统全断面隧道掘进机的后配套系统是在主机后面为掘进机提供服务的安装是在主机后面为掘进机提供服务的安装在门架式平台车上的各种设备组成的综合系统。后配套系统是隧道掘进机在门架式平台车上的各种设备组成的综合系统。后配套系统是隧

20、道掘进机的液压和电力供应装置的存放场所，可以将衬砌管片、注浆材料、泥浆或的液压和电力供应装置的存放场所，可以将衬砌管片、注浆材料、泥浆或膨润土浆等材料运送到掘进机作业区，还布置有延伸电缆、风管、轨道安膨润土浆等材料运送到掘进机作业区，还布置有延伸电缆、风管、轨道安装设备和操作空间。对于岩石地层，这个系统还可以有效的运送和施作锚装设备和操作空间。对于岩石地层，这个系统还可以有效的运送和施作锚杆、钢拱、钢丝网及混凝土层的喷射等。杆、钢拱、钢丝网及混凝土层的喷射等。 掘进机主机与后配套设备，组成了一个完整的掘进机设备。后配套掘进机主机与后配套设备，组成了一个完整的掘进机设备。后配套设备主要是为主机提

21、供设备和石渣运输系统。设备主要是为主机提供设备和石渣运输系统。后配套设备后配套设备包括包括液压传动液压传动站站( (它为主机液压系统提供动力源它为主机液压系统提供动力源) )、变电设备、开关柜、主驾驶室、通、变电设备、开关柜、主驾驶室、通信系、备用发电机、空压机、通风系统、喷射混凝土设备、围岩加固堵信系、备用发电机、空压机、通风系统、喷射混凝土设备、围岩加固堵水注浆设备以及供水系统水注浆设备以及供水系统。运渣系统则运渣系统则是后配套设备上的胶带输送机将是后配套设备上的胶带输送机将主机输送机运来的石渣卸入矿车，再用内燃机车牵引运到洞外。主机输送机运来的石渣卸入矿车，再用内燃机车牵引运到洞外。仰拱

22、块及轨道示意图仰拱块及轨道示意图1车辆车轮及平台上轨道；车辆车轮及平台上轨道； 2仰拱块上轨道及平台车车轮；仰拱块上轨道及平台车车轮； 3仰拱预制块；仰拱预制块； 4后备套平台车；后备套平台车；5石渣分配系统；石渣分配系统； 6矿车；矿车； 7通风管道通风管道第二节第二节 掘进机施工掘进机施工一、掘进刀具破岩一、掘进刀具破岩（一）刀具破岩机理（一）刀具破岩机理 掘进机切削破碎岩石的机理，在掘进时盘形刀沿岩石开挖面滚动，同时掘进机切削破碎岩石的机理，在掘进时盘形刀沿岩石开挖面滚动，同时通过大刀盘均匀地在每个盘形刀上对岩面施加压力，形成滚动挤压切削面实通过大刀盘均匀地在每个盘形刀上对岩面施加压力，

23、形成滚动挤压切削面实现破岩。刀盘每转动一圈，将贯入一定深度，在盘形刀刀刃与岩石接触处，现破岩。刀盘每转动一圈，将贯入一定深度，在盘形刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤成粉末，从这个区域开始，裂缝相连，进而形成片状石渣。岩石被挤成粉末，从这个区域开始，裂缝相连，进而形成片状石渣。 刀具在完整岩石中破岩过程如下图刀具在完整岩石中破岩过程如下图 (1)(1)在完整、密实、均一的岩石中，刀具的刀刃在巨大推力作用下切入岩体，形成割痕。刀刃顶部的在完整、密实、均一的岩石中，刀具的刀刃在巨大推力作用下切入岩体，形成割痕。刀刃顶部的岩石在巨大压力下急剧压缩，随着刀盘的回转，滚刀滚动，这部分岩石首先破碎成粉状，积聚在

24、刀岩石在巨大压力下急剧压缩，随着刀盘的回转，滚刀滚动，这部分岩石首先破碎成粉状，积聚在刀刃顶部范围内形成粉核区。刃顶部范围内形成粉核区。(2)(2)刀刃侵入岩石和刀刃的两侧劈入岩体，在岩石结合力最薄弱处产生多处微裂纹。刀刃侵入岩石和刀刃的两侧劈入岩体，在岩石结合力最薄弱处产生多处微裂纹。(3)(3)随着滚刀切入岩石深度的加大，岩粉不断充入微裂纹；再由于微裂纹端部容易应力集中，微裂纹随着滚刀切入岩石深度的加大，岩粉不断充入微裂纹；再由于微裂纹端部容易应力集中，微裂纹逐渐扩展成显裂纹。逐渐扩展成显裂纹。(4)(4)当显裂纹与相邻刀具作用产生的显裂纹交汇，或显裂纹发展到岩石表面时，就形成了岩石断裂体

