全断面岩石掘进机在中国地下工程中的应用现状及前景展望

全断岩石掘机的应用及掘进机前班级：1019317景姓名：刘宏佳全断面岩石掘进机在中国地下工程中的应用现状及前景展望内容摘要：本文概括地介绍了全断面掘进机在中国地下工程施工中的应用情况，针对21世纪中国地下工程。关键词：全断面掘进机在地下工程中的应用及其展望随着地下工程快速开挖的需要和科学技术水平的提高，全断面掘进机施工技术在中国得到了快速应用和发展。全断面掘进机是一种专门用于开挖地下通道工程的大型高科技施工装备，它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点。掘进机技术体现了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新技术的综合和密集，反映了一个国家的综合国力和科技水平。掘进机可分为部分断面掘进机和全断面掘进机两大类，按照地层条件和具体施工方法的不同，一般将全断面掘进机又分为三类，即盾构机、全断面岩石掘进机和顶管机。现代全断面掘进机技术向着机械、电气、液压、自控和智能一体化方向发展。21世纪，随着中国基础设施的大规模建设、西部大开发的进展以及北京申办2008年奥运会的成功，中国的铁路、公路、大中型水电站建设以及南水北调、西气东输等工程大量的长大隧道需要建设；现代城市建设中的地铁工程、市政工程(排污管、输水管等)、越江隧道也在不断增加。开挖这些大量的地下隧道工程，工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且地下工程掘进工作面又常常受到很大的限制，面对速度、环保、效益等问题，使用全断面掘进机无疑是最好的选择。全断面岩石掘进机的应用1964年起，中国开始研究全断面岩石掘进机(TBM)。经过近四十年的研究和工程实践，目前我国的一些生产厂已能制造TBM，或与国外著名厂商合作制造高性能的TBM；一些专业的施工企业已经能熟练使用现在世界上最先进的TBM。1965年至1966年，由上海机械设计研究室北京水电学院机电系、上海水工机械厂等单位研制生产出中国第一台直径3．4m的SJ34型TBM，曾获1978年国家重大科技成果奖，先后在杭州和云南下关的西洱河水电站引水隧道进行工业性试验，岩石抗压强度为100240MPa，最高月进尺为48．5m。1969年由广州市机电工业局制造了一台直径4m的掘进机，在广西桂林进行试验性施【实践。岩石抗压强度为30～240MPa，最高月进尺为20m，掘进总长245m1970年萍乡矿务局机修厂生产制造了直径2．6m掘进机，应用于萍乡青山矿的巷道掘进施工。西安煤矿机械厂也试制了一台直径3．5m的掘进机在铜川矿务局作工业性试验，掘进长度669m。1971年广州市机电工业局、铁道兵、抚顺矿务局以及上海水工机械厂试制了直径分别为2．5m、3．8m、5．5m和5．9m掘进机，在岩石类型为白云质石灰岩、矽质石灰岩、花岗片麻岩和石灰岩地层中施工，其中最高月进尺123m。1977年4月至1978年4月S『～58型FBM在云南西洱河水电站的水工隧道中进行工业性试验，进行了一次比较全面彻底的改装设计，提高了该机的技术性能和掘进施工的可靠性及适应性。1981年11月25日投人了引滦人唐工程中新王庄和古人庄隧道的应用施工，主干线隧道直径5．8m，施工总长度2747．2m。该隧道于1982年至1984年历时15个月零21天，是我国第一条用掘进机施工完成的中型断面隧道。1985年，在广西隆林天生桥水电站的水工隧道修建过程中，引进了美国罗宾斯公司二手TBM，直径为10．8m。这是中国第一条采用大断面的岩石掘进机施工的隧道，该TBM也是当时世界上最大的全断面岩石掘进机。30A隧道(水磨沟隧道)是甘肃省引大(大通河)人秦(秦王川)大型跨流域灌溉工程中一条次长的无压输水隧道，长度11．649km。1991年，由意大利CMC公司和中国华水水电工程公司组成联合企业，采用美国罗宾斯制造厂生产的188—227型双护盾TBM施工，掘进机直径5．53m，隧道混凝土衬砌直径4．8m，为预制的装配式结构。1997年，安康铁路秦岭隧道I线采用从德国WIRTH公司引进的2台TB880E直径8．8m掘进机施工，掘进隧道约10kin，分别由南北两头掘进、中间对接，于1998年完工。1997年，山西万家寨引水工程南干线4号洞、5号洞、6号洞、7号洞88kin隧道采用4台直径4．88m双护盾全断面掘进机施工，由意大利英波基洛公司(Impregilo)和CMC公司及中国水利水电四局组成的万龙联营体中标，总工期48个月。4台TBM中有2台由上海隧道股份有限公司和瑞典阿特拉斯一罗宾斯公司合作制造。1998年，上海隧道工程公司和上海重型机器厂还分别为引黄入晋工程所用的另两台进口掘进机提供了后配套设备以及组装和改装服务。21世纪中国隧道与地下工程建设分析中国各行业隧道与地下工程需求量1西部开发将修建大量铁路和公路隧道我国西部地区多为山地，高等级公路越岭多采用隧道，因而隧道工程很多，尤其会涌现出一些长隧道和隧道群。铁路隧道工程根据铁道部完善八纵八横路网主干的发展思路和国家西部大开发的战略部署，今后将规划一批新铁路，其中包括为数众多的山区铁路，有的隧道含量很大，长隧洞数量很多。