悬臂掘进机施工工艺研究

悬臂式隧道掘进机施工工艺汇报人：xx有限公司目录一、背景资料二、掘进工艺三、效率成本四、施工案例五、突出问题目录一、背景资料二、掘进工艺三、效率成本四、施工案例五、突出问题44背景资料1.盾构法（全断面掘进机）：施工复杂、成本高、运输不便，适合长距离隧道施工。2.钻爆法：国内以钻爆法为主，危险、尺寸超差不受控、炸药管控等劣势，不适应隧道掘进的快速发展。隧道施工方式3.悬臂式隧道掘进机：国外用悬臂式掘进机施工普遍，特殊场合用炸药辅助，开挖灵活，安全可控。555月3日，安徽省望东长江公路大桥一处隧道施工过程中发生塌方事故，目前已经导致6人死亡、2人受伤。4月2日凌晨，吉林省吉珲高铁珲春段小盘岭1号在建隧道发生坍塌，12名工人被困。4月10日，来宾市忻城县桂中治旱工程第四标段加蕊隧道，施工发生塌方，现场有4人受伤，2人被困塌方之中。背景资料66隧道掘进机和钻爆法相比的主要优点：断面成型好，对围岩扰动小,施工安全；超、欠挖现象小；人员需求少，每班只需2-3人。劣势：围岩的岩石硬度达到f7以上，效率低，成本高；隧道掘进机和盾构法相比的主要优点：一次性投入成本低；组装、操作、检修要求水平低；开挖断面形状自由。劣势：施工效率低；破岩能力低。背景资料目录一、背景资料二、掘进工艺三、效率成本四、施工案例五、突出问题目录隧道掘进机XTE系列掘进机XTR系列掘进机99XTE隧道掘进机——XTE系列隧道掘进机是在EBZ系列煤矿掘进机的基础上，对电控系统、水系统、截割头等部件进行隧道适应性改进形成的隧道掘进机，主要适用于中、小断面铁路、公路、水利隧道工程。——XTE系列隧道掘进机：XTE200R、XTE230、XTE260、XTE320等隧道掘进机1010销售型号XTE200R/230XTE260XTE320整机质量（t）8085120外形尺寸机身宽（mm）320036003800整机高（mm）200020002195切割范围高（mm）480050565700宽（mm）602960297100最大抗压强度（Mpa）100100130切割头转速（r/min）46/2354/2731供电电压（V）380/660/1140380/660/1140380/660/1140注：根据切割范围，本机型主要适用中、小断面隧道，对大断面隧道可采用分层施工法。隧道掘进机XTE隧道掘进机1111隧道掘进机XTR隧道掘进机——XTR系列隧道掘进机突破了原有煤矿掘进机的限制，结合日本、德国当前最新技术，在国内首次由XX基础独立自主研发出专门适用于大型公路，铁路，地铁，隧道建设的全新掘进机，可以满足国内外客户对于大断面施工建设的要求。——XTR系列隧道掘进机：XTR260、XTR320等。1212XTR隧道掘进机型谱销售型号XTR260XTR320整机质量（t）70120外形尺寸机身宽（mm）32004200整机高（mm）45004900切割范围高（mm）71009000宽（mm）75009500最大抗压强度（Mpa）110130切割头转速（r/min）54/2754/27供电电压（V）380/660380/660注：根据切割范围，本机型主要适用大断面隧道隧道掘进机1313XTE隧道掘进机施工由掘进机在掌子面进行截割，截割下来的碎石物料通过铲板、第一运输机、第二运输机传送到渣土车运出洞外。XTE掘进机施工工艺1414泥岩：粘性软岩，易粘附于截割头表面，填充于截齿之间，因此，选用螺旋叶片式截割头，配长型截齿。