25、。当显裂纹与相邻刀具作用产生的显裂纹交汇，或显裂纹发展到岩石表面时，就形成了岩石断裂体。(5)(5)在产生断裂体的同时，各断裂体相互之间会形成一些粒度较小的碎裂体。在断裂体从掌子面落入在产生断裂体的同时，各断裂体相互之间会形成一些粒度较小的碎裂体。在断裂体从掌子面落入洞底进入铲斗时，由于断裂体与刀盘相互间的碰撞作用，又会产生新的碎裂体和岩粉。洞底进入铲斗时，由于断裂体与刀盘相互间的碰撞作用，又会产生新的碎裂体和岩粉。二、掘进机工作原理二、掘进机工作原理（一）掘进循环作业原理（一）掘进循环作业原理 全断面岩石掘进机的掘进循环由全断面岩石掘进机的掘进循环由掘进作业掘进作业和和换步作业换步作业交替组

26、成。在掘进交替组成。在掘进作业时，掘进机刀盘进行的是沿隧道轴线作直线运动和绕轴线作单方向回转作业时，掘进机刀盘进行的是沿隧道轴线作直线运动和绕轴线作单方向回转运动的复合螺旋运动，被破碎的岩石由刀盘的铲斗落入胶带机向机后输出。运动的复合螺旋运动，被破碎的岩石由刀盘的铲斗落入胶带机向机后输出。 1 1双护盾掘进机的掘进循环双护盾掘进机的掘进循环 (1)(1)自稳并能支撑岩石中掘进自稳并能支撑岩石中掘进 掘进机的辅助推进缸全部缩回，不参与掘进，掘进机的作业与开敞式掘进掘进机的辅助推进缸全部缩回，不参与掘进，掘进机的作业与开敞式掘进机一样，见下图机一样，见下图(a)(a)所示。所示。1)1)推进作业：

27、伸出水平支撑缸，撑紧洞壁推进作业：伸出水平支撑缸，撑紧洞壁启动胶带机启动胶带机回转刀盘回转刀盘伸出伸出V V形推进缸，将刀头及前护盾向前推进一个行程实现掘进作业。形推进缸，将刀头及前护盾向前推进一个行程实现掘进作业。2)2)换步作业：当换步作业：当V V形推进缸推满一行程后，就进行换步作业。刀盘停止回转形推进缸推满一行程后，就进行换步作业。刀盘停止回转收缩水平支撑离开洞壁收缩水平支撑离开洞壁收缩收缩V V形推进缸，将掘进机后护盾前移一个行程。形推进缸，将掘进机后护盾前移一个行程。 不断重复上述动作，则实现不断掘进。在此工况下，混凝土管片安装与掘进不断重复上述动作，则实现不断掘进。在此工况下，混

28、凝土管片安装与掘进可同步进行，成洞速度很快。可同步进行，成洞速度很快。(a)工况一：稳定可支撑的岩石掘进辅助推进油缸处于全收缩状态，不参与掘进工况一：稳定可支撑的岩石掘进辅助推进油缸处于全收缩状态，不参与掘进 (2)(2)能自稳不能支撑岩石中掘进能自稳不能支撑岩石中掘进 V V形缸处于全收缩状态，并将支撑靴板收缩到与后护盾外圆一致，前后护盾形缸处于全收缩状态，并将支撑靴板收缩到与后护盾外圆一致，前后护盾连成一体，就如单护盾掘进机一样掘进，见图连成一体，就如单护盾掘进机一样掘进，见图(b)(b)所示。所示。 1)1)掘进作业：回转刀盘掘进作业：回转刀盘伸出辅助推进缸，撑在管片上掘进，将整个伸出辅

