盾构机及TBM设备监造的实践与探索

本文结合数台盾构机及TBM施工设备监造的实践与经验,阐述了盾构机及TBM监造工作的内容和模式,通过实例介绍了盾构机监造点的设置,并对影响盾构机制造进度的因素进行了分析。     

对盾构(TBM)技术运用及开发的几点认识

分析国内外（尤其是国内）盾构（TBM）技术的发展现状及前景。总结盾构（TBM）技术运用和发展的制约因素。指出要充分认识盾构（TBM）的“四高”特性。重点探讨盾构（TBM）技术研究的若干方向,提出当前盾构（TBM）技术研究的方向： 1）与盾构（TBM）掘进相结合的辅助工法的研究和开发; 2）提高和扩充盾构（TBM）设备的技术性能; 3）降低盾构（TBM）制造及运用成本的技术研究; 4）盾构（TBM）隧道衬砌管片技术研究。给出了盾构（TBM）生产企业生产组织方式的建议。     

TBM集群化施工项目设备采购与施工过程管理模式探析——以辽宁重点输水工程为例

为解决多台TBM集群化施工项目在TBM设备采购、施工全过程TBM管控、刀具和配件供应、设备维护维修及TBM重大技术方案论证等方面存在的问题，总结辽宁重点输水工程8台TBM采购及施工过程中TBM设备运行管控的管理模式和管理经验，提出以建设单位为主导的TBM设备集中统一管理模式，统一组织承包商进行TBM集中采购招标，全过程参与TBM设计联络会议、设备监造、现场组装调试及试运行、施工运行等管理工作，协调建立刀具和备件统一供应机制，主导TBM重大技术方案研讨论证，为施工承包商提供全方位的资金、技术和管理支持。实践证明，TBM集群化施工项目采用以建设单位为主导的TBM设备集中统一管理模式，以专业技术团队为后盾，可为TBM设备正常运行提供有力的技术支持，为加快施工进度、缩短工期提供有力保障。     

土压/泥水平衡双模式盾构适应性设计

为解决复杂地质及周边环境盾构设备选型难题，结合多模式盾构的发展与研究现状，对多模式盾构进行了定义与分类，主要分为土压/泥水双模式盾构、土压/TBM双模式盾构、泥水/TBM双模式盾构等几大类型。并结合南宁市轨道交通5号线一期工程，对土压/泥水平衡双模式盾构的主要工作原理、特点、适用范围及适应性设计等方面进行了分析，结果表明： 土压/泥水平衡模式盾构地质适应性广、设备利用率高、施工成本低，解决了同一区间不同地质环境条件下盾构设备选型的问题，在一定程度上为地质复杂、工程敏感地带提供了一套可靠解决方案。     

盾构／TBM专用振动监测传感器VM-BOX的研发

传统的盾构/TBM振动监测采用常规的手持式振动仪,需要专业技术人员定期到设备上进行监测以获取振动数据。由于无法获取连续振动数据,进而无法对设备状态发展趋势进行合理的分析和预判,因而不能及时有效地指导设备管理。采用逻辑控制方法和信号筛分技术,研制一种盾构/TBM专用的振动监测传感器,可安装在盾构/TBM内部关键部件上,采集其在工作过程中的振动和温度数据,实现以下功能： 1）对设备振动数据进行远程实时在线监测; 2）对设备故障进行精确化管理; 3）对设备发展趋势进行预估。     

TBM、盾构盘形滚刀硬岩掘进的刃口磨损形状分析及优化对策

为探索TBM、盾构盘形滚刀在破岩中与岩石的相互作用过程,优化掘进机在不同类型及类别岩层中的设备选型及刀盘刀具配置,提高破岩效率,以TBM、盾构在国内不同地区硬岩掘进实际工程案例中正常磨损的滚刀刃口磨损形状为依据,分析其磨损机制,得到以下结论:1) TBM、盾构的硬岩掘进对应于不同的机型、掘进模式、掘进参数、岩石强度、滚刀梯度硬度,其正常磨损的滚刀刃口会出现不同的特定的磨损形状。2)刃口磨损形状是在特定的边界条件下出现的结果,反过来会影响掘进效率。3)根据刃口磨损形状分析结果可知,优化及选择合适的机型、掘进模式、掘进参数、滚刀配置可以提高破岩能力及效率,延长滚刀使用寿命。     