切割头及截齿选型易破碎软岩（Ⅳ、Ⅴ级围岩）：此类岩石在隧道施工中最为常见，选用多螺旋线截割头，截齿排布密集，切割效率高，磨损少。硬岩（50-80MPa）：选用单螺旋线或双螺旋线小直径截割头，配硬岩型截齿，实现块状切割，降低截齿损耗。XTE掘进机施工工艺1515泥岩或软岩：从扫底开始截割，再按S型或Z型左右循环向上的截割路线逐级截割以上部分。硬岩：如选用右旋截割头，先由右向左从扫底开始截割，再按从左至右、自下往上的方式或从右往左、自上而下逐步进行截割。备注：如遇节理发育较好岩石，则应选择沿岩石节理方向逐步切割。切割路线XTE掘进机施工工艺1616定位控制使用激光导向仪（价格约1000元）定位控制断面超差或欠挖XTE掘进机施工工艺1717大断面隧道分层施工对于大断面隧道采用分层施工的方式，将连接第二运输机的装置改为摆动后推板，掘进机移位时有效清理后方堆积物料，同时用装载机将物料装到渣土车上运出洞外。摆动后推板分层施工XTE掘进机施工工艺1818支护作业Ⅳ-Ⅴ级围岩：易塌方，采取掘进支护交替进行的方式，掘进规定尺度后停止掘进，掘进机后移或居中停放，临时支护台车跟进，实施支护作业。Ⅰ-Ⅲ级围岩：岩石牢固，不易塌方，安全系数高，可采用前掘进后支护的连续作业方式。支护台车支护台车断面轮廓XTE掘进机施工工艺19191919XTR260隧道掘进机施工国外隧道掘进机施工XTR掘进机施工掘进机在隧道一侧截割岩石，在另一侧由挖掘机或装载机把截割下来的碎石物料装入渣土车运出洞外。渣料运输XTR掘进机施工工艺20202020公路隧道断面设计规范高速公路、一级公路、二级公路，国家限高5m，双车道公路的隧道开挖一般高度9m，宽度12m，若分两层开挖，一次性开挖高度6～7m。铁路隧道断面设计规范时速350km双线铁路隧道，国家限高7.25m，隧道开挖一般高度10m，宽度13.2m。XTR掘进机实现全断面隧道施工XTR320切割范围高：9.0m宽：9.5mXTR260切割范围高：7.1m宽：7.5mXTR掘进机施工工艺21212121支护台车断面轮廓支护作业掘进机掘进一定尺寸后退至临时支护台车后面，把台车移至端面处进行临时支护、喷浆，然后把台车后移，掘进机开进继续截割。XTR掘进机施工工艺2222以XTR260掘进机为例，每小时截割量、每方岩石消耗齿数曲线：效率成本2323水利、地铁隧道施工中钻爆法和掘进机施工成效对比：以35m2断面，Ⅳ级围岩为例，岩石硬度约30-40MPa，包括除尘、运渣，钻爆法进尺3米/4小时，掘进机施工3米/4小时。成本项目钻爆法（元/方）掘进法（元/方）人工费153截齿消耗费10炸药消耗费40辅助费用（电费等）18装运费55钻具消耗费用2机械折旧费212合计6538效率成本2424公路、铁路隧道施工中钻爆法和掘进机施工成效对比：以70m2断面，Ⅳ级围岩（岩石硬度约40MPa）为例，包括除尘、运渣，钻爆法进尺3米/6小时，掘进机施工3米/5小时。成本项目钻爆法（元/方）掘进法（元/方）人工费103截齿消耗费8炸药消耗费18辅助费用（电费等）18装运费55钻具消耗费用2机械折旧费212超挖费用2合计4036效率成本25XX隧道XX山原有两条隧道贯穿其中，根据市政规划，需再建两条新隧道，新一号隧道入口位于原两条隧道中间，并经其中一条隧道下面穿过，新二号隧道位于最北侧，两隧道上方为居民区，底部有防空洞。传统隧道施工方式无法满足该隧道的施工要求。大连市交通局、城建局、中铁九局联合XX集团，采用XX集团隧道硬岩掘进机XTE320进行工程施工。