29、助推进缸，撑在管片上掘进，将整个掘进机向前推进一个行程。掘进机向前推进一个行程。 2)2)换步作业：刀盘停止回转换步作业：刀盘停止回转收缩辅助推进缸收缩辅助推进缸安装混凝土管片。安装混凝土管片。 重复上述动作实现掘进。此时管片安装与掘进不能同时进行，成洞速度重复上述动作实现掘进。此时管片安装与掘进不能同时进行，成洞速度减半。减半。2 2开敞式掘进机的掘进循环步骤开敞式掘进机的掘进循环步骤 开敞式掘进机使用在洞壁岩石能自稳并能经受水平开敞式掘进机使用在洞壁岩石能自稳并能经受水平( (或或X X形形) )支撑的巨大支支撑的巨大支撑力的条件下，其作业循环如图所示。撑力的条件下，其作业循环如图所示。

30、换步作业：刀盘停止回转换步作业：刀盘停止回转伸出后支撑，撑紧洞壁伸出后支撑，撑紧洞壁收缩水平收缩水平( (或或x x形形) )支撑使靴板离开洞壁支撑使靴板离开洞壁收缩推进缸，将水平支撑向前移一行程。收缩推进缸，将水平支撑向前移一行程。 (b)工况二：稳定不可支撑岩石掘进工况二：稳定不可支撑岩石掘进V形推进油缸处于全收缩状态，不参与掘进形推进油缸处于全收缩状态，不参与掘进 开敞式掘进机掘进作业示意图开敞式掘进机掘进作业示意图 (二二)调向、纠偏和转弯调向、纠偏和转弯1调向、纠偏调向、纠偏 通过激光导向系统，操作人员发现掘进机的开挖洞线与设计洞线发生偏通过激光导向系统，操作人员发现掘进机的开挖洞线

31、与设计洞线发生偏离时就必须随时进行调向，使掘进机开挖洞线与设计洞线方向一致。离时就必须随时进行调向，使掘进机开挖洞线与设计洞线方向一致。 开敞式掘进机调向作业示意图开敞式掘进机调向作业示意图2 2转弯转弯 隧道工程因设计的需要有时要开挖曲线隧道。掘进机的作业是以折线隧道工程因设计的需要有时要开挖曲线隧道。掘进机的作业是以折线代替曲线来实现的，下图为掘进机转弯示意图。代替曲线来实现的，下图为掘进机转弯示意图。 掘进机转弯示意图掘进机转弯示意图 通过控制激光靶反馈在显示屏的掘进机的水平位移量来获得所需的转通过控制激光靶反馈在显示屏的掘进机的水平位移量来获得所需的转弯半径，可由公式弯半径，可由公式(

32、7-1)(7-1)算出：算出：22RLLSS 由公式由公式(7-1)可知，在机长可知，在机长L、转弯半径、转弯半径R一定时，可以缩短掘进行程一定时，可以缩短掘进行程S来减少水平位移量。即在转弯时采取短行程多循环的方式来避免由于过来减少水平位移量。即在转弯时采取短行程多循环的方式来避免由于过大的位移量，造成机尾结构件碰洞壁或胶带机机尾与溜渣槽斗偏离。实大的位移量，造成机尾结构件碰洞壁或胶带机机尾与溜渣槽斗偏离。实际操作时使用公式际操作时使用公式(7-2)：（7-1）222RLSL （7-2） 由于机长由于机长L L、机器几何尺寸允许的水平偏移和隧洞转弯半径、机器几何尺寸允许的水平偏移和隧洞转弯半

33、径R R都已确定。所以必都已确定。所以必须控制的每次掘进行程须控制的每次掘进行程s s可由公式可由公式(7-2)(7-2)算出。算出。 在工程洞线转弯半径确定前，可由公式在工程洞线转弯半径确定前，可由公式(7-3)(7-3)算出允许的隧洞转弯半径：算出允许的隧洞转弯半径：222LLSR（7-3） 根据掘进机机长根据掘进机机长L L、一次推进行程、一次推进行程S S和掘进机允许的水平偏移量算出和掘进机允许的水平偏移量算出允许的隧洞转弯半径允许的隧洞转弯半径R R曲，供工程设计参考。曲，供工程设计参考。三、掘进机进洞工况三、掘进机进洞工况(一一)双双X形支撑掘进机进洞步骤形支撑掘进机进洞步骤 双双

