全断面竖井掘进机上排渣关键技术研究与试验

为解决竖井掘进机施工过程中竖向排干渣的难题，提出全断面竖井掘进机上排渣技术。首先，介绍上排渣系统的技术原理和排渣能力；然后，针对岩渣粒径控制技术、刮板输送机刮渣技术、刮渣盲区清渣技术、斗式提升机转渣技术进行研究；最后，进行不同推力和转速等多种工况下的掘进试验。结果表明： 上排渣技术可行，岩渣粒径可控，排渣系统运转正常。全断面竖井掘进机上排渣技术，为竖井掘进机机械化连续排渣提供了一种可行可靠的方法，有利于促进竖井掘进施工技术的进步。     

适用于复合地层的硬岩泥水平衡顶管关键技术

为了提高国产顶管对硬岩复合地层等复杂地质条件的适应性和设计制造水平，结合南宁市邕宁区污水管道工程，对适用于复合地层的硬岩泥水平衡顶管关键技术进行探究。其关键技术包括： 研究适用于复合地层的紧凑型刀盘结构，优化刀具组合形式；基于常用的岩石破碎方法，设计一种变位剪切二次破碎机构； 通过刀盘偏心超挖、设置石粉导流槽、盾体注入黏土的方法，解决硬岩地层中易卡盾体、卡管节的难题；完成“泥水舱+气垫舱”的双舱设计，采用泥水压力快速精准测量、阀门模块化自动控制，实现地层的低扰动掘进； 进行带压换刀和常压换刀的针对性设计，实现狭小空间快捷安全换刀；结合泥水循环系统多种模式的转变和自冲洗、高压水冲洗位置的合理布置，提出泥水循环系统防堵塞措施。研制出的适用于复合地层的硬岩泥水平衡顶管在工程施工过程中掘进性能良好，地质适应性强。     

长距离掘进软弱围岩的TBM刀盘扩挖技术

为解决全断面岩石隧道掘进机（TBM）在软弱围岩地层的适应性问题，应对由于围岩收敛变形导致的卡机和支护被破坏的风险，基于高黎贡山隧道TBM施工项目，从TBM装备角度提出了针对性设计方案。通过对比现有的TBM刀盘扩挖技术，提出边缘滚刀外移和预留扩挖刀箱组合设计方案，并结合一套同步抬升油缸系统和中间导向柱实现了刀盘的抬升扩挖设计。通过上述研究，使刀盘半径方向扩挖量达到100 mm，避免由于隧道底部扩挖导致的主机“栽头”现象，实现TBM在软弱围岩地质条件的长距离扩挖掘进。     

深埋硬岩特长隧道快速掘进技术研究

对于深埋硬岩隧道,快速掘进技术的运用能够有效缩短工期,从而带来极高的经济效益。选择合理的爆破进尺以减少对围岩的损害是保证快速掘进的前提,同时配合高效的施工方式才能实现快速掘进。采用数值模拟方式,以虹梯关隧道为例,通过松动圈厚度及变形量大小对3,3.5,4,5 m各爆破进尺下围岩的稳定性进行评价,得出快速掘进的理论爆破进尺并应用于工程实际。在理论研究的基础上结合现场施工组织提出深埋硬岩隧道的快速掘进的合理进尺,即Ⅱ级围岩可采用3.5~4 m爆破进尺。     

DSU-C多功能全断面岩石掘进机

为解决开敞式掘进机在软弱围岩条件下无法掘进和双护盾式掘进机在遇到收缩性围岩或经过断层破碎带时容易出现卡机无法通过的问题,本文介绍了一种DSU-C多功能全断面岩石掘进机,该掘进机优化了结构设计--盾体呈倒锥形并缩短了主机长度,减小了盾体与隧道壁之间的摩擦力,有效避免了在遇到收缩性围岩或经过断层破碎带时卡机事故的发生;性能方面采用大推力和大扭矩设计,脱困能力强;此外,该掘进机具有多种掘进模式,适用于开敞式掘进机的典型应用领域,具有双护盾掘进机的所有优点,使掘进操作更加容易和简便。最后通过具体工程案例的介绍,验证了该掘进机应对各类复杂的地质条件具有不可比拟的优越性。     

铁建重工制造的国内首台硬岩掘进机在吉林日进尺近75m

<正>由铁建重工自主研发制造的国内首台大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)于2015年5月11日掘进73.8 m,刷新了国外敞开式TBM在国内施工日进尺63.5 m的记录。吉林省中部城市引松供水工程输水总干线隧洞具有长距离、大埋深、高应力、高水压、高地温和易岩爆等技术难点。为了确保     

双模式全断面掘进机探讨

为适应地质的复杂性以及中国国情,探讨双模式全断面掘进机的未来发展趋势,并举例说明双模式全断面掘进机的设计理念,详述其主要结构及适用范围。与单模式掘进机相比,双模式全断面掘进机地质适应性广、设备利用率高、施工成本低,是隧道掘进设备技术发展的主要方向之一,具有良好的发展前景。     

