掘進(jìn)機(jī)施工法

TBM由主機(jī)和后配套系統(tǒng)組成。主機(jī)由刀盤、刀頭、主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、管片安裝設(shè)備、超前鉆探設(shè)備、操作室、超前支護(hù)設(shè)備等組成。

后配套系統(tǒng)由運(yùn)輸系統(tǒng)，支護(hù)系統(tǒng)，液壓和控制系統(tǒng)，通風(fēng)排塵系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，全裝置，光導(dǎo)向系統(tǒng)(ZED系統(tǒng)) 等組成。

雙護(hù)盾TBM在掘進(jìn)過(guò)程中主要是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)其上的滾動(dòng)刀頭切削巖石，其向前的推力來(lái)自TBM機(jī)頭的夾盾與圍巖的摩擦力及主推進(jìn)油缸和機(jī)頭尾部輔助推力缸對(duì)已安裝管片的反力。通過(guò)出渣系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)出開(kāi)挖料，并運(yùn)進(jìn)管片、豆礫石、水泥及各種施工材料; 管片安裝系統(tǒng)通過(guò)遙控安裝管片，管片安裝完畢后進(jìn)行管片與圍巖之間豆礫石回填，并在機(jī)尾進(jìn)行水泥灌漿。

1. 掘進(jìn)

TBM的掘進(jìn)是依靠安裝在刀盤上的滾刀旋轉(zhuǎn)擠壓破碎圍巖來(lái)進(jìn)行的。每天開(kāi)始掘進(jìn)前專業(yè)技術(shù)人員都要對(duì)TBM掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行技術(shù)檢查，主要檢查刀盤及其部件的完整性，檢查激光導(dǎo)向系統(tǒng)及洞軸線的偏移情況，以便做出必要的調(diào)整，然后TBM啟動(dòng)工作。一般每隔2km對(duì)洞內(nèi)基本導(dǎo)線進(jìn)行檢查。

在掘進(jìn)的同時(shí)，渣料通過(guò)刀盤上的料斗傳輸?shù)狡?渣車停放在加利福尼亞道岔上并通過(guò)液壓裝置移動(dòng)，期間通過(guò)視頻裝置監(jiān)視裝渣情況，機(jī)車總是在渣車的最前面以改善其安全性和提高運(yùn)輸速度，機(jī)車由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每列車由一個(gè)裝水泥的車廂、九個(gè)渣車、一個(gè)豆礫石車、一個(gè)載人車和四個(gè)管片車組成。渣車裝滿以后運(yùn)出洞外，再通過(guò)翻渣機(jī)卸到轉(zhuǎn)渣場(chǎng)，最后用自卸汽車運(yùn)到永久棄渣場(chǎng)，在返回的時(shí)候運(yùn)回管片、水泥、豆礫石等。

洞內(nèi)外運(yùn)輸采用按列編組柴油機(jī)車牽引，火車運(yùn)輸。此外，在TBM掘進(jìn)的同時(shí)確定開(kāi)挖隧洞的圍巖類別。地質(zhì)工程師主要通過(guò)對(duì)TBM開(kāi)挖渣料和有無(wú)地下水等方面的觀測(cè)，并在TBM停機(jī)時(shí)通過(guò)側(cè)窗和進(jìn)入掌子面對(duì)圍巖的巖性、構(gòu)造發(fā)育情況等方面進(jìn)行觀察，同時(shí)參考TBM掘進(jìn)參數(shù)的變化進(jìn)行綜合分析，確定出開(kāi)挖隧洞的圍巖類別。

2. 襯砌

管片襯砌是與TBM掘進(jìn)的配套技術(shù)，可使TBM在復(fù)雜的地質(zhì)條件下安全、快速掘進(jìn)并使隧洞及時(shí)得到支護(hù)。管片由小火車運(yùn)到TBM后配套系統(tǒng)上，一個(gè)掘進(jìn)沖程結(jié)束后立即在后護(hù)盾內(nèi)進(jìn)行安裝。每個(gè)襯砌環(huán)由四片管片組成，包括兩片側(cè)管片和底拱、頂拱管片各一片，由異步液壓起重機(jī)進(jìn)行安裝。安裝順序?yàn)椴僮魇滞ㄟ^(guò)遙控裝置安裝底片- 頂片-左片- 右片，環(huán)與環(huán)之間用定位銷和導(dǎo)向桿加以連接，如此不斷循環(huán)進(jìn)行。

