隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)引言隧道掘進(jìn)機(jī)（TunnelBoringMachine，簡稱TBM）作為一種現(xiàn)代化的隧道開挖設(shè)備，在各類隧道工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它能夠顯著提高隧道開挖的效率、質(zhì)量和安全性，減少對周邊環(huán)境的影響。本文將詳細(xì)介紹，涵蓋設(shè)備選型、施工準(zhǔn)備、開挖過程控制、質(zhì)量與安全管理等多個方面。隧道掘進(jìn)機(jī)概述隧道掘進(jìn)機(jī)的定義與分類隧道掘進(jìn)機(jī)是一種用于全斷面隧道開挖的大型機(jī)械設(shè)備。根據(jù)其工作原理和適用地質(zhì)條件的不同，可分為多種類型。常見的有盾構(gòu)機(jī)和硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）。盾構(gòu)機(jī)主要適用于軟土地層，它通過前端的刀盤切削土體，同時利用盾殼保護(hù)挖掘空間，并在盾尾進(jìn)行管片拼裝形成隧道襯砌。硬巖掘進(jìn)機(jī)則主要用于硬巖地層，依靠刀盤上的滾刀對巖石進(jìn)行擠壓和破碎，實(shí)現(xiàn)隧道的掘進(jìn)。隧道掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)相較于傳統(tǒng)的鉆爆法開挖，隧道掘進(jìn)機(jī)具有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效的開挖作業(yè)，大大縮短了施工工期。其次，掘進(jìn)過程中對周邊地層的擾動較小，能夠有效控制地面沉降，減少對周邊建筑物和地下管線的影響。此外，隧道掘進(jìn)機(jī)的施工環(huán)境相對較好，可降低勞動強(qiáng)度，提高施工安全性。隧道掘進(jìn)機(jī)的選型地質(zhì)條件分析地質(zhì)條件是選擇隧道掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵因素之一。在選型前，需要對隧道沿線的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘察和分析，包括巖石的強(qiáng)度、硬度、完整性、地下水情況等。對于軟土地層，如淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土等，通常選擇盾構(gòu)機(jī)；而對于硬巖地層，如花崗巖、砂巖等，則更適合采用硬巖掘進(jìn)機(jī)。隧道設(shè)計參數(shù)隧道的設(shè)計參數(shù)，如直徑、長度、坡度等，也會影響隧道掘進(jìn)機(jī)的選型。不同直徑的隧道需要配備相應(yīng)尺寸的掘進(jìn)機(jī)，以確保開挖效率和施工質(zhì)量。同時，隧道的長度和坡度會影響掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。工程環(huán)境因素工程環(huán)境因素包括地面建筑物、地下管線、周邊交通等。在城市中進(jìn)行隧道施工時，需要考慮掘進(jìn)機(jī)施工對周邊環(huán)境的影響，盡量選擇對環(huán)境擾動小的機(jī)型。此外，還需要考慮施工場地的條件，如場地大小、進(jìn)出通道等，以確保掘進(jìn)機(jī)的安裝和拆卸能夠順利進(jìn)行。施工準(zhǔn)備工作場地布置施工場地的合理布置對于隧道掘進(jìn)機(jī)的施工至關(guān)重要。需要設(shè)置掘進(jìn)機(jī)的組裝場地、管片堆放場地、材料倉庫、泥漿處理系統(tǒng)等。組裝場地應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)，滿足掘進(jìn)機(jī)各部件的組裝要求。管片堆放場地應(yīng)設(shè)置在靠近掘進(jìn)機(jī)的位置，便于管片的吊運(yùn)和安裝。設(shè)備組裝與調(diào)試隧道掘進(jìn)機(jī)在運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，需要進(jìn)行組裝和調(diào)試。組裝過程應(yīng)嚴(yán)格按照廠家的安裝說明書進(jìn)行，確保各部件的安裝精度和連接可靠性。