上排渣式全断面竖井掘进机凿井技术与应用

为验证全断面竖井掘进机凿井技术的可靠性，依托宁海抽水蓄能排风竖井工程，解析上排渣式全断面竖井掘进机上排渣系统、开挖系统、姿态调整系统及井下动态实时监控系统等关键系统的设计及应用。应用表明： 1）在井壁上布置环向导水槽和优化掘进排渣参数，保证了竖井掘进机在凝灰岩含水地层的顺利通过； 2）采用前装刀设计满足使用要求，通过刀盘支地系统和刀具更换工装，实现了竖井掘进机前装刀的安全更换； 3）采用竖井掘进机独特的姿态调整方法，满足了井筒掘进的精度要求； 4）基于渣土称重和热成像原理，解决了粉尘环境下吊桶装渣的可视化作业； 5）采用基于UWB技术的竖井掘进机分层平面定位系统，实现了竖井作业区域内人员的实时定位。     

国产首台铁路大直径土压/TBM双模掘进机下线

正2018年4月18日,我国自主研制的国产首台铁路大直径在线式土压/TBM双模掘进机在长沙验收下线,该设备将用于珠三角城际轨道交通广佛环线,具有完全自主知识产权,填补了我国国产铁路大直径双模掘进机系列当中土压/TBM双模掘进机的空白。该设备开挖直径为9.15 m,整机长度为115 m,质量约1 350 t,装机功率为5 700 kW,既能满足软土地层和极端上软下硬地层掘进,又能满足长距离超硬岩地层掘进的多功能性需求。     

复杂地质条件TBM研制关键技术及应用

为解决高黎贡山隧道出口段软岩收敛卡机、破碎坍塌、岩爆片帮、高温热害、突泥涌水等不良地质TBM适应性差的问题，采用TBM适应性设计方法，提出并采用变截面抬升式开挖、水岩一体超前预报、隐藏式常态化超前钻探、前置式自动化湿喷、加强型大范围初期支护、通风系统强制制冷、刀盘刀具优化设计、物料快速运输等关键技术方案，联合研制出国产最大直径TBM（9.03 m）； 针对现场应用测试存在的部分问题，对TBM创新设计方案进行优化改进，使国产最大直径TBM在复杂地层前期应用中，取得月进尺400 m以上的掘进业绩。     

基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法

准确划分悬臂掘进机施工围岩对其广泛应用具有重要意义,传统施工围岩分级大都是基于围岩稳定性建立的,而悬臂掘进机具有施工复杂性、动态性和非线性的特点,导致传统施工围岩分级并不适用,因此本文建立了一套基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。首先,以贵阳地铁1号线为工程背景,分别对前进速度的时间衰减规律及影响悬臂掘进机利用率的主要地质因素进行分析,建立地层适应性分级评分方法; 其次,在已有的Q分级系统基础上,提出悬臂掘进机围岩适应性分级的BQ机模型,采取钻掘指数RPI和刀具寿命指数CLI对模型进行修正,建立施工可掘进性分级评分方法; 最后,综合考虑施工围岩地层适应性评分方法和可掘进性评分方法,以前进速度AR为指标,建立基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。结果表明,本文建立的悬臂掘进机施工围岩分级方法可以实现前进速度AR的预测,从而有效预测掘进性能、节约隧道开挖成本、提高施工效率,为建立具有普适性的悬臂掘进机施工围岩分级方法提供科学参考。     

盾构、掘进机技术在建设体制和管理方面应走专业化的道路

我国近些年来以至今后一个相当长的历史时期，都会是国民经济发展的高速阶段。基本建设方兴未艾。隧道及地下工程作为基础设施建设必不可少，其重要性非常突出，甚至无可替代。盾构及掘进机技术在隧道及地下工程建设中发挥的作用日益强势。随着盾构及掘进机技术的不断完善和提高，盾构及掘进机的技术性能越来越好，其应用覆盖面越来越大。总的发展趋势为：原来只能用于软岩和土质的盾构有了一定的硬岩掘进能力；原来只用于硬岩掘进的TBM也具备了在软岩及断层破碎带中的适应能力。     

复杂地层盾构掘进速率和刀盘扭矩预测模型及其地层适应性研究

以复杂地层地质分段为基础,统计不同地质分段的盾构掘进参数,开展针对盾构掘进速率与刀盘扭矩的多元回归分析,得到适用于复杂地层的掘进参数回归模型,并分析回归模型系数与全断面等效岩体基本质量指标间的相关性。研究表明： 全断面等效岩体基本质量指标考虑了复杂地层中不同区段掌子面内各地层面积占比差异,可作为地质分段标准; 掘进速率与刀盘扭矩的回归预测值与实测值间相对误差较小,回归模型对均质地层及复合地层均有较好的拟合精度; 围岩等级提高时,掘进速率、刀盘扭矩回归模型系数具有明显的分段变化特征。其量化结论可用于定量预测不同地层盾构掘进参数,以提高盾构施工效率。     