隧道施工现场施工案例——XX隧道26施工案例——XX隧道地址报告：强风化石英板岩中风化石英板岩裂隙较发育V级围岩岩石鉴定结果：石英板岩硬度在70-80MPa局部超过100MPaIII级围岩27施工案例——XX隧道地址报告：强风化石英板岩中风化石英板岩裂隙较发育V级围岩岩石鉴定结果：石英板岩硬度在70-80MPa局部超过100MPaIII级围岩28隧道开挖断面宽12.4米，高7.9米，仰拱单独施工。根据XTE320掘进机切割范围进行分层施工，上层开挖高度为5.7m，下层开挖高度2.2m。施工工艺及效率：每天100多方的工程量，4-5个小时施工完毕，平均20-25方/小时。施工案例——XX隧道29施工问题处理：1、在施工到200米左右时遇到2方左右的大块硬岩，硬度达到100MPa，岩石无裂隙。由于操作手经验不丰富直接用截割头截割硬岩，20s左右消耗一把截齿，截齿损耗严重。后通过观察，大块硬岩周围岩石较软，改变切割路线，通过先截割周围岩石，再进行破碎挤压的方式，将整块岩石剥落。施工案例——XX隧道30施工问题处理：2、在之后的施工中遇到了大面积的石英板岩，岩层无裂隙，硬度100MPa左右。通过多次截齿实验、优选截齿的方式顺利施工。施工案例——XX隧道31施工问题处理：（1）采用凿岩台车钻孔：采用直径40的钻杆，间隔300mm钻孔，形成蜂窝孔；最终效果不理想，没有达到岩层应力释放的效果，同时凿岩台车自身损耗严重，钻孔时间较长，施工配合较差。（2）遴选优质截齿：隧道掘进机在截割岩石时稳定性很好，但截齿损耗严重，通过选取性价比高的截齿满足施工要求；先后选取国内外20多家截齿厂家（如：山特维克和凯南麦特）进行试验，最后有山东和辽宁两家的截齿耐磨性较好，但是在使用时消耗也很大。施工案例——XX隧道32施工问题处理：（3）改进切割头截齿排布：通过调整截割头最前端截齿的倒角和转角，使截齿尖部更向前即截割头更尖；同时改变截割头的进尺量为1/3截割头，改进后使用效果明显。在综合优质截齿和新的截齿排布的基础上，综合使用能够满足施工要求，用户能够承受截齿的损耗。施工案例——XX隧道33333333XTE260在XX高速公路隧道XTE260在云南大理环城高速公路隧道四川省道205黄土梁隧道XX段，岩石硬度等级F6，岩石阶梯发育良好，施工断面高7米，宽14m。台阶开挖，进尺量3m/天/班。云南大理鸡冠山、起凤山隧道，岩石硬度等级F3，隧道施工断面7米，宽15m，两个洞同时施工，台阶开挖，进尺量4m/洞/天，每洞已掘进70多米。施工案例——四川XX、云南大理34343434XTE200R在绵阳引水隧道XTE230在湖南龙永高速公路隧道湖南龙永高速公路隧道，岩石硬度等级F4-F5，围岩节理发育较好，隧道施工断面高12米，宽13m。台阶开挖，进尺量7-8小时3m。四川绵阳葛洲坝引水隧道，细砂岩，岩石硬度等级F3，隧道施工断面高7米，宽6m。全断面开挖，进尺量12m/天。施工案例——四川绵阳、湖南张家界35鹤大线高速公路隧道XTR260隧道掘进机施工现场。施工案例——吉林鹤大高速3636突出问题隧道掘进机主要适用硬度在f2-f7的地层，硬度超过f7的地层，掘进机施工优势不突出，硬度越高，截齿损耗越大，掘进效率相对于炮采施工没有优势。降温、除尘方案有待解决。3737降温除尘根据地质情况配备封闭式水箱和高压喷雾泵，但对水质有要求。应对方案3838降温除尘根据地质情况配备除尘风机，可有效改善工作环境；掘进机配备风冷系统降温。车载式机载式风冷器应对方案