关埠引水隧洞超高强度岩石TBM刀具选型及布置

榕江关埠引水工程输水隧洞采用双护盾TBM掘进机施工,隧洞围岩大部分为弱风化—微风化花岗岩,围岩坚硬完整、岩石强度高(最高强度达190～230MPa)。刀盘是TBM重要部件,刀盘设计的合理性对提高TBM掘进效率,降低施工成本起着决定性的作用。通过对隧洞岩石强度以及滚刀破岩机理综合分析,初步确定刀具形式、滚刀间距、滚刀直径等刀盘参数,为硬岩掘进创造基本条件;通过对滚刀启动扭矩及单刀承载力等的分析,对刀盘初期设计参数进一步优化,适当增加滚刀数量,提高了TBM的掘进效率。     

TBM刀盘及滚刀施工机理试验研究

为进一步丰富并探索TBM刀盘及滚刀破岩与受力特征施工机理,结合TBM掘进工程实践进行了全面试验研究。结果表明:贯入度与刀盘推力及滚刀径向力间均呈二次抛物线关系,加大刀盘推力及滚刀径向力,增大贯入度有利于降低破岩能耗;刀盘振动基频与平均振幅较低,最大振幅相对较大,与滚刀破岩机理相一致。盘型滚刀破岩机理具有剪切破坏特征。双刃滚刀径向破岩峰值力远超刀盘总推力分配均值,峰值力较均值增大较多;正滚钝刀贯入度相同时,由是削破碎大块岩体而在能耗上更为经济,适当加大滚刀尖角有利于破岩增效及延长刀具寿命。试验研究成果全面、可靠,对刀盘及滚刀研发与优化技术改造具有重要意义。     

全断面岩石掘进机盘形滚刀的受力分析

根据全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩的空间运动特征，建立了盘形滚刀工作时的惯性力表达式、盘形滚刀的实际破岩力与推压力之间的关系式，并分析对平面刀盘、锥面刀盘及球成刀盘上盘形滚刀的受力状况进行了比较。这将为刀盘型式的合理选择和刀盘最佳推力的确定提供可靠的理论依据。     

破岩滚刀组合钻头的布刀设计和使用

破岩滚刀组合钻头的布刀原则为滚刀分组布置；同组滚刀的最低齿点（或线），要与刀盘平行在同一平面内；滚刀轴线的投影要与刀盘径线重合；各滚刀的破岩切削面积要基本接近．影响破岩滚刀组会钻头使用效率和寿命的参数有两个：其一为钻压，软岩及中硬岩要求每个滚刀的压力20～30kN，硬岩需达40～50kN；其二为转速，滚刀内部的轴承处于高承压状态，自转不宜超过120r／min，滚轮大头直径330mm，钻头最大转速应为27r／min．     

大直径TBM刀盘外密封更换技术研究

引汉济渭工程秦岭隧洞岭南工程TBM施工过程中,由于隧洞具有"三高两强一长"的工程特点,因此设备长期处于极限负荷状态下掘进,造成刀盘外密封泄压。研究制定了洞内更换刀盘外密封的方案和操作方法。刀盘总质量为135 t,拟定将刀盘使用钢支撑结合锚杆形式固定,进行刀盘与主轴承分离,分离长度约为0.9 m,其后进行外密封检查更换以及螺栓更换工作。经过更换后的刀盘外密封及主轴承油品检测各项指标正常,在引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程高磨蚀性硬岩地段掘进施工中,刀盘贯入度明显提高,节省了大量维修保养时间,提高了施工工效。     

贯入度对引汉济渭秦岭隧洞TBM滚刀磨损影响实验研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM掘进施工在试掘进阶段因遭遇高磨蚀性硬岩地层,滚刀发生异常磨损,施工进度严重滞后计划进度。为了降低刀具的磨损,必须研究施工因素对刀具磨损的影响,而贯入度对滚刀的磨损较为敏感。以引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程为背景,通过缩尺滚刀实验,对不同贯入度下的滚刀磨损进行实验分析,确定了降低滚刀磨损的合适贯入度值,降低了滚刀的磨损,为高磨蚀性地层TBM现场掘进施工提供指导。     

20-24FT竖井钻机

20-24FT竖井钻机(见图1)是美国罗宾斯公司1984年设计制造的新型竖井钻机,其工作原理与移动式掘进机相同。该机与通常的竖井钻机主要区别是破岩方式不同,盘形滚刀不是布置在刀盘的平面上,而是在外圆上,滚刀破岩时的运动既有刀盘的自转,又有迥转盘的公转,以形     

新疆达坂隧洞TBM滚刀失效与围岩的对应关系

根据全断面掘进机在新疆达坂隧洞掘进过程中滚刀的实际消耗情况及更换滚刀频次的观测与统计结果,定性分析了在不同围岩条件下TBM滚刀失效和滚刀更换频次的变化规律及影响因素,为TBM施工滚刀及配件的储备和工程成本控制提供了一定的参考依据.     