34、X X形支撑掘进机步进进洞的步骤如下：形支撑掘进机步进进洞的步骤如下： (1)(1)收缩前下支撑、后支撑的油缸，使前下支撑架、后支撑架离地，仅有前收缩前下支撑、后支撑的油缸，使前下支撑架、后支撑架离地，仅有前X X形支撑形支撑架和后架和后X X形支撑架着地。形支撑架着地。 (2)(2)伸出推进缸，将刀盘、刀盘支承、大梁、后支撑等向前推进一个行程。伸出推进缸，将刀盘、刀盘支承、大梁、后支撑等向前推进一个行程。 (3)(3)伸出前下支撑、后支撑油缸，使前下支撑架、后支撑架离地。伸出前下支撑、后支撑油缸，使前下支撑架、后支撑架离地。 (4)(4)继续伸出前下支撑、后支撑油缸，使前、后继续伸出前下支撑

35、、后支撑油缸，使前、后x x形支撑架离地。形支撑架离地。 (5)(5)收缩推进缸，将前、后收缩推进缸，将前、后X X形支撑架向前移动一个行程。形支撑架向前移动一个行程。重复重复(1)一一(2)一一(3)一一(4)一一(5)的动作，可实现步进进洞的目的。的动作，可实现步进进洞的目的。 (二二)单单T形支撑掘进机进洞步骤形支撑掘进机进洞步骤1 1步进前的地基处理步进前的地基处理2 2步进使用的机具步进使用的机具 3 3步进步骤步进步骤 (1)(1)掘进机搁置在已安装有重物移运器的前下支撑支架、后下支撑支架上，掘进机搁置在已安装有重物移运器的前下支撑支架、后下支撑支架上，掘进机的其余部分都离开地面。

36、此时只有重物移运器与预埋工字梁轨道正缘掘进机的其余部分都离开地面。此时只有重物移运器与预埋工字梁轨道正缘板的加宽板的加宽200mm200mm板接触。板接触。(2)(2)将步进油缸连接到掘进机下支撑及地桩上。将步进油缸连接到掘进机下支撑及地桩上。 (3)(3)伸出步进油缸即可推进掘进机步进。伸出步进油缸即可推进掘进机步进。(4)(4)推满一行程后，将油缸后端与地桩分离。推满一行程后，将油缸后端与地桩分离。(5)(5)收缩步进油缸，在前一行程的地桩上重新装上步进油缸。收缩步进油缸，在前一行程的地桩上重新装上步进油缸。 重复重复(3)一一(4)一一(5)动作，可实现步进目的。动作，可实现步进目的。(

37、三三)其他步进进洞方法其他步进进洞方法 对小直径自重较轻的掘进机，也有采用枕木加黄油、导轨加卷扬机滑移对小直径自重较轻的掘进机，也有采用枕木加黄油、导轨加卷扬机滑移进洞或者用滚捧、支架加卷扬机的办法，这种办法移运速度较慢且不安全。进洞或者用滚捧、支架加卷扬机的办法，这种办法移运速度较慢且不安全。 对于在竖井下安装的掘进机的步进作业，除上述方法外，双护盾掘进机对于在竖井下安装的掘进机的步进作业，除上述方法外，双护盾掘进机可以在竖井下利用辅助推进缸撑在与竖井洞壁相连的推力环上进行步进。可以在竖井下利用辅助推进缸撑在与竖井洞壁相连的推力环上进行步进。四、四、TBM掘进作业掘进作业(一一)TMB掘进操

38、作工序掘进操作工序 TBM控制室是完成各项工作的控制核心。控制室是完成各项工作的控制核心。TBM主控室的操作主要分为主控室的操作主要分为6个步骤：个步骤：启动准备、启动、掘进、停机、换步和调向启动准备、启动、掘进、停机、换步和调向。 (1)(1)在均质硬岩条件下，应选择自动控制推进模式在均质硬岩条件下，应选择自动控制推进模式 。(2)(2)在均质软岩条件下，一般推力都不会太大，刀盘扭矩变化是主要的，在均质软岩条件下，一般推力都不会太大，刀盘扭矩变化是主要的，此时，应选择自动控制扭矩模式。此时，应选择自动控制扭矩模式。 (3)(3)如果不能肯定岩石状态，或岩石硬度变化不均匀，或岩石节理发育，如果