組裝完成后，需要對掘進(jìn)機(jī)的各個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，包括刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等，確保設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合設(shè)計要求。測量控制測量控制是保證隧道掘進(jìn)精度的關(guān)鍵。在施工前，需要建立高精度的測量控制網(wǎng)，包括地面控制網(wǎng)和地下控制網(wǎng)。通過測量控制網(wǎng)，對隧道的中心線、高程等進(jìn)行精確測量和定位。在掘進(jìn)過程中，需要實(shí)時監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)的位置和姿態(tài)，及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，確保隧道的軸線偏差控制在允許范圍內(nèi)。隧道掘進(jìn)機(jī)開挖過程控制刀盤驅(qū)動與破巖刀盤是隧道掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其驅(qū)動系統(tǒng)提供刀盤旋轉(zhuǎn)所需的動力。在開挖過程中，刀盤上的刀具與巖石或土體接觸，通過旋轉(zhuǎn)和擠壓實(shí)現(xiàn)破巖或切削土體的目的。不同類型的刀具適用于不同的地質(zhì)條件，如滾刀適用于硬巖地層，刮刀適用于軟土地層。在掘進(jìn)過程中，需要根據(jù)地質(zhì)條件的變化及時調(diào)整刀盤的轉(zhuǎn)速和扭矩，以提高破巖效率和刀具的使用壽命。推進(jìn)系統(tǒng)控制推進(jìn)系統(tǒng)是隧道掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)的動力來源，它通過千斤頂將掘進(jìn)機(jī)向前推進(jìn)。推進(jìn)系統(tǒng)的控制需要根據(jù)地質(zhì)條件、刀盤扭矩、掘進(jìn)速度等因素進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。在硬巖地層中，推進(jìn)速度相對較慢，需要較大的推進(jìn)力；而在軟土地層中，推進(jìn)速度可以適當(dāng)加快，但需要注意控制地面沉降。同時，推進(jìn)系統(tǒng)的千斤頂需要同步動作，以保證掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)穩(wěn)定。出渣與運(yùn)輸隧道掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的渣土需要及時運(yùn)出隧道。出渣方式主要有皮帶輸送機(jī)出渣和礦車出渣兩種。皮帶輸送機(jī)出渣具有連續(xù)、高效的優(yōu)點(diǎn)，適用于長距離隧道的施工。礦車出渣則適用于短距離隧道或場地條件受限的情況。在出渣過程中，需要注意渣土的排放和處理，避免對環(huán)境造成污染。管片拼裝在盾構(gòu)法施工中，管片拼裝是形成隧道襯砌的關(guān)鍵工序。管片拼裝應(yīng)在盾尾的保護(hù)下進(jìn)行，采用專門的管片拼裝機(jī)將管片逐塊安裝到隧道壁上。管片拼裝過程中，需要保證管片的拼接精度和密封性能，防止地下水滲漏。同時，管片的拼裝順序和方式也會影響隧道的整體結(jié)構(gòu)性能。注漿作業(yè)注漿作業(yè)是隧道掘進(jìn)過程中的重要環(huán)節(jié)，其目的是填充管片與周圍地層之間的空隙，控制地面沉降，提高隧道的防水性能。注漿材料通常采用水泥漿或水泥砂漿，通過注漿系統(tǒng)注入到管片背后。注漿作業(yè)應(yīng)在掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)的同時進(jìn)行，確保注漿的及時性和均勻性。注漿壓力和注漿量需要根據(jù)地質(zhì)條件和地面沉降情況進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。質(zhì)量控制隧道軸線控制隧道軸線控制是保證隧道施工質(zhì)量的關(guān)鍵。在掘進(jìn)過程中，需要實(shí)時監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)的位置和姿態(tài)，通過調(diào)整推進(jìn)系統(tǒng)的千斤頂推力和刀盤扭矩，使掘進(jìn)機(jī)沿著設(shè)計軸線前進(jìn)。同時，需要定期對隧道的中心線和高程進(jìn)行復(fù)測，及時發(fā)現(xiàn)和糾正軸線偏差。管片拼裝質(zhì)量控制管片拼裝質(zhì)量直接影響隧道的防水性能和結(jié)構(gòu)安全。