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1、隧道掘进机在中国铁道工程中的应用及前景柴永模王建宇内容摘要:本文简要叙述了中国铁道工程中近年应用隧道掘进机开挖隧道的基本情况及应用前景,提出了加速发展铁路隧道使用掘进机施工的几点建议。关键词:掘进机应用前景20世纪70年代是中国铁路建设的新高潮,为了加快铁路隧道导坑快速掘进,曾研制过直径为314m的掘进机,该机因在某铁路隧道工程使用中出现许多难以解决的问题而被迫停止。此前中国铁路建筑总公司(铁道兵)还研制了直径为518m的掘进机,但因各种原因该机未能在铁路隧道的修建中试用。此后我国铁道工程施工中采用掘进机处于停滞状态。进入90年代,穿
2、越英—法海峡的欧洲隧道,使用11台掘进机将三条共计约150km的海底隧道在不足三年的时间里便顺利掘进贯通;同时在我国甘肃省引大(通河)入秦(王川)工程中的30A隧洞(长11649m,开挖直径5153m),由意大利CMC公司采用Robbins188型双护盾掘进机承建,在1991年中连续6个月掘进进尺超1000m,最高月进尺达1300m,实现独头隧道施工通风长度达11km。上述隧道的施工业绩引起铁道部高度重视,并决定由中国铁路工程总公司和中国铁路建筑总公司首先引进掘进机,进行铁路特长隧道施工,在施工中总结机械破岩经验。并将机械破岩施工工艺
3、应用到城市地铁隧道施工中去,使施工企业逐步开拓城市地铁建设市场。隧道工程地质沿隧道轴向分为四个地质段,其中第一段从进口端至洞内的4200m为混合片麻岩地层,岩石的干抗压强度为128～197MPa,节理发育,分为Ⅲ至Ⅳ类围岩。接着向南第二段的2300m为混合花岗岩,干抗压强度95～225MPa,分为Ⅱ～Ⅳ类围岩。第三段7600m处于隧道中间段,为混合片麻岩,干抗压强度148～325MPa,节理不发育,分为Ⅴ～Ⅵ类围岩。第四段(出口端)4308m为含绿色矿物混合花岗岩,度117～169MPa,节理发育至很发育,干抗压强为Ⅲ～Ⅳ类围岩。特殊
4、地质问题有:埋深大(1600m);岩性复杂;构造影响严重;存在岩爆、地热、涌水、围岩失稳等几种灾害。113施工设计及施工方法秦岭Ⅰ线隧道南、北洞口各采用1台德国WIRTH公司生产的TB880E型硬岩隧道掘进机沿隧道轴线相向掘进,正常开挖直径为Φ818m,内轮廓在仰拱面以上是Φ717m圆弧断面,仰拱面以下满足道床水沟和各种管沟设置位置的需要。在掘进贯通之后,再进行隧道模筑衬砌的顺序作业方式施工。采用复合式衬砌,初期支护以锚杆、挂网和喷混凝土支护为主,个别地段设有钢拱架支护。锚杆直径为Φ22mm,长度310m,根据岩层情况,在仰拱预制块以
5、上的300°范围内全部设置或部分设置锚杆,间距为112m×112m左右,喷混凝土厚度100mm。二次衬砌为模筑混凝土,模板台车整体浇筑,厚度300mm。预留误差和变形共150mm,从而确保隧道内净空尺寸达Φ717m。秦岭Ⅰ线隧道是我国5000多座铁路隧道中首次采用掘进机破岩施工的隧道,掘进机主机及配套设备均1西安—安康铁路秦岭Ⅰ线隧道掘进机施工111隧道平纵断面设计西—康铁路的秦岭隧道位于长安县青岔车站与柞水县营盘车站之间,Ⅰ线隧道全长18448m,进口高程约870m,出口高程约1025m。隧道纵断面由西安端进洞后约14700m的范围
6、内为11‰的上坡,其余隧道以3‰的下坡出洞。112工程地质概况建筑机械2002(5)41TBM专辑按Ⅰ线隧道条件及工期要求,由德国WIRTH公司设计并组织多国制造。114掘进机主要技术性能及配套系统试掘进,从1998年1月到1999年8月隧道贯通,总历时1913个月,掘进长度5244m,扣除因设备故障而停机,实际掘进时间为50217天,平均月掘进速度为31317m/月,小时掘进速度为113m/h。南口掘进机于1998年2月组装调试完至5月完成1000m试掘进,到隧道贯通总历时18个月,共掘进5690m,平均月掘进316m,最高月掘进5
7、09m。由于秦岭Ⅰ线隧道要求提前贯通,因此隧道的中间部分未能采用掘进机施工,而从Ⅱ线隧道(导坑)开挖横通道进入Ⅰ线位置,用钻爆法开挖成马蹄形断面。掘进机贯通地段两端各开挖60m的机器拆卸洞室。掘进机施工过程中,小时掘进速度达到设计的1～315m/h范围内,平均月进尺接近达到350m的预期指标,机器掘进时间利用率在40%左右。掘进机施工的经济指标,按设计概算说明,掘进机施工的隧道每米单价约712万元,接近Ⅱ线隧道钻爆法修建单价的两倍,若采用掘进机与钻爆法相结合的意大利式修建隧道方法可降低成本。但采用掘进机施工的社会效益明显,使隧道施工技
8、术上了一个新台阶,增强了施工企业在城市地铁隧道施工的竞争能力和手段。116施工中的主要问题TB880E掘进机虽然是世界上技术最为先进的掘进机之一,由于它是多个系统配套作业完成掘进,任何系统出现的细小问题都会被PLC系统发