秦岭隧洞花岗岩段掘进机滚刀破岩规律及掘进特征

为更好掌握TBM掘进性能，以引汉济渭工程秦岭隧洞花岗岩段为研究对象，通过滚刀破岩试验与施工参数分析，获得了滚刀破岩机理，揭示了掘进速度、设备利用率等TBM掘进性能指标的变化规律。结果表明：在设定地应力条件下，随着贯入度增加，滚刀法向力增大，且其变化幅度增加、变化频率加快，增加了相邻滚刀间形成大岩片的数量；高地应力条件下，因多次发生岩爆，TBM平均掘进速度、设备利用率均较低；现场贯入指标、岩石掘进效率指标沿桩号的变化基本同步，但现场贯入指标能更好评价TBM破岩性能。通过调整支护、清渣和施工组织方式，提高辅助作业效率，并及时调整TBM掘进参数、改进滚刀刀刃材质，可保障TBM高效运行，为该隧洞TBM后续掘进提供相应对策。     

南水北调中线穿黄工程盾构机刀具维护技术

南水北调中线穿黄隧洞工程地质条件复杂,隧洞穿越地层有全砂层、全土层及上砂下土的复合地层。盾构机刀盘设计采用软土型刀具、重载型刀盘传力架,并采取了多种防磨损措施,以保护刀盘具。但在盾构施工过程中,掘进参数出现异常,且在出渣物中发现金属件,表明盾构机刀盘具受到严重磨损。通过带压进仓检查,及时查清了情况,更换了部分刀具,对需要修复的刀具,在对地基进行加固后,采用常压进舱方案,进行了彻底修复。本次刀盘具检查维护的经验,对于保证穿黄工程的顺利掘进具有重要的指导意义,对于其他类似工程也有重要的参考价值。     

引汉济渭秦岭输水隧洞硬岩TBM掘进施工技术

以陕西省引汉济渭调水工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程为依托,为克服TBM在长距离大埋深隧洞施工中遭遇的高磨蚀性硬岩、强烈岩爆和突涌水等施工难点,研究了掘进参数,优化了刀盘刀具,对岩爆预测并进行分类防治,采取了超前探水及堵排结合等多种措施、监测技术和施工工法。针对TBM在高磨蚀性硬岩掘进期间刀具磨损大、掘进效率低、施工成本高等问题,总结得出掘进参数选取宜遵循刀盘高转速、低贯入度,掘进高推力、低扭矩的掘进原则,通过加强刀具与围岩适应性研究,合理选择刀具,采用调整刀盘刮板座结构、易损件改用耐磨材料、优化刀盘喷水结构等刀盘升级措施可有效增加刀盘刀具使用寿命。针对岩爆给现场带来的施工难题,借助微震监测系统预判岩爆等级,分别就轻微、中等岩爆提出了防治措施,提出了"柔性结合刚性,辅以新材料"的组合工法。针对隧洞开挖出现的突涌水问题,根据"以堵为主、堵排结合、加强抽排"施工指导思路,总结出超前探水技术。这些措施大幅提高了TBM在高腐蚀硬岩洞段的掘进效率,有效吸收了岩爆发生时释放的能量,及时解除了突涌水淹没设备的风险。     

滚刀直径对引汉济渭秦岭隧洞TBM刀具磨损影响实验研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM掘进施工在试掘进阶段因遭遇高磨蚀性硬岩地层,滚刀发生异常磨损,施工进度严重滞后于计划进度。为了降低刀具的磨损,必须研究刀具磨损的影响因素,而滚刀直径的大小对滚刀的磨损较为敏感。结合工程实例及岩性,通过缩尺滚刀实验,对不同滚刀直径下的滚刀磨损进行实验分析,结果表明,滚刀直径的变化对其磨损速度影响不明显,但在高磨蚀硬岩地层中,小直径滚刀容易发生卷边而导致磨损量逐步增大,大直径滚刀可以增加滚刀的允许磨损量,延长滚刀使用时间。     

