不同地层条件下的盾构与TBM选型 (1)
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1.适用的工程不一样,TBM用于硬岩,盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进,平衡,支护系统都不一样。
3.TBM比盾构技术更先进,更复杂。
4.工作的环境也不一样,TBM是硬岩掘进机,一般用在山岭隧道或大型引水工程,盾构是软土类掘进机,主要是城市地铁,及小型管道。
其实TBM和盾构除了这些本质的差别外,笼统的来说,都是一样,都是隧道全断面掘进。
只是不同的工作环境应用不用的机械罢了。
TBM按照英文翻译就是隧道掘进机,一般而言,为了区分,将TBM特指硬岩掘进机;EPB 土压平衡盾构机。
收稿日期:2011-07-25作者简介:毛卫洪(1973 ),男,工程师,2007年毕业于石家庄铁道学院土木工程专业,主要从事隧道与铁道工程监督管理工作 jdz22677@隧道掘进机(T BM )选型探讨毛卫洪(铁道部工程质量安全监督总站乌鲁木齐监督站,新疆乌鲁木齐830011)摘 要:我国山岭隧道的长度不断增加,数十公里的隧道不断投入到施工阶段,然而由于埋深大、施工支洞布置困难、环境保护要求高等因素影响,越来越多的硬岩掘进机(T BM )得以应用。
T BM 对地质条件的适应性不及钻爆法灵活,但适宜的地质条件下可以取得很高的施工进度,它可分为开敞式、单护盾、双护盾等不同类型。
不同的T BM 有不同的特点,不同的工程有不同的要求,T BM 选型主要根据工程地质和水文地质条件、隧道设计要求、施工进度要求、支护与衬砌形式等综合分析后确定。
工程条件与T BM 完美结合才能促进隧道工程顺利施工,达到安全、质量、工期、效益目标。
关键词:隧道掘进机(T BM );选型;再制造T BM中图分类号:U 455.31 文献标识码:A 文章编号:1672-3953(2011)05-0015-04从20世纪50年代开始,国外隧道掘进机研发制造与应用取得了突破,真正走向了实用并在实际施工过程中得到长足发展,目前已经成为一种成熟的隧道施工设备并发展为一项重要的隧道施工技术和方法。
欧美国家隧道施工首选T BM 法,不仅仅是长大隧道,即使长度为3~4km 甚至更短也会优先选用TBM 施工。
隧道掘进机分类方法众多,根据围岩条件可以分为硬岩掘进机和软土掘进机,国内通常将硬岩掘进机简称为TBM,而把软土掘进机称为盾构机。
国内T BM 事业起步较早、发展较慢,从秦岭铁路隧道开始掀开了国内TBM 施工的新篇章,并促进了我国T BM 技术在铁路隧道以及水利水电工程隧洞施工领域的推广与应用,如在已经完工的辽宁大伙房输水工程隧洞和正在施工的锦屏二级电站隧洞、兰渝铁路西秦岭隧道、引洮供水工程、引红济石工程,以及重庆地铁(采用开敞式以及复合式单护盾TBM 施工,区别于其他城市地铁采用盾构机施工)等项目中应用;辽西北供水工程计划采用9台TBM 施工,目前正在进行第一批5台TBM 招标采购工作;陕西引汉济渭工程秦岭隧洞拟采用2台T BM 、吉林中部城市供水工程计划采用2~3台TBM 施工;其它铁路、水利水电、能源等领域工程项目TBM 的计划也在论证筹备中。
T B M和盾构的区别1.适用的工程不一样,TBM用于硬岩,盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进,平衡,支护系统都不一样。
3.TBM比盾构技术更先进,更复杂。
4.工作的环境也不一样,TBM是硬岩掘进机,一般用在山岭隧道或大型引水工程,盾构是软土类掘进机,主要是城市地铁,及小型管道。
其实 TBM和盾构除了这些本质的差别外,笼统的来说,都是一样,都是隧道全断面掘进。
只是不同的工作环境应用不用的机械罢了。
全断面掘进机(TBM)和土上的盾构机(如泥水加压盾构)还是有很大区别的。
因为毕竟两者的工作环境不一样,造成两者的掘进,平衡,支护系统都不一样。
而且前者也远比后者复杂TBM与盾构机在价格方面有很大不同;适应的工作环境不一样;施工进度两者有很大差异。
TBM主要用于在岩石中开挖,而盾构机主要用于在土层中开挖TBM英文原文: Tunnel Boring Machine中文即:隧道掘进机(1)在岩石中开挖隧道的TBM:通常用这类TBM在稳定性良好、中~厚埋深、中~高强度的岩层中掘进长大隧道。
这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩,保持掘进的高效率和工程顺利。
(2)在松软地层中掘进隧道的TBM:通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。
这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。
对于全断面隧道掘进机,目前在国内有两种提法,其一是岩石掘进机(TBM),其二是盾构机。
TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机,盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。
这种说法有些言不符实,因为现在许多硬岩TBM也采用盾构技术,而TBM本来就是隧道掘进机的意思。
鉴于学术及现实中称法混乱,造成许多麻烦,所以本文建议国内采用统一称法,采用“硬岩TBM”和“软岩TBM”两种来规范(下文就采用此用法)。
其中硬岩TBM又可分为敞开式TBM、护盾式TBM。
硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进,代替传统的钻爆法,在相同的条件下,其掘进速度约为常规钻爆法的4~10倍,最佳日进尺可达150m;具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。
探讨TBM法综合施工在煤矿长斜井的应用煤矿的长斜井根据用途可分为主井和副井两类,具有长度长、埋深大的特点,需要穿过复杂的地层和煤系地层。
在煤矿斜井的施工中,采用TBM法还属于一种新型的技术,施工经验少,处于使用的探索阶段,发展还不够成熟,缺乏案例支撑。
对于我国煤矿长斜井的施工中,使用TBM法是一种技术的变革,对我国的煤矿建井技术来说具有开拓性的意义。
常规的矿井施工多以钻爆法为主,相对于钻爆法来说,TBM具有开挖效率高、开挖面质量高、使用经济、安全性高等特点。
正是由于TBM法具有的独特优势,在煤矿斜井中采用TBM法进行施工,也是我国煤矿斜井施工的发展趋势。
1、斜井主要技术参数选定1.1斜井坡度斜井要满足功能性要求,首先要就有尽可能大的运力,因为斜井要满足煤矿运输上井、人们的上下通行、排矸和投放设备等要求。
对于斜井来说,其坡度越大,长度就越短,经济性也就越好,但是这样一来在施运输、施工和管片结构设计等方面的难度也就相应的增加。
斜井的最大坡度的设计需要从以下几个方面来考虑:第一方面,管片结构的稳定能力。
我们通过对斜井衬砌的管片机构受力中的下滑力和摩擦阻力进行计算分析得出,如果将斜井坡度保持在15%的范围以下,管片结构的自我稳定良好,如果坡度大于9度,则管片有下滑的可能,需要对管片进行加固。
第二方面,平皮带运输的安歇角度。
通常平皮带运输的安歇角度最大值在16度,如果大过这个度数,则平皮带出渣就实施困难。
矿井在开挖过程中,掘进机通常采用平皮带出渣和螺旋输送出渣两种方式。
平皮带与掘进机的夹角大小对平皮带出渣的效率有直接的影响,也就是说,一定要保持安歇角在16度的范围之内。
第三方面,与辅助运输方式关联。
要充分考虑到多功能运输车的爬坡能力,目前运输车的最大爬坡能力为11度。
1.2断面界限斜井采用TBM掘进机进行施工,其断面界限的要求有以下几点:第一,主井和副井的永久运输。
对于支护架的运输、设备的运输、人员和材料的运输等都要满足,断面尺寸内净空间在7米以上。
TBM 掘进参数与不同岩性地层相关性分析一、前言盾构掘进作为近年来城市地铁工程中普遍采用的一种方式,其性能优越、施工安全、速度快、造价低等特点,赢得了不少工程技术人员的青睐。
但不同地质条件下的盾构掘进效果却因为岩石性质的不同而有着天壤之别。
因此,对于岩性地层的探测、解析以及不同岩性地层与TBM 掘进参数之间的相关性研究,对盾构施工具有重要意义,可以有效避免道路塌陷、卡盾事故等工程事故的发生。
二、不同岩性地层的探测和解析针对不同类型的岩性地层,可以采用不同的探测方法,以进一步分析其特征和性质。
1.粘土类地层:一般为有机胶性粘土、黄壤、红壤、熟粘土、膨胀土等。
采用切割土样、钻孔取心等方法进行分析,具体探测指标包括含水量、塑性指数、液限、黏限、重度等特征。
2.砂类地层:包括各种砂质土、泥砂、石英砂等。
这类地质的探测方法一般为井孔测控法,监测下洞孔压力变化等相关指标,以确定井间距、地下水位、最大允许土压等参数。
3.岩类地层:构成聚合体的分子间作用力很强,故具有较大强度和脆性,一般是由花岗岩、大理岩、石灰岩等的形成,探测方式一般通过钻孔分析和人工取样进行,详细指标包括适用的钻头类型、基岩露头表面的几何形状。
三、不同岩性地层与TBM 掘进参数相关分析TBM 掘进参数则是指在掘进工程中,工程师为了获得最佳掘进效果和安全保障,通过调整盾构机各项参数的方法来进行。
下面具体分析TBM 掘进参数与不同岩性地层之间的相关性。
1.刀头类型盾构刀头是与岩石接触的部分,直接影响了掘进的质量和速度。
粘土地层中,应选用一般型截齿,用于切削和处理土层样本,加工成泥浆并输送出洞。
在砂类地层中,一般采用钻石刀片,可减少对地层的损坏和磨损。
对于硬岩,常使用甲型齿,其硬度高、抗磨损能力强,可更好的适应岩石的硬度及强度。
需要注意的是,误选刀头类型不仅会前期投资大,后期增加施工前期准备时间和工程噪音,更容易对TBM 机身和机组造成直接破坏。
2.土压与泥浆压力参数在掘进过程中,需要对地层进行支护,以维护盾构的稳定性和掘进的安全性。