应用减磨修复技术延长盾构/TBM使用寿命研究

减磨修复技术在铁路内燃机车及船舶柴油机上的使用效果表明,科学、合理地应用此项技术可产生可观的经济效益、社会效益和节能减排效果。在介绍国内外金属减磨修复技术发展现状及盾构/TBM减磨修复技术研究必要性的基础上,从内容、方法、工艺等方面对减磨修复技术在盾构/TBM上的应用进行研究。基于初步的试验成果可以得出:新开发的金属减磨修复技术在盾构/TBM主轴承齿轮箱、主驱动减速箱等关键零部件在润滑系统中的应用是安全的、可靠的、适用的。     

盾构/TBM施工煤矿长距离斜井的技术挑战与展望

采用盾构/TBM修建深埋长距离斜井是一个崭新的课题,对于缩短矿井建设周期,降低造价具有重要的意义。文章通过对传统矿山法与盾构/TBM法的技术参数与经济指标进行全面比较,分析了盾构/TBM技术在煤矿矿井建设中的应用前景,介绍了盾构/TBM施工斜井应用现状,在此基础上,着重从盾构/TBM的选型与适应性、斜井井壁结构设计、复杂环境中施工等方面分析了盾构/TBM施工煤矿长距离斜井所面临的挑战,综述了近期开展的相关技术研究与进展,主要包括:双模式盾构/TBM的研制、新型井壁结构体系的构建和复杂条件施工时的处置技术等。最后,讨论了尚存的问题以及相关问题研究的发展趋势。     

不同地层条件下的盾构与TBM选型

介绍了目前可选用的盾构与TBM型式,指出了盾构设计和施工应重视的几个新动向,探讨了不同地层应选择不同类型的盾构,不同地层应选择不同的刀盘结构,明确了公路隧道盾构的直径确定,考虑了TBM的选择及隧道支护型式选择问题。     

中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。     

盾构过江施工的设备保障

在过江隧道的盾构法施工中,盾构机在头顶悬河的施工状态下掘进,使得设备风险尤为突出。同时因为岩层裂隙水在与江水连通的情况下,增加了掘进的困难,成为工程成败的关键。必须有足够的措施保证在过江施工过程中不发生洞顶贯穿或设备瘫痪。对盾构过江施工中的设备保障问题进行了探讨,可为类似工程中盾构机安全、顺利地在江底通过提供借鉴。     

全断面岩石掘进机（TBM）开挖刀具的管理探讨

通过分析全断面岩石掘进机（TBM）的刀具使用流程、失效形式和原因以及TBM施工的实际经验,介绍了TBM施工中刀盘刀具使用应注意的问题及应对措施,探讨建立与快速施工相匹配的TBM刀具管理体系。     

隧道掘进机技术改造的重要性

掘进机在设计制造时难以做到尽善尽美,在掘进机使用中一些制约施工的设备问题频繁出现。通过对隧道掘进机施工过程中设备存在的问题进行分析,在此基础上对设备系统进行技术改造,从而达到降低工程成本、减少工序循环时间、提高设备利用率的目的,并以此证明对某些进口设备进行技术改造的重要性和可行性。     

