文档介绍：全断面隧洞掘进机施工法在引黄工程中的应用
李继平
(山西省万家寨引黄工程管理局, 太原 030012)
摘要:文中就万家寨引黄一期隧洞工程施工的全断面掘进机选型、掘进、衬砌、回填、灌浆、管片生产等方面技术做了全面阐述,总结了切实可行的经验,为国内同类型隧洞施工技术提供有益的借鉴。
关键词: 全断面隧洞掘进机; 施工; 技术; 应用
中图分类号:U455 文献标识码:B
1 万家寨引黄隧洞工程施工情况概述
万家寨引黄一期工程隧洞长度超过192 km, km,大部分处于覆盖深、地质条件复杂的区域,由于特殊地形地质条件的影响,工期紧,传统的钻爆法难以满足工程建设的需要。全断面掘进机(Tunnel Boring Machine,简称TBM)的施工具有快速、高效、安全可靠、施工质量好、成本低等优点,且集机械、电子、液压、激光、控制等技术为一体,实现了高度机械化和自动化,作为当前最先进的大型地下隧道开挖衬砌成套装备,得到了广泛应用。引黄工程先后集中使用了6台双护盾全断面掘进机(其中5台为美国罗宾斯公司制造,1台为法国NFM公司制造)用于工程建设,成为国内乃至世界使用全断面掘进机最集中的地方之一。全断面掘进机累计完成隧洞开挖及衬砌长度125km,占整个隧洞长度的65%。
2 TBM设备主要组成部分
TBM由主机和后配套系统组成。
主机由刀盘、刀头、主电机、传动系统、管片安装设备、超前钻探设备、操作室、超前支护设备等组成。
后配套系统由运输系统,支护系统,液压和控制系统,通风排尘系统,供电系统,排水系统,全装置,光导向系统(ZED系统)等组成。
3 TBM的选型及标定掘进直径的选定方法
从技术和经济两个角度来说,并非所有地质情况的工程都适宜掘进机的施工。因此,是否选用掘进机施工,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,需考虑以下几个方面的问题。
1)地质因素分析:主要从工程的地质条件是否适宜掘进机和影响开挖效率的因素来加以考虑,分析有关地质资料。
2)掘进性能的要求:衡量掘进性能的指标主要为纯掘进速率、完好率、利用率和刀具消耗等。
3)主要技术参数的选择:影响掘进机的耐久性和性能的主要关键零部件为:刀盘、刀具、刀盘轴承、刀盘驱动系统、主机体、推进系统和支撑系统等。
在引黄工程使用的双护盾全断面岩石掘进机中每台都结合各洞段的地质情况完成掘进机的选型。在长隧洞选线中,由于受技术、经济条件的制约,造成了对地质结构了解的局限性,常常在施工中遭遇未预见的地质灾害(如涌水、岩溶、瓦斯、断层破碎带、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等),造成掘进施工受阻或停工。在进行TBM选型时,应充分考虑以上可能碰到的不利情况。如用于南干7号洞北的全断面岩石掘进机由于要穿越煤系地层、膨胀岩及地下水洞段,该机就装有瓦斯报警装置、超挖装置、自动排水设备、超前钻探及超前预注浆设备等。一旦探头检测到瓦斯的含量超过安全含量,自动装置就会及时切断电源停止掘进,确保施工人员及设备的安全;同时该机还可适应膨胀岩洞段扩挖的要求等。各TBM的主要特性见表1
表1 TBM主要特性表
项目
总干线
南干线
联接段
TBM
TBM1
TBM2
TBM3
TBM4
TBM
供货商
罗宾斯
罗宾斯
罗宾斯
罗宾斯
NFM公司