3. 豆礫石回填與水泥灌漿

由于管片外側(cè)與圍巖之間不可避免地存在空隙(護(hù)盾的厚度、襯砌安裝間隙、刀頭磨損量及超挖等) ，豆礫石回填與水泥灌漿顯得尤為必要，一方面通過(guò)豆礫石回填灌漿層傳遞圍巖壓力；一方面填充圍巖與管片之間的間隙增加襯砌的穩(wěn)定性和防滲性。

為了防止TBM開(kāi)挖和洞內(nèi)運(yùn)輸車輛振動(dòng)對(duì)管片穩(wěn)定的影響，對(duì)圍巖與管片之間的間隙必須及時(shí)進(jìn)行豆礫石回填。

管片豆礫石通過(guò)豆礫石泵→管道→噴嘴從混凝土管片的預(yù)留孔灌入管片與圍巖的間隙中。次序?yàn)閺牡坠暗絺?cè)拱再到頂拱，目的是為管片環(huán)提供一個(gè)適當(dāng)?shù)闹瘟?。為防止豆礫石進(jìn)入襯砌與尾盾之間的間隙，在TBM尾盾裝配了一個(gè)封閉墊片。豆礫石填料應(yīng)是經(jīng)過(guò)篩選、清洗干凈和堅(jiān)固的細(xì)骨料,粒徑為5～10mm的專用料。

水泥灌漿相對(duì)要滯后一些，大約距離掌子面有200m左右，水泥為425# 普通硅酸鹽水泥?；靥罟酀{的水灰比為0.7:1( 重量比) ，孔口灌漿壓力為0.3～0.4MPa。灌漿原則是：橫向自下而上灌，縱向呈階梯狀，在下排孔灌完之后才能灌上排孔，不允許漿液由上排孔串至下排孔漫灌。

在不良地質(zhì)條件的洞段實(shí)施灌漿時(shí)，如果單孔的吃漿量較大，應(yīng)采取間斷性灌漿的方法，進(jìn)行多次灌漿，直到串漿孔出漿為止。

水泥灌漿從底管片到頂管片按次序進(jìn)行，底、側(cè)管片的灌漿基本在TBM掘進(jìn)過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行灌漿，大部分頂管片的灌漿工作待隧洞貫通后實(shí)施。為防止?jié){體外滲，進(jìn)行管片接縫間的勾縫工作。灌漿結(jié)束后28d進(jìn)行鉆探取芯以檢查灌漿的效果，主要檢查灌漿的密實(shí)性、水泥結(jié)石的強(qiáng)度及滲透性。部分洞段進(jìn)行了壓水試驗(yàn)用來(lái)檢查灌漿的效果。

4. 管片生產(chǎn)

使用管片體形基本相同，均為六邊形。底片內(nèi)拱設(shè)有道軌安裝平臺(tái)，平臺(tái)上預(yù)留道釘孔。管片外側(cè)安裝橡膠止水條,側(cè)面粘貼瀝青緩沖片。

為了保證TBM的快速掘進(jìn)，管片預(yù)制廠的生產(chǎn)線能力應(yīng)能滿足施工的需求。一般1 條生產(chǎn)線的計(jì)劃產(chǎn)量為每天96片預(yù)制管片(1.4m寬) ，可滿足33m長(zhǎng)的隧洞襯砌。管片養(yǎng)護(hù)部分分為預(yù)熱窯和蒸養(yǎng)窯，其中預(yù)熱窯可容納5個(gè)模具，蒸養(yǎng)窯可容納16個(gè)模具。

管片貯存在預(yù)制廠前面的露天場(chǎng)地，每4片為一組，按底片、側(cè)片、側(cè)片、頂片自上而下疊放，中間分別用兩根方木支撐。場(chǎng)地可以存放至少是16天的生產(chǎn)量 。