我国最大直径全断面硬岩掘进机在成都竣工下线

<正>我国隧道施工装备现代化取得最新成果。近日,成都南车隧道装备有限公司为兰渝铁路西秦岭隧道生产的两台直径10.23m全断面硬岩掘进机(TBM)竣工下线,填补了我国最大直径全断面硬岩掘进机制造的空白,改写了我国该设备长期依赖进口的历史。成都南车隧道装备公司由此成为我国西部唯一一家同时具备硬岩掘进机和软土盾构机制造技术的企业。     

敞开式硬岩掘进机在软弱围岩中的施工技术

本文简述了敞开式硬岩掘进机的特点，详述了在西安南京线磨沟岭隧道中利用硬岩掘进机在软弱围岩地质条件下的施工方法，技术措施。     

上排渣型全断面竖井掘进机凿井工艺及工业试验

为解决传统钻爆法和钻井法在大深度和盲竖井施工中的局限和不足，研究并提出上排渣型全断面竖井掘进机机械化凿井工艺，即采用全断面钻进、机械式上排渣，实现一次性成井。首先，介绍上排渣型全断面竖井掘进机的设计理念，并对整机的开挖系统、出渣系统、支护系统、导向系统以及纠偏系统的工作原理和整机的具体性能参数进行介绍； 然后，针对竖井掘进机施工应用时的始发井修建要求、设备组装顺序、调试步骤、井身段施工的具体工艺流程、拆机顺序等各工序的施工技术要点进行详细说明，并进一步总结上排渣型全断面竖井掘进机的工法优势及应用前景； 最后，基于上排渣型全断面竖井掘进机在宁海抽水蓄能电站竖井施工中的工业试验，分析竖井掘进机的施工进度并阐述竖井掘进机穿越不良地层中的应对措施。     

大直径硬岩掘进机(TBM)在吉林中部城市引松供水工程四标TBM3的应用

为了研究中铁工程装备集团有限公司自主研制的首台TBM的各项技术特点与工程适应性,结合TBM在引松供水工程总干线四标段的掘进施工情况,分析了TBM掘进地层特点以及主要设计参数。引松供水工程四标段掘进岩层复杂多变,富含大量断层破碎地层以及风化灰岩地层,部分地层岩石强度大且石英含量高,对TBM刀盘及刀具要求极高,TBM刀盘面板采用270 mm厚板设计,且刀座基座直接在刀盘面板上加工而成,刀具按非线性方式布置且刀间距控制在82~90 mm;设计了有效的TBM初期支护系统和材料运输平台,并且搭载了激发极化超前地质预报系统。工程掘进结果表明： 该台TBM刀盘设计可靠性强且能保证高效破岩,创造了最高月进尺1 226 m、日进尺70.8 m的优异成绩,TBM在不良地质下支护高效快速,超前地质探测结果可靠,各系统运行情况良好。     

全断面竖井掘进机研制及关键系统试验

传统矿山法竖井施工面临着涌水、地热和地应力等危险性问题,钻井法对地层的适应性较差,沉井法受开挖深度的限制。为解决竖井施工效率低、环境恶劣、安全性低和机械化程度低等问题,结合隧道掘进机技术及矿山法竖井施工工艺,研发设计一种集开挖、出渣和支护平行作业的全断面竖井掘进机。根据目前竖井施工的支护方式,取消后配套改用吊盘结构,采用多地层同步清渣的破岩系统、多机构联合排渣技术、环形支撑推进系统、专用导向系统和设备远程控制系统等多项创新性设计。该研制成果已在厂区基坑内完成关键系统的功能试验,可实现掘进、出渣同步作业,试验成井井壁质量较好,为竖井全断面施工提供了一种可靠的工法,有助于竖井施工的机械化发展。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

超特长隧洞TBM集群试掘进阶段适应性分析

北疆供水二期工程总长540 km,主要由西二隧洞(139.04 km)、喀双隧洞(283.27 km)和双三隧洞(92.15 km)组成,隧洞占总长度的95.6%,均为深埋超特长隧洞,其中喀双隧洞是目前世界上已建和在建的最长输水隧洞。分析本工程的特点及地质情况,得出主要施工难题为长距离掘进关键设备耐久性、穿越断层破碎带、围岩突涌水防控、长距离独头通风及运输、反坡排水、破岩效率及快速掘进等。试掘进结果表明:1)勘察设计提供的地质情况与施工揭示的地质情况基本一致,这为高效掘进提供了基本条件。2)敞开式TBM能较好地适应Ⅱ、Ⅲ类围岩、节理裂隙带及小规模断层;而对于规模较大的断层破碎带及富水地层,则适应性较差,还有待于从设备、支护及施工技术方面加以改进。3)试掘进阶段TBM设备系统平均完好率达89.9%,但仍有一些设备故障率较高,有的还出现了主轴承密封圈漏油现象;为了实现长距离掘进,还需进一步提高设备的可靠性和耐久性。4)试掘进阶段平均纯掘进时间占比为29.6%,其中双三Ⅱ标TBM1平均纯掘进时间占比高达45.2%,最高月进尺达到1 280 m,创造了国内同类地质条件掘进最高记录。5)随着掘进进尺的不断增加,TBM集群要达到设备系统90%以上的完好率、支撑40%以上的纯掘进工时率的目标,还需要付出巨大努力。