漫谈矿山法隧道技术第十一讲——谈隧道施工机械化

阐述我国隧道施工机械化的现状。指出： 1)我国缺乏专门研究和制造隧道施工机械的企业; 2)隧道施工机械化的水平参差不齐; 3)由于客观原因一些大型施工机械得不到充分利用,甚至弃之不用; 4)遇到施工难题没有可以选择的施工机械可以利用,制约了隧道施工机械化的发展。在一般围岩条件下,我国重点隧道的施工机械化水平,基本上能够满足施工要求;但在不良围岩条件下,机械化的差距特别突出,与预支护技术相适应的施工机械的研制和开发必须提到日程上来。重点介绍了日本的几种施工机械： 1)与围岩补强或预支护相适应的施工机械,如长钢管超前支护专用钻注一体机及搭载在台架上的液压凿岩机、控制拱脚下沉的弯曲钻机; 2)提高施工效率的施工机械,如钻孔机械（多臂钻孔台车、排钻）、喷射机械（双机械手干喷,大容量、低粉尘的新型喷射系统,长臂喷射机）; 3)单跨、双跨、三跨仰拱栈桥; 4)充分发挥施工机械综合能力的集约化施工机械,如多臂TWS（隧道机组工作站Tunnel Work Station）、移动式大功率通风除尘机。指出提高隧道施工机械化的程度,大幅度缩短单项作业的时间,发挥综合机械化的威力,确保快速施工和工程质量是当务之急,机械化或工厂化施工是大势所趋,特别是在TBM法和盾构法在我国基本上已经实现工厂化施工的情况下,矿山法隧道也应该逐步向这个方向发展,这也是时代的要求。     

特长隧道“一洞双机”TBM高效掘进关键技术及应用

为降低特长隧道“一洞双机”模式下2台TBM同时施工的相互干扰，实现2台TBM协同、高效、快速施工，以北疆供水二期工程某标段为背景，针对TBM组装洞结构形式、皮带机出渣、有轨运输、隧洞施工排水等方面，基于“独立运行、统一管理”的思路，形成“一洞双机”TBM高效施工关键技术： 1）TBM组装洞结构优化关键技术； 2）双向多级皮带机出渣关键技术； 3）综合互通型有轨运输关键技术； 4）汇流式梯级抽排水关键技术。从应用效果来看，优化后组装洞结构形式合理，满足2台TBM同步组装的需要，并有助于实现皮带机、有轨运输、施工排水等关键技术系统的建立。在掘进施工阶段，各系统运行良好，有效应对了“一洞双机”模式下2台TBM施工干扰大、效率低等问题，实现了2台TBM的长期稳产、高产。     

单护盾TBM快速掘进条件分析

单护盾TBM在国外很多工程中得到了成功的应用,而在国内的应用则极少。根据引洮供水一期工程总干渠7#隧洞首台单护盾TBM施工的实际情况,重点从工程地质条件、设备配置、辅助工作、施工组织管理等方面进行分析研究,提出为满足单护盾TBM快速掘进所需注意的问题,总结单护盾TBM快速掘进所需条件。     

全断面隧道岩石掘进机（TBM）选型的探讨

对掘进机法施工隧道，选用何种类型的掘进机，以及如何确定主要技术参数和进行系统配置，就成为施工单位首先需要解决的问题。从隧道掘进机法施工的各种条件入手，就开敞式和护盾式TBM的选型问题进行探讨。     

西秦岭隧道皮带机出碴TBM同步衬砌技术方案研究

兰渝西秦岭隧道是目前中国铁路建筑上TBM掘进最长的隧道,为解决该工程工期紧的问题,在施工中采用皮带机出碴与TBM同步衬砌技术。主要研究如何在施工中尽量减小施工干扰,如何在不影响开挖的情况下移动衬砌台车、修补、防水作业台架,连续皮带机如何通过台车等技术问题。所采取的一系列措施加快了施工进度,缩短了工期,降低了工程安全风险,为今后类似的工程提供借鉴。     

硬岩掘进机在长大隧道工程中的应用

通过介绍硬岩掘进机的设备性能和施工特点,以及其在长大隧道施工应用带来的优势,突出说明了隧道掘进机先进的设备功能对隧道修建技术水平的极大推动,阐明了掘进机在地下工程建设领域广阔的应用前景,对掘进机的推广使用具有指导意义。