全斷面掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，簡(jiǎn)稱TBM)的施工具有快速、高效、安全可靠、施工質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且集機(jī)械、電子、液壓、激光、控制等技術(shù)為一體,實(shí)現(xiàn)了高度機(jī)械化和自動(dòng)化，作為當(dāng)前最先進(jìn)的大型地下隧道開(kāi)挖襯砌成套裝備，得到了廣泛應(yīng)用。引黃工程先后集中使用了6臺(tái)雙護(hù)盾全斷面掘進(jìn)機(jī)(其中5臺(tái)為美國(guó)羅賓斯公司制造，1臺(tái)為法國(guó)NFM公司制造)用于工程建設(shè)，成為國(guó)內(nèi)乃至世界使用全斷面掘進(jìn)機(jī)最集中的地方之一。全斷面掘進(jìn)機(jī)累計(jì)完成隧洞開(kāi)挖及襯砌長(zhǎng)度125km，占整個(gè)隧洞長(zhǎng)度的65%。

從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)角度來(lái)說(shuō)，并非所有地質(zhì)情況的工程都適宜掘進(jìn)機(jī)的施工。因此，是否選用掘進(jìn)機(jī)施工，選用何種類型的掘進(jìn)機(jī)以及如何確定主要技術(shù)參數(shù)和進(jìn)行系統(tǒng)配置,需考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

1) 地質(zhì)因素分析：主要從工程的地質(zhì)條件是否適宜掘進(jìn)機(jī)和影響開(kāi)挖效率的因素來(lái)加以考慮，分析有關(guān)地質(zhì)資料。

2) 掘進(jìn)性能的要求：衡量掘進(jìn)性能的指標(biāo)主要為純掘進(jìn)速率、完好率、利用率和刀具消耗等。

3) 主要技術(shù)參數(shù)的選擇：影響掘進(jìn)機(jī)的耐久性和性能的主要關(guān)鍵零部件為刀盤、刀具、刀盤軸承、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)等。

在引黃工程使用的雙護(hù)盾全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)中每臺(tái)都結(jié)合各洞段的地質(zhì)情況完成掘進(jìn)機(jī)的選型。在長(zhǎng)隧洞選線中，由于受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的制約，造成了對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)了解的局限性，常常在施工中遭遇未預(yù)見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害(如涌水、巖溶、瓦斯、斷層破碎帶、膨脹巖、高地應(yīng)力、圍巖大變形等) ，造成掘進(jìn)施工受阻或停工。在進(jìn)行TBM選型時(shí)，應(yīng)充分考慮以上可能碰到的不利情況。全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)由于要穿越煤系地層、膨脹巖及地下水洞段，該機(jī)就裝有瓦斯報(bào)警裝置、超挖裝置、自動(dòng)排水設(shè)備、超前鉆探及超前預(yù)注漿設(shè)備等。一旦探頭檢測(cè)到瓦斯的含量超過(guò)安全含量，自動(dòng)裝置就會(huì)及時(shí)切斷電源停止掘進(jìn)，確保施工人員及設(shè)備的安全; 同時(shí)該機(jī)還可適應(yīng)膨脹巖洞段擴(kuò)挖的要求等。

全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)后配套設(shè)備主要由風(fēng)、水、電供應(yīng)和材料運(yùn)輸保障系統(tǒng)構(gòu)成。據(jù)統(tǒng)計(jì)由于后配套系統(tǒng)的原因引起的掘進(jìn)停工時(shí)間占總停工時(shí)間的比例較高，因此全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)后配套技術(shù)及設(shè)備對(duì)保障全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)、均衡、高效運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。引黃工程后配套系統(tǒng)最長(zhǎng)的達(dá)350m，其上安放有變壓器、卷線機(jī)、壓縮機(jī)、電器柜、除塵設(shè)備、灌漿機(jī)和液壓動(dòng)力設(shè)備及水泥漿拌和系統(tǒng)等，后配套系統(tǒng)和它上面的輔助設(shè)備都在設(shè)計(jì)和裝配階段進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，以適應(yīng)在各種不同地質(zhì)條件下掘進(jìn)的需要。后配套系統(tǒng)帶有用于雙沖層的機(jī)車，在后配套系統(tǒng)尾部增加加利福尼亞道岔，以提高運(yùn)輸速度 。

《電力名詞》第三版2100433B