39、不能肯定岩石状态，或岩石硬度变化不均匀，或岩石节理发育，存在破碎带、断层或裂隙较多时，必须选择手动控制模式，靠操作者来判存在破碎带、断层或裂隙较多时，必须选择手动控制模式，靠操作者来判断岩石的属性。断岩石的属性。(4)(4)在手动控制模式作业过程中，如岩石较硬，推进力先达到额定值，且在手动控制模式作业过程中，如岩石较硬，推进力先达到额定值，且岩石较完整，此时应根据推进力模式操作。岩石较完整，此时应根据推进力模式操作。 ( (二二) )掘进模式的选择掘进模式的选择五、出渣与进料运输系统五、出渣与进料运输系统(一一)列车轨道运输列车轨道运输 (四四)压气输送压气输送 (二二)无轨车辆运输无轨车辆运

40、输 (五五)水力水力(浆液浆液)输送输送 (三三)带式输送机运输带式输送机运输 六、衬砌施工六、衬砌施工(一一)管片式衬砌管片式衬砌 使用护盾掘进机时，一般采用圆形使用护盾掘进机时，一般采用圆形全周管片式衬砌全周管片式衬砌。其。其优点优点是：适合软弱是：适合软弱围岩，特别是当围岩允许承载力很低、撑靴不能支撑岩面时，可利用尾部推力围岩，特别是当围岩允许承载力很低、撑靴不能支撑岩面时，可利用尾部推力千斤顶，顶推已安装的管片获得推进反力；当撑靴可以支撑岩面时，双护盾掘千斤顶，顶推已安装的管片获得推进反力；当撑靴可以支撑岩面时，双护盾掘进机可以使掘进和换步同时进行，提高循环速度；利用管片安装机安装管片

41、速进机可以使掘进和换步同时进行，提高循环速度；利用管片安装机安装管片速度快、支护效果好、安全性强，但是它的造价高。根据防水的需要，在每块之度快、支护效果好、安全性强，但是它的造价高。根据防水的需要，在每块之间要安装止水条，并需在管片外圆和洞壁间隙压入砂石和注浆；而预制管片，间要安装止水条，并需在管片外圆和洞壁间隙压入砂石和注浆；而预制管片，则需要就近建设混凝土预制品工厂。则需要就近建设混凝土预制品工厂。(二二)二次模筑混凝土二次模筑混凝土 使用敞开式掘进机，一般是随开挖先施作临时支护，然后进行二次模使用敞开式掘进机，一般是随开挖先施作临时支护，然后进行二次模筑混凝土永久性衬砌，这是为了保证掘进

42、机的高速度掘进，而不可能使开挖筑混凝土永久性衬砌，这是为了保证掘进机的高速度掘进，而不可能使开挖作业和模筑混凝土衬砌作业同时进行。此外，在机械上部进行衬砌作业，会作业和模筑混凝土衬砌作业同时进行。此外，在机械上部进行衬砌作业，会给掘进机设备带来严重的混凝土污染，因此只在刀盘后部进行必要的临时支给掘进机设备带来严重的混凝土污染，因此只在刀盘后部进行必要的临时支护如锚杆、喷射混凝土、架钢拱架。护如锚杆、喷射混凝土、架钢拱架。模筑混凝土衬砌模筑混凝土衬砌 二次混凝土衬砌，根据地质条件也有用喷射混凝土作为永久衬砌的，二次混凝土衬砌，根据地质条件也有用喷射混凝土作为永久衬砌的，多数隧道往往采取二次模筑混

43、凝土衬砌，使用穿行式模板台车，进行永久多数隧道往往采取二次模筑混凝土衬砌，使用穿行式模板台车，进行永久衬砌的灌筑。衬砌的灌筑。 七、仰拱预制块铺设七、仰拱预制块铺设 拱预制块随拱预制块随TBMTBM的掘进而铺设，其铺设进度和质量直接制约着的掘进而铺设，其铺设进度和质量直接制约着TBMTBM掘进速掘进速度，仰拱预制块的施工顺序如下：度，仰拱预制块的施工顺序如下： 仰拱预制块锚固仰拱预制块锚固洞外安装止水带洞外安装止水带 底部清理底部清理 仰拱块运输仰拱块运输 仰拱块安放仰拱块安放 八、八、TBM通过不良地质地段的措施通过不良地质地段的措施（一）坍滑、坍塌的主要类型、形态（一）坍滑、坍塌的主要类型