如在建的西安一安康铁路，路线长268km，含97座隧洞，累计长123kin，占正线里程的45．9％。其中3km以上长隧洞5座，最长的是18．4km的秦岭隧道。在建的内江一昆明铁路水富到梅花山段，正线全长358mm，含隧洞127座，累计长144km，占40％，其中3km以上长隧洞15座。在建的西安一南京铁路西段位于山区，有隧道74座，累计长77．6kin，其中3km以上的长隧洞6座，最长的是12．3km的东秦岭隧道。2000年开工的重庆一怀化的鱼嘴至怀化段，正线全长584km，含隧道169座累计长214km，占36．7％，其中3km以上21座。此外，已列入计划或规划的铁路有万县一枝城，进藏的南线滇藏铁路，位于西南山区的泛亚铁路，以及东南沿海福厦铁路和温福铁路等也有很高的隧道含量和长隧道数量。(2)公路隧道工程据交通部1998年统计，全国公路隧道已建成1096座，总计长度超过33万m。到2020年，我国公路规划将开发五纵七横高速公路，总长达35960km，其中穿越山区、半山区为3670km，约占20％。这些山区公路建设将是以穿山路代替盘山路，长大公路隧道的座数很多。如规划设计中的秦岭终南山特长公路隧洞，长达18．4kin。开发利用城市地下空间将建设的地下隧道工程(1)地铁区间隧道我国大城市交通紧张状况在改革开放初期就已呈现出来，目前，各大城市道路交通条件严重恶化，车均道路面积每年以10％～15％的速度下降，发达国家所经历的机动车剧增、道路交通严重阻塞的局面也在中国大城市重演。这些城市空气和噪声的污染已严重超标，对城市居民的身心健康构成威胁。因此，发展城市快速轨道交通，在市中心区修建以地下铁道为主的高速轨道交通代替地面汽车交通，是缓解城市交通问题、改善城市环境的唯一可行办法。我国第一条地下铁道，是1969年10月1日建成通车的北京地铁1号线一段，现在京、津、沪、穗四市约有80kin地铁正在运营。香港现有荃湾、观塘、港岛三条地铁路线，计长43．2kin，共38个车站。目前京、津、沪、穗、青岛、南京、重庆、沈阳等城市投资已基本落实或正在施工中的地铁和轻轨线路达135．5kin，预计在21世纪初20年内我国可望建成800～1000km的地铁。(2)城市共同沟由于历史原因，我国城市地下管线如通讯、供电、煤气、热气、供水、排水和排放垃圾设施(统称公用事业管线)，一般缺少统一规划和管理，每年因工程活动引发公用事业管线损失达7亿元。为改变这一现状，上海、北京、南京等城市已开始计划将电力、电信、电缆、电话、煤气、上下水等两种以上的管线共同收容在道路地下的同一隧道内，这一综合管廊被称之为共同沟，成为现代化城市基础设施中各管线的物质载体。面对现代化城市高密度化和生活水准的高标准化，各种供给设施的需求量将会急剧增加，初步估计到2020年中国各主要城市将构筑共同沟800km。水电站地下隧道工程2000-2020年，我国将有10余座大中型水电站陆续开工兴建，每座水电站都有多条导流、引水和泄洪等隧洞需要开挖，总长度达1100km。近期每年要开挖水工隧洞180km。长大跨海越江隧道工程在今后十几年间，上海还将在黄浦江修建3条1000m以上的江底隧道。另外，在对琼州海峡海底隧道完成可行性研究后，不少有识之士提出了跨越渤海湾的南桥北隧固定联络通道，跨越长江人海口连接上海一崇明一启东江底隧道，有人甚至提出了兴建台湾海峡隧道的设想。海峡海底隧道以它全天候、大运输量、低耗能、安全高效等优点，越来越引起各国工程界的重视。长海底隧道建设耗资巨大，技术要求高，施工难度大。南水北调工程输水隧道我国是一个水资源短缺的国家，水资源总量为2．8万亿／T1，居世界第六位，但人均占有量只有2300m3，约为世界人均水平的1／4。由于我国特定的自然地理条件，水资源时空分布严重不均，北方水少，南方水多。水利部已制定的南水北调工程总体规划是三条调水线路，即东线、中线和西线。南水北调中线之穿黄工程(方案)是南水北调工程中的关键，直接决定着南水北调工程的工期。它是在河南郑州和山东聊城附近的黄河底部20多m处开掘出两条直径9．5m的河底隧洞，把长江水以500m3／s的流量送过黄河。西线调水工程地处海拔3000～4000m的山区高原，地形地质情况复杂，气候寒冷。由于长江上游各引水河段的水面高程较调入黄河的水面高程低，因此西线调水工程需修建高坝和开挖超长隧洞，有一方案隧洞总长度约750km，最小隧洞长30km，最长的一条隧洞长达158km。东气西输工程输气隧道西气东输工程是我国管道史上管线最长、投资最大、影响深远的一项工程，这条管道全长4200km，管径1118mm，管线穿越涉及到的技术问题复杂，要求高。特别是穿越吕梁山、太行山需要在山体中开凿一定数量的微型隧洞。2l世纪我国的铁路、公路、大中型水电站建设以及南水北调、西气东输等工程中将有大量的长大隧道；现代城市建设中的地铁工程、市政工程(排污管、输水管等)、过江隧道的需求量也在不断增加。综合上述隧道需求量粗略统计，在2000年至2020年间我国铁路、公路、水利水电、油气管道、地铁、市政隧道及煤矿等将完成5800km的地下隧道，平均每年290km。