【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施需要建設(shè),不同類型的長大隧道需要開挖。出于對工期、環(huán)保、安全的考慮,傳統(tǒng)鉆爆法已經(jīng)很難滿足施工需求。采用全斷面隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工技術(shù)不僅可以獲得較高的掘進(jìn)速度,而且較鉆爆法施工更安全、環(huán)保。本文以新疆YE供水工程KS超長隧洞為工程背景,該工程首次采用“一洞雙機(jī)”TBM施工方法。通過現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)對TBM的掘進(jìn)性能進(jìn)行了測試和分析。本文主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:①根據(jù)“一洞雙機(jī)”工程特點,從雙機(jī)共用組裝洞室協(xié)調(diào)快速安裝、洞室組裝和施工運行布置統(tǒng)籌考慮出發(fā),給出了“一洞雙機(jī)”TBM組裝和施工布置技術(shù)方案。通過現(xiàn)場應(yīng)用測試表明:TBM2采用先“邊組裝、邊步進(jìn)”,后調(diào)試的組裝方案,用時63 d;TBM3采用先首尾同時組裝,后“邊步進(jìn)、邊調(diào)試”的方案用時39 d,兩臺TBM連續(xù)皮帶機(jī)、拌合站和支洞固定皮帶機(jī)組裝用時30 d。兩臺TBM從組裝到掘進(jìn)共用時146 d。TBM正常掘進(jìn)時,組裝洞內(nèi)安裝的拌合站每月延誤TBM掘進(jìn)時間占比不到1%;安裝的物料運輸系統(tǒng)每月延誤掘進(jìn)時間占比在2%左右。②對“一洞雙機(jī)”TBM出渣技術(shù)進(jìn)行研究,根據(jù)施工背景對主洞和支洞出渣方案進(jìn)行了比選,提出了反向掘進(jìn)的兩臺TBM分別布置一條連續(xù)皮帶機(jī)、共用一條支洞固定皮帶機(jī)出渣的技術(shù)方案。通過現(xiàn)場獲取相關(guān)掘進(jìn)掘進(jìn)分析表明:皮帶機(jī)安裝布置合理、運量滿足使用要求,帶速滿足使用要求。經(jīng)過對皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)故障的統(tǒng)計分析顯示:連續(xù)皮帶機(jī)每月延誤TBM掘進(jìn)時間占比為1%～2%,支洞固定皮帶機(jī)每月延誤單臺TBM掘進(jìn)時間占比為2%左右。表明該工程使用皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)是安全、可靠的,雙機(jī)共用一條支洞皮帶機(jī)出渣并未增加每臺TBM掘進(jìn)延誤時間,為今后“一洞雙機(jī)”TBM在支洞出渣方案選擇上提供了參考依據(jù)。③本工程“一洞雙機(jī)”兩臺TBM刀具布置相差一把滾刀。通過現(xiàn)場測試分析,本文關(guān)于微差刀間距對TBM掘進(jìn)性能影響進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:在泥盆系凝灰質(zhì)砂巖Ⅲa類圍巖下,飽和抗壓強(qiáng)度在50～70MPa之間,微差刀間距兩臺TBM的貫入度、掘進(jìn)速度以及比能幾乎沒有差別;在Ⅱ類圍巖下,飽和抗壓強(qiáng)度在70～90MPa之間,兩臺微差刀間距TBM的貫入度、掘進(jìn)速度以及比能也無明顯差別,但是減小刀間距使得最小比能下的最優(yōu)掘進(jìn)參數(shù)發(fā)生變化,當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)速為7 r/min時,78 mm刀間距TBM的最優(yōu)貫入度為8.5 mm/r,而75 mm刀間距TBM的最優(yōu)貫入度為10 mm/r。④通過對“一洞雙機(jī)”TBM掘進(jìn)性能進(jìn)行現(xiàn)場測試與統(tǒng)計分析表明:TBM在泥盆系凝灰質(zhì)砂巖為主的圍巖下掘進(jìn),月進(jìn)尺可以達(dá)到650m左右,在泥盆系凝灰質(zhì)砂巖Ⅱ類圍巖下最高日進(jìn)尺為47.78 m,平均日進(jìn)尺為27.54 m;Ⅳ類圍巖下平均日進(jìn)尺為14.19m。TBM在花崗巖圍巖下掘進(jìn),月進(jìn)尺為350m左右,花崗巖圍巖下最高日進(jìn)尺為27.08 m,平均日進(jìn)尺為11.07m。兩臺TBM平均每月的掘進(jìn)作業(yè)利用率為28%。TBM單月最高的設(shè)備完好率可達(dá)90.19%,每月設(shè)備完好率維持在70%～90%之間。通過設(shè)計測試方案、采集數(shù)據(jù)分析,結(jié)果表明:TBM掘進(jìn)參數(shù)之間有著很好的線性相關(guān)性,但是掘進(jìn)參數(shù)之間的擬合關(guān)系式會隨著圍巖巖性、圍巖類別、刀盤轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生變化。
【圖文】：

組裝前應(yīng)提前做好測量工作，確保步進(jìn)小車中心線與安裝軸線相重合并處理好場地平整度，否則將影響主機(jī)的穩(wěn)定性。同時考慮放置位置應(yīng)留有足的空間，避免與刀盤焊接發(fā)生位置干涉。步進(jìn)機(jī)構(gòu)底板放置完成后需要對內(nèi)表的焊接部位進(jìn)行打磨，以保證在 TBM 步進(jìn)過程中與底護(hù)盾的摩擦減至最小，對與底護(hù)盾相結(jié)合的位置涂刷潤滑油脂。

連續(xù)皮帶機(jī)儲帶倉（見圖 4-7）儲帶能力不小于 650m；膠帶 10-12 層纏繞；采用 “人”形托帶車（見圖 4-8）的儲帶倉寬度略大于“I”形托帶車（見圖 4-9），，但前者的移動品質(zhì)好于后者；儲帶倉采用底框架結(jié)構(gòu)，便于安裝、維護(hù)和清掃；儲帶倉采用鼓形滾筒，可以有效地防止跑偏；拖帶車及張緊車上設(shè)膠帶凹形擋輪，可以有效地防止跑偏；張緊車、托帶小車均采用防掉道設(shè)計；根據(jù)以往使用經(jīng)驗，本工程連續(xù)皮帶機(jī)采用“人”形托帶車結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV554

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本文編號：2663170