第六章 隧道全断面掘进机施工技术

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第六章隧道全断面掘进机施工技术

第六章隧道全断面掘进机施工技术

第一节概述

一、国内外应用概述

隧道掘进机施工法是用隧道掘进机切削破岩，开凿岩石隧道的施工方法，始于本世纪!"年代。随着掘进机技术的迅速发展和机械性能的日益完善，隧道掘进机施工得到了很快发展。掘进机施工有着钻爆法施工不可比拟的优点。在世界科技飞速发展的今天，更使掘进机有了广阔的使用条件。虽然钻爆法仍是当前山岭隧道施工的最普遍的方法，而且掘进机也不能取代钻爆法施工，但用掘进机施工的隧道数量不断上升。据不

总长度在$"""%&左右。特别完全统计，世界上采用掘进机施工的隧道已有#"""余座，

是在欧美国家，由于劳动力昂贵，掘进机施工已成为进行施工方案比选时必需考虑的一种方案。近年来，用掘进机完成的大型隧道如英法海峡铁路隧道，三座平行的各长约

使用了##台掘进机，用三年多一点时间，即修建完成。另外如长度#(%&’"%&的隧道，

的瑞士费尔艾那隧道，其中有约()’%&用掘进机施工，已于#((*年$月贯通。瑞士拟

铁路隧道，长约’*%&，也将采用掘进机施议建设穿越阿尔卑斯山的新圣哥达（+,--./01）

有排水隧道大工。在美国，芝加哥2345工程是一项庞大的污水排放和引水地下工程，

约$"多公里，全部采用掘进机施工。在我国，铁路隧道采用掘进机施工始于*"年代，但由于机械性能很差，得不到发展。改革开放以来，在一些水利工程上引入了外商承包，他们采用了掘进机施工，如意大利676公司曾在甘肃引大入秦和山西万家寨引水工程中用掘进机施工引水隧道获得成功。#((*年底，我国西安至安康铁路秦岭特长隧

公司2;<<"=型隧道掘进机。该铁路隧道长#<)’%&，开道首次引入德国维尔特（8952:）

挖直径<)<&，可望于>"""年初贯通。可以预言，随着科技发展进步的步伐加快，随着掘进机技术本身的不断发展完善，今后会有很多数量的隧道采用掘进机法施工。

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二、施工特点

与钻爆法开挖隧道施工过程相比，使用掘进机开挖隧道的特点在于施工过程是连续的，具有隧道工程“工厂化”的特点。

经过近一个世纪的努力，随着现代技术的发展，特别是近几十年来，掘进机不仅能在岩石整体性及磨蚀性强的条件下工作，也能在稳定条件差的地层中施工，从而被许多隧道作为主要施工方案进行比选。

钻爆法施工和掘进机施工有着不同的适用范围和优劣。钻爆法施工适用范围广，不受隧道断面尺寸和形状的限制；对各类围岩均能适用，当地质条件变化时，施工工艺可机动灵活随之变化；施工设备的组装和工地之间的转移简单方便，重要利用率高；多年来已积累了丰富宝贵的施工经验，形成了科学完整的工艺，这些是人们普遍认同的优势。但它同时也存在施工工序多，施工过程中各工序干扰大，开挖速度低、超（欠）挖严重，爆破时对地层拢动大，施工安全性差，作业场所环境恶劣、工人劳动强度大等难以克服的缺点，此外由于开挖速度低，在较长隧道施工时，往往需要采用辅助坑道来增加开挖工作面，从而增加了工程造价。

采用掘进机施工具有快速、连续作业、机械化程度高、完全、劳动强度小、对地层拢动小、衬砌支护质量好、通风条件好、减少辅助工程等优点。但它也有对地质条件的依赖性大，设备的型号一旦决定，开挖断面尺寸不可改变；一次性投资大等劣势。

三、掘进机类型

山岭隧道掘进机分为全断面和悬臂式两大类。全断面掘进机（!"##$%&’()#*+,-.)#$简称!&+）又分开敞式的护盾式两类。护盾型又分单护盾和双护盾。目前使用的主要是全断面掘进机，悬臂式尚处在发展的初期阶段。

一般而言，开敞式掘进机要适合于硬岩隧道的开挖。开敞式和护盾式掘进机的区别在于开敞式掘进机在开挖中依靠撑于岩壁上的水平支撑提供设备推力和扭矩的支撑反力，开挖后的围岩暴露于机械四周。而护盾掘进机则可在掘进中利用尾部已安装的衬砌管片作为推进的支撑，围岩由于有护盾防护，在护盾长度的范围内，不暴露。因此护盾掘进机更适用于软岩。

单护盾掘进机适用于软岩地层以及自稳时间相对较短的地质条件较差的地层（图

。例如在瑞士巴塞尔市的23456隧道，使用一台直径1789:;的单护盾掘进/0/01）

机完成了9<;的软岩开挖。单护盾掘进机在掘进和安装衬砌管片时是依次顺序进行的，即不能同时作业。掘进中，它依靠后部的推进千斤顶顶推已安装好的衬砌管片（图

得以向前掘进，掘进停止后，利用管片安装机将分成若干块的一环管片安装到/0/07）

隧道上。

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推尾部安装好的衬砌管片推进，也可以在利用水平支撑进行开挖时，同时安装衬砌管片，因此双护盾掘进机使开挖和安装衬砌管片的停机换步时间大大缩短。在我国甘肃引大入秦工程中的!"#号水工隧道使用一台直径$%$&双护盾掘进机完成了’’%()&的开挖，最高月开挖突破了’"""&。

第二节开敞式掘进机

一、主机

（一）基本构造

目前世界上生产的开敞式掘进机基本有两种型式一单支撑和双支撑。

单水平支撑掘进机如图(*(*+所示。它的主梁和大刀盘支架是掘进机的构架，为所有的其它构件提供安装支点。大刀盘支架的前部安装主轴承和大内齿圈，它的四周安装了刀盘护盾，利用可调式顶盾、侧盾和下支撑保持与开挖洞面的浮动支承，从而保证了大刀盘的稳定。主梁上安装推力千斤顶和支撑系统。由于采用了一对水平支撑，因此它在掘进过程中，方向的调整是随时进行的，掘进的轨迹是曲线。单支撑式掘进机主轴承多为三轴承组合，驱动装置直接安装在刀盘的后部，故机头较重，刀盘护盾

较长。

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双水平支撑掘进机如图!"!"#所示。在主机架中间有两对水平支撑，它可以沿着镶着铜滑板的主机架前后移动。主机架的前端与大刀盘、轴承、大内齿圈相连接，后端与后下支撑连接，推进千斤顶借助水平支撑推动主机架及大刀盘向前，布置在水平支撑后部的驱动装置通过传动轴将扭矩传到大刀盘。在掘进中由两对水平支撑撑紧洞壁，因此掘进方向一经定位，只能沿着直线掘进，只有在重新定位时，才能调整方向，所

以掘进机轨迹是折线。德国维尔特公司制造的掘进机属此类型。

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图!"!"!#开敞式掘进机掘进循环示意图

（双下支撑）

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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联接。刀盘上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挖。刀座是大 …… 此处隐藏：4338字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……