44、、形态 TBMTBM进入软弱破碎围岩时出现坍滑、坍塌的主要类型、形态随围岩类别、进入软弱破碎围岩时出现坍滑、坍塌的主要类型、形态随围岩类别、岩性、节理发育、节理走向的不同而有所不同，在岩性、节理发育、节理走向的不同而有所不同，在TBMTBM掘进时围岩出现坍滑、掘进时围岩出现坍滑、坍塌的情况主要有以下五种：坍塌的情况主要有以下五种： (1)(1)在在TBMTBM刀盘的正前方开挖断面内出现围岩坍滑、坍塌。刀盘的正前方开挖断面内出现围岩坍滑、坍塌。 (2)TBM(2)TBM刀盘前上方呈锅底状并随时有岩石掉落现象发生，刀盘前上方呈锅底状并随时有岩石掉落现象发生，TBMTBM刀盘的正前方刀盘的正前方出现

45、围岩坍滑、坍塌，围岩呈自然斜坡状，此时坍滑、坍塌部位扩展到开挖出现围岩坍滑、坍塌，围岩呈自然斜坡状，此时坍滑、坍塌部位扩展到开挖断面以外。断面以外。 (3)TBM(3)TBM刀盘顶护盾上方塌落的岩石紧压护盾，或呈半锅底状并随时有岩石刀盘顶护盾上方塌落的岩石紧压护盾，或呈半锅底状并随时有岩石掉落现象发生。掉落现象发生。 (4)TBM(4)TBM刀盘侧护盾外侧岩石塌落、掉落，根据围岩类别、岩性、节理发育刀盘侧护盾外侧岩石塌落、掉落，根据围岩类别、岩性、节理发育及走向形状各异。及走向形状各异。 (5)TBM(5)TBM主机支撑区边墙坍滑：先期掘进后开挖面处于相对稳定状态，当刀主机支撑区边墙坍滑：先期

46、掘进后开挖面处于相对稳定状态，当刀盘切削完后处于撑靴位置时，由于撑靴的挤压，围岩失稳、松动、坍滑。盘切削完后处于撑靴位置时，由于撑靴的挤压，围岩失稳、松动、坍滑。 (二二) 围岩坍滑、坍塌后的处理措施围岩坍滑、坍塌后的处理措施3. 3. 拱墙处拱墙处( (撑靴处撑靴处) )坍塌的处理坍塌的处理 1. 1. 围岩破碎地段的处理围岩破碎地段的处理 2. 2. 拱顶处的坍塌处理拱顶处的坍塌处理 4. 4. 撑靴部位位于软弱地段的处理撑靴部位位于软弱地段的处理 （三）防止围岩坍滑、坍塌的措施（三）防止围岩坍滑、坍塌的措施1. 1. 加强超前探测及超前钻探，施作管棚注浆加固加强超前探测及超前钻探，施作管

47、棚注浆加固2. 2. 加强围岩的支护加强围岩的支护 3. 3. 掘进参数的合理选择掘进参数的合理选择 4. 4. 加强围岩量测监控加强围岩量测监控 第三节第三节 隧道盾构法隧道盾构法一、盾构法的基本概念一、盾构法的基本概念盾构法盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。 构成盾构法的主要内容是：构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造一竖井先在隧道某段的一端建造一竖井( (始发井始发井) )，以供盾构安装就位。盾构从始发井的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴以供盾构安装就位。盾构从始发井的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井线，向另一竖井( (

48、到达井到达井) )的设计孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，的设计孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井的后通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井的后靠壁上。盾构是这种施工方法中最主要的独特的施工机具。它是一个既能支靠壁上。盾构是这种施工方法中最主要的独特的施工机具。它是一个既能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结承地层压力，又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段内部构，在钢筒的前面设置各种类型的支

49、撑和开挖土体的装置，在钢筒中段内部安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆液，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖中压注足够的浆液，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。面排出适量的土方。盾

50、构法施工图盾构法施工图(一一) 盾构法的施工技术盾构法的施工技术 使用盾构法，往往需要根据穿越土层的工程水文地质特点辅以其他使用盾构法，往往需要根据穿越土层的工程水文地质特点辅以其他施工技术措施。主要有：施工技术措施。主要有： （1 1）疏干掘进土层中地下水的措施。）疏干掘进土层中地下水的措施。 （2 2）稳定地层、防止隧道及地面沉陷的地层加固措施。）稳定地层、防止隧道及地面沉陷的地层加固措施。 （3 3）隧道衬砌的防水堵漏技术。）隧道衬砌的防水堵漏技术。 （4 4）配合施工的监测技术。）配合施工的监测技术。 （5 5）开挖土方的运输及处理方法等。）开挖土方的运输及处理方法等。（二）盾构法的主