TBM隧洞岩溶涌水超前处置施工技术研究

隧洞涌水是TBM施工中主要应对的安全风险和施工难点。结合桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程北干渠窑瓦～六浪隧洞工程实例,论述了TBM施工隧洞内在刀盘前方采取全断面超前分段注浆处理的方法与过程,并分析了处理效果。     

引洮供水一期工程最长隧洞(9号隧洞)贯通仪式

10月26日15:30,伴随着TBM掘进的隆隆机声,刀盘破土而出,由中意联合体承建的引洮工程总干渠第一隧洞——9号隧洞,历经51个月的日夜奋战,提前6个月实现顺利贯通。施工现场欢呼声、鞭炮声震撼山岳,     

基于Phase2软件的浅埋隧洞不同围岩自稳能力分析

针对浅埋隧洞不同岩体围岩的自稳能力问题,文章利用有限元分析软件Phase2,以二甲沟水库引水隧洞工程为研究对象,研究无支护情况下浅埋半圆直墙拱型隧洞在粉质黏土、强风化花岗岩和弱风化花岗岩三种不同围岩条件下的自稳能力,求得了三种岩体的围岩应力和变形结果,并依据应力和变形结果分析三种围岩的自稳能力,为类似浅埋隧洞工程岩体开挖支护设计及施工提供参考和借鉴。     

TBM刀盘弹性变形研究

刀盘是全断面岩石掘进机的关键部件,通过螺栓联接到刀盘大轴承并成为主机的重要组成部分。由于螺栓和刀盘都属弹性材料,刀盘与其轴承间的支撑联接关系在掘进过程中对刀盘形变有决定性影响,因此,论文通过对刀盘弹性变形理论模型的构建,分别给出了刀盘在简支和夹支支撑条件下的中面弯曲弹性变形方程并通过刀盘外载荷确定给出了两种支撑条件下刀盘变形曲线;通过有限元分析发现,刀盘的实际支撑应介于简支和夹支之间,其中简支约占12%～16%,夹支约占84%～88%,而刀盘弹性变形最大处位于其中心r=0.28 m的圆域内。此结论为全断面岩石掘进机施工过程中刀盘形变分析提供了借鉴。     

复杂地层中盾构掘进参数计算与研究

复杂地层条件下盾构隧道施工是地下工程技术人员需要解决的技术难题。依托安庆市污水尾水管穿越石门湖通道工程,结合工程地质和盾构机特征,构建了盾构掘进参数计算模型,并依据现场监测数据和理论分析,优化了盾构掘进参数。研究结果表明:构建的计算模型可简化计算滚刀破岩时所需滚动力和垂直力,验证了计算模型的合理性和正确性;盾构掘进过程中所需总推力的显著影响因素为刀盘破碎力Ｆ1,克服盾体摩阻力的推力Ｆ2和刀盘稳定力Ｆ3;刀盘扭矩的显著影响因素为刀盘破碎扭矩Ｔ1和刀盘正面、背面、侧面摩阻力扭矩Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4;总推力和刀盘扭矩计算模型得到的单刀破岩垂直力相差不大于10ｋＮ,且单刀破岩垂直力与中主应力系数β成反比。研究成果可为石门湖通道工程提供技术支持,也可为类似工程提供参考。     

敞开式TBM特长隧洞连续出渣方案

结合隧洞长、坡度大、TBM连续掘进等施工特点,采用皮带机连续出渣方案,布置支洞固定皮带系统和主洞皮带系统,高效地将刀盘前端渣料输送至洞外中转渣场,以满足开敞式TBM连续出渣施工需要。     

TBM最佳掘进工作参数研究与应用

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、快速掘进。     

新疆某隧洞开挖TBM卡机原因及脱困处理措施

新疆某输水工程T4勘探试验洞开敞式TBM掘进通过F304断层时出现设备卡机现象。根据超前地质预报结论并结合现场断层破碎带物质成分观察分析,得出卡机的原因为:现场破碎带为碎裂结构松散岩体,呈强风化,局部节理裂隙含断层泥,洞室不能自稳,隧洞掌子面塌方破碎岩石挤压抱死刀盘产生的摩擦阻力大于TBM刀盘驱动旋转扭矩,而使刀盘无法转动。针对F304断层破碎带的影响区域及TBM设备支护系统的施工范围提出了切实可行的TBM脱困措施,并总结了刀盘脱困启动和后续掘进时应注意的一些参数和事项,以期为日后施工过程中有效规避或及时处理不良地质洞段以保证TBM顺利通过提供施工经验,也为其他TBM设备出现类似卡机问题提供借鉴。