TBM卡机的原因和对策 - 山西省水利学会.docVIP

作者：赵第厚TBM卡机的原因和对策 赵第厚 （山西水利建筑工程局，　太原　030006） 摘要：某隧洞工程利用TBM进行施工时，由于通过膨胀泥岩地层，出现了TBM卡机现象，严重地影响了施工进度、施工进度、施工质量。文中从地质条件、设备选择和施工现场操作方面分析了发生卡现现象的原因，并提出了解决问题的对策。 关键词：双护盾TBM；地质；设备；施工；对策 中图分类号：TU621 文献标识码：B 某隧洞工程施工中采用TBM通过膨胀泥岩洞段时，由于地质问题和设备问题的存在，造成长期卡机，严重影响了TBM的施工进度、施工质量和施工效益，甚至已对TBM在施工的可行性和TBM的推广应用形成威胁，因此，本文从地质、设备和施工方面剖析问题的实质，希望对今后的TBM施工提供有用的参考。 1、地质问题 该隧洞工程招标文件中给出的Ⅱ类围岩长度占3.8％、Ⅲ类围岩长度占49.6％、Ⅲ～Ⅳ类围岩长度占25.6％、Ⅴ类围岩长度占0.8％Ⅴ1类围岩长度占14.4％、Ⅴ2类围岩长度占0.3％。 Ⅱ类围岩长度占％Ⅲ类围岩长度Ⅳ类围岩长度Ⅴ类围岩长度Ⅴ1类围岩长度占.7％ 由于施工地质与招标地质相比，地质条件明显恶化，而TBM选型是针对地质条件进行功能和系统能力设计的，国此，地质的偏差对TBM选型所产生的误导，必然对今后的施工产生不良影响。 2 设备问题 2.1 双护盾TBM简介 双护盾TBM主要结构包括：前护盾、支撑护盾和连接前支撑护盾的伸缩护盾。前护盾内有刀盘、刀盘支撑体、刀盘驱动马达、变速箱和主轴承。前护盾与支撑护盾之间的伸缩护盾由水平主推进液压缸连接。支撑护盾内有主支撑系统和辅助推进系统。支撑护盾后管片安装区上有尾护盾与支撑护盾连接。 本工程使用的TBM生产厂家技术参数，见表1 表1 双护盾TBM主要技术参数表 项目名称 单位 主要技术参数 制造厂家 — 德国海瑞克公司（HERRENKNECHT.AG） 编号 — S-301 隧洞开挖直径 m 6.79 刀具数量 把 42 刀具规格 英寸 17 刀具承载能力 kN 267 刀盘功率 kW 2 100，6×350 刀盘转速 rpm 0～8.19 刀盘最大扭矩 kN.m 4 590 刀盘脱困扭矩 kN.m 5 410 刀盘最大推力 kN 11 214 主推进最大推力 kN 28 150 主推进油缸数量 个 10×1 主推进油缸行程 m 1.7 辅助推进最大推力 kN 37 165 辅助推进油缸数量 个 10×2 辅助推进油缸行程 m 2.6 管片宽度 m 1.6 TBM质量 t 650 2.2 双护盾TBM施工隧洞受力分析 2.2.1 TBM在破碎带或膨胀围岩中掘进 计算在破碎带中刀盘所需的转矩时，我们假定刀盘只承受塌方围岩（塌方高度为0.7D即0.7倍的刀盘直径）的土压力。具体受力见图1 图-1 刀盘受力分布图 图中计算公式根据隧洞采用的TBM进行取值，其中： 护盾长度 L = 12.145m TBM主机重量 W = 650t 刀盘厚 d= 0.91m（与塌方围岩接触区域） 塌方松散体高度 H = 0.7D = 4.8m 塌方围岩密度 r= 1.7t/m3 内摩擦角 Φ= 35° 因此围岩内摩擦系数 刀盘顶部应力 P0 = rH=80kN/m2 刀盘底部应力 P1 = P0+(W/Dd)=89kN/m2 刀盘上部水平应力 P2 = P0K =22kN/m2 刀盘下部水平应力 P3 = (P0+rD)K=25kN/m2 刀盘前平面的摩擦转矩：Tr1 Tr1 ＝μ1××× 破碎带刀盘与围岩摩擦系数取0.3，则 μ1＝ 0.3，Tr1 = 577kNm 膨胀岩刀盘与围岩摩擦系数取μ1＝0.7时Tr1= 2 751 kN.m 刀盘周边的摩擦转矩：Tr2 Tr2 ＝μ2××π×D×d× 破碎带刀盘与围岩摩擦系数取0.3，则μ2＝ 0.3， Tr2= 1 068kN.m 膨胀围岩摩擦系数取μ2＝0.7时Tr1= 2 491kN.m 在塌方围岩中掘进所需的转矩：Tr3 当围岩强度小于10MPa，贯入度为0.8cm/rev（每转0.8cm）时 Tr3 ＝ Pt·n·r m ＝ 2691kN.m 式中： Pt— 滚刀切向力，KN； n—