全斷面巖石隧道掘進機應用實例分析

王慧英羅 天(吉首大學張家界學院 湖南 張家界 47000 中國安能建設總公司 西藏 拉薩 85600)

全斷面巖石隧道掘進機應用實例分析

王慧英1羅 天2
(1吉首大學張家界學院 湖南 張家界 427000 2中國安能建設總公司 西藏 拉薩 851600)

全斷面巖石隧道掘進機(Tunnel boring machine,TBM)，是用于開挖地下通道工程的大型專用工程機械，廣泛用于鐵路、公路、水利、市政建設等工程的隧道施工。我國已成為全球對TBM需求量最大、增長最快的國家。但在諸多全斷面巖石隧道機掘進作業應用實例中，受到地質條件，設備機械、液壓、電氣等因素的影響，導致施工進度延誤，有的甚至出現失敗實例，本文結合全斷面巖石隧道掘進機施工中通常遇到的問題，提出了解決問題的實用方法，經工程應用實例表明，應用效果較好。

隧道掘進機；施工方案；皮帶跑偏

一、前言

因全斷面巖石隧道掘進機在施工方法集掘進、出渣運輸和支護襯砌于一體，一次成洞的隧道掘進方法，它引領了隧洞開挖的全新時代，具有連續作業、施工速度快、環境污染小、安全優質等特點。隧道掘進機根據各系統在施工中發揮的作用，可以分為主機系統和后配套系統兩 部分。主機系統是隧道掘進機的核心，其主要功能是將巖土體切削成便于運輸的渣料，然后通過設置在前端的收集器將渣料收集至皮帶機上，由皮帶機將渣料運出洞外。硬巖掘進機主機系統主要包括刀盤、刀具、主軸承、機頭架和主大梁、支撐系統、液壓系統、驅動裝置和主機皮帶機等; 后配套系統是隧道掘進機主機后面為掘進提供服務的各種配套設施的總稱，本文針對在西藏旁多水利樞紐輸水洞工程的應用實例分析，闡述工程中遇到的具體案例及采取的措施，為高原的全斷面巖石隧道掘進機的施工應用提供借鑒。

二、案例分析

本工程采用的全斷面巖石隧道掘進機直徑4.2米，掘進機全長177米，掘進機編號m-1669，工程位于西藏拉薩市林周縣，海拔4100米，在掘進初期遇到了許多問題，通過工程技術人員的不斷努力，逐一進行了克服。

（1）后配套皮帶系統時常斷裂

本工程采用連續皮帶出渣，連續皮帶從主機到洞外渣場可分為七段，七段實行分段控制，在皮帶的第二段，即后配套皮帶機系統，在1-4號臺車處在臺車下方運行，回程皮帶距離洞壁下方約15厘米，在四號臺車處有一向上坡道，當皮帶運行時，皮帶的抖動極易將渣抖出皮帶外，加之三號臺車是噴混臺車，噴混回填料會漏到皮帶下方，另外，在掘進工程中，巖石遇水，在洞底易形成淤泥。以上三種因素的共同作用易導致雜物劃到回程皮帶，導致皮帶斷裂無法正常掘進。通過對淤泥量的統計，及對施工工序的調整，針對以上出現的問題，采取在1-5號臺車處加軌枕和滑道，軌枕采用12的工字鋼，經過加工成洞壁的弧形，滑道采用12的工字鋼，加工成兩米一節，軌枕通過錨桿固定，兩個軌枕間通過四根滑道連接，滑道和軌枕應用以來，后配套皮帶從未出現過大面積劃破的現象，確保了掘進作業的正常進行。滑道和軌枕如圖1-1,1-2

圖1-1 軌枕及滑道

圖1-2軌枕及滑道

（2）后配套臺車脫軌

在全斷面巖石隧道掘進機作業工程中，后配套臺車采用的軌道運輸方式，軌道循環利用，因臺車左右重量不一致，在掘進作業中，會出現后配套臺車出軌的現象，針對在掘進過程中臺車運動速度慢的特點，通過在臺車軌道處加擋板的方式，有效解決了臺車脫軌的問題。后配套臺車處的檔板如圖2-1

圖2-1 后配套臺車擋板

（3）連續皮帶機系統聯動及跑偏處理

由于連續皮帶機系統組成子系統多，運輸線路長，出現跑偏后，運輸料會掉落，皮帶支吊架會損壞。前期在小圓洞內采取鐵鏈吊裝皮帶架的方式進行皮帶延伸，但在實際施工中很難保證皮帶架水平，且掘進過程中皮帶架抖動嚴重，之后，在皮帶架延伸過程中，采用支架的方式進行延伸。在皮帶機系統啟動過程中，采取先洞外再洞內的方式啟動，在皮帶機系統制動過程中，采取先洞內后洞外的方式進行。針對皮帶跑偏的問題，主要采取調整托輥，調整托輥架，安裝防跑偏托輥的方法進行調整。在采取調整托輥方法時，通過摸索，通常采用方向調整法：即將托輥看作一個方向盤，皮帶運行方向看作汽車行駛方向，若皮帶跑偏，則將托輥按方向盤糾偏方向調整，將軸調整到相應凹槽，如圖3-1。在采用安裝防跑偏托輥的方法時，首先加工托輥支架，同時，要確保安裝防跑偏托輥支架后，支架不會與皮帶接觸。通過上述方法的采用，本工程皮帶機系統運行正常可靠，如圖3-2。

圖3-1 托輥及支架凹槽

圖3-2防跑偏托輥

三、總結

通過應用實例的分析，提出了具體解決方案，也為全斷面巖石隧道掘進機的選型提出了合理化建議。

（1）在主機和后配套皮帶的卸渣口，后配套皮帶前部較低，在設計和施工過程中，通過增加滑道等措施，提升后配套皮帶，防止皮帶損傷。

（2）全斷面巖石隧道掘進機后配套臺車通常采用軌道式，且重量分布不均，可在后配套臺車處加防跑偏、防脫軌擋板，防止后配套臺車脫軌，確保掘進施工正常進行。

（3）連續皮帶機出渣，皮帶容易跑偏，通過架設防跑偏托輥，或者采用調整托輥的方向調整法進行調整，保證連續皮帶機系統運行正常。

[1]杜彥良，杜立杰.全斷面巖石隧道掘進機：系統原理與集成設計 [M].武漢：華中科技大學出版社，2011：

[2]張照煌，李福田. 全斷面隧道掘進機施工技術[M]. 北京：中國水利水電出版社，2006.

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