TBM最佳掘进工作参数研究与应用

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1、水利建设与管理·2009年第4期，_最。佳掘进工作参．_数研究与压1．■__，n周红班树春韩颖(辽宁润中供水有限责任公司沈阳110179)【摘要】TBM作为一种先进的现代化隧洞施工设备，目前已经广泛应用于世界各地的水利、公路、铁路等地下工程施工。但在我国TBM的使用还尚处于起步阶段，可资借鉴的经验十分有限。本文基于辽宁省大伙房水库输水工程TBM1施工段的工程实践，深入地分析研究了在各类围岩下TBM掘进速度与刀盘转速、推进油缸压力及主电机平均电流之间的关系，为科学地选择TBM掘进工作参数提供依据，以确保在满足安全生产的前提下，实现经济、稳定

2、、快速掘进。【关键词】隧洞施工TBM掘进速度工作参数1工程概况质分类的有关规定，并结合该工程的具体情况和地区经验，辽宁省大伙房水库输水工程是一座大型跨流域调水工隧洞沿线围岩主要划分为5类：Ⅱ类、Ⅲa类、11Ib类、Ⅳ类程，是国家振兴辽宁老工业基地的重要基础设施之一。其主和V类，各类围岩的稳定性逐次降低。本施工段自2005年体输水隧洞全长85．32km，开挖洞径8．00m，属大断面超长7月19日开始TBM试掘进，截至统计日已累计掘进了隧洞，采用掘进机为主、钻爆法为辅的联合作业方式施工，12．10km。其中，Ⅱ类围岩1432．01m，HIa类

3、3786．80m，HIb是目前世界上在建同等规模最长的连续隧洞。类4637．12m，IV类2218．90m，V类29．00m，分别占掘进总长本次研究的TBM1施工段位于桓仁和新宾两县交界处度的11．83％、31．29％、38．31％、18．33％、0．24％。的双山头一疙疤寨地段，总长22．68km，采用一台美国Rob—3TBM掘进工作参数研究bins公司出产的260系列开敞式硬岩掘进机(以下简称TBM在洞内进行掘进时主要依靠由刀盘、机头架与大TBM)施工，是该工程三个TBM施工段中最长的一段，目前梁、支撑和推进装置组成的掘进系统来完成，

4、正常情况下掘在世界上采用TBM独头掘进。这个距离也是最长的。进作业循环步骤如图1所示。2地质概况该施工段采用的260系列TBM的基本参数如下：TBM1施工段地质条件复杂，穿越了太古代及中生代地a．刀盘及刀具基本参数见表1。层，主要出露三大岩组：b．刀盘驱动基本参数见表2。a．中生代燕山晚期侵入体((1T5)。主要岩性为正长斑c．支撑及推进系统基本参数见表3。岩，呈不规则状侵入于太古代混合岩体中，多呈微风化一新TBM掘进工作参数的选择主要受围岩地质条件制约，鲜状态，天然重度为24．8～26．3kN／m3，单轴饱和抗压强度为一般包括：刀盘转速

5、选择、推进油缸压力选择及主电机平均29．2～85．1MPa。电流选择。在施工过程中，根据围岩地质条件的变化，不断b．太古代早期混合花岗岩(Mr1)。主要岩性为白云母化摸索、适时调整各项工作参数，可以取得更好的掘进效果。细粒花岗岩、云英质闪长花岗岩、正长花岗岩等，多呈微风3．1掘进模式的选择化一新鲜状态，天然重度一般为26kN／m3，单轴饱和抗压强TBM提供了三种工作模式：自动扭矩控制、自动推力控度为41．6～69．2MPa。制和手动控制。其中，自动扭矩控制模式适用于均质软岩，c．太古代早期混合岩(MI)，是本施工段穿越的主要地自动推力控制

6、模式适用于均质硬岩，而手动控制模式适用层。主要岩性为角闪斜片麻岩、花岗片麻岩、二云斜长片麻于各种地层，操作方便，反应灵活。岩、云英闪长质片麻岩、变粒岩夹磁铁石英岩等，多呈微风a．在Ⅱ类、Ⅲa类围岩条件下掘进时，围岩完整性较好、化—新鲜状态，天然重度一般为27kN／m3，岩石强度较高，最硬度较高，选择自动推力控制模式，设备既不会过载，又能大单轴饱和抗压强度达114．8MPa。保证有较高的掘进速度。根据《水利水电工程地质勘察规范》中关于围岩工程地b．在节理裂隙发育的Ⅲb类围岩洞段掘进时，设备周红等／TBM最佳掘进工作参数研究与应用图1TBM掘

7、进作业循环步骤流程表1TBM刀盘及刀具基本参数刀盘刀具(把)项目新刀开挖直径(m)磨损开挖直径(m)面刀l中t~,TJl边刀参数8．O38．oo35lI8l8表2刀盘驱动基本参数功率转速扭矩(kN·m)最大推力额定推力机器行程项目(驱动类型kw)(r／min)恒扭矩高速扭矩(kN)(kN)(ram)参数3Oo0无极变速0-7．06805453319O0o137501870表3支撑及推进系统基本参数支撑系统推进系统项目撑靴油缸总额定压力最大工作压力额定推力最大工作压力油缸数量行程推力(kN)(N／enl2)(bar)(kN)(bar)(个)

8、(mm)参数28O345l375024541870要求推力适中，且有较高的刀盘扭矩，宜选择自动扭矩引起围岩松动。因此，在地质条件较差的洞段，宜采用低转控制模式。速、高扭矩掘进；在围岩完整性较好