在管片拼裝過程中，需要控制管片的拼接精度，保證管片之間的環(huán)向和縱向間隙符合設(shè)計要求。同時，需要檢查管片的密封墊是否安裝正確，防止地下水滲漏。注漿質(zhì)量控制注漿質(zhì)量對于控制地面沉降和提高隧道防水性能至關(guān)重要。需要控制注漿材料的配合比、注漿壓力和注漿量，確保注漿效果符合設(shè)計要求。在注漿過程中，需要實(shí)時監(jiān)測注漿壓力和注漿量的變化，及時調(diào)整注漿參數(shù)。安全管理安全制度與培訓(xùn)建立健全的安全管理制度是保障隧道掘進(jìn)機(jī)施工安全的基礎(chǔ)。施工單位應(yīng)制定安全生產(chǎn)責(zé)任制、安全教育培訓(xùn)制度、安全檢查制度等一系列安全管理制度，明確各級人員的安全職責(zé)。同時，需要對所有參與施工的人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，提高員工的安全意識和操作技能。設(shè)備安全維護(hù)隧道掘進(jìn)機(jī)是一種大型、復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到施工人員的生命安全和工程的順利進(jìn)行。需要定期對掘進(jìn)機(jī)的各個系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)，包括刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。及時更換磨損的零部件，確保設(shè)備的安全性能。施工安全防護(hù)在隧道施工過程中，需要采取一系列的安全防護(hù)措施。如在隧道內(nèi)設(shè)置安全警示標(biāo)志、安裝通風(fēng)設(shè)備、配備消防器材等。同時，需要對施工人員進(jìn)行個人安全防護(hù)，如佩戴安全帽、安全帶、防護(hù)手套等。環(huán)境保護(hù)噪聲與粉塵控制隧道掘進(jìn)機(jī)施工過程中會產(chǎn)生噪聲和粉塵污染。為了減少噪聲對周邊環(huán)境的影響，可以采取設(shè)置隔音屏障、選用低噪聲設(shè)備等措施。對于粉塵污染，可以通過噴霧降塵、安裝吸塵設(shè)備等方式進(jìn)行控制。泥漿處理在盾構(gòu)法施工中，泥漿處理是一個重要的環(huán)保問題。泥漿處理系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)κ┕み^程中產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)泥漿的循環(huán)利用和廢渣的合理排放。處理后的泥漿應(yīng)符合環(huán)保要求，廢渣應(yīng)進(jìn)行妥善處理，避免對環(huán)境造成污染。生態(tài)保護(hù)在隧道施工過程中，應(yīng)盡量減少對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞。對于施工過程中產(chǎn)生的棄土、棄渣等，應(yīng)選擇合適的棄渣場進(jìn)行堆放，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，防止水土流失。同時，在施工結(jié)束后，應(yīng)及時對施工場地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)的發(fā)展趨勢智能化與自動化隨著科技的不斷發(fā)展，隧道掘進(jìn)機(jī)的智能化和自動化程度將越來越高。未來的掘進(jìn)機(jī)將具備自動導(dǎo)航、自動控制、自動監(jiān)測等功能，能夠根據(jù)地質(zhì)條件的變化自動調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，提高施工效率和質(zhì)量。節(jié)能環(huán)保節(jié)能環(huán)保是隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向。未來的掘進(jìn)機(jī)將采用更加節(jié)能的驅(qū)動系統(tǒng)和先進(jìn)的泥漿處理技術(shù)，減少能源消耗和環(huán)境污染。同時，還將開發(fā)新型的材料和工藝，降低掘進(jìn)機(jī)的重量和制造成本。適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件隨著隧道工程的不斷發(fā)展，對隧道掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的能力提出了更高的要求。未來的掘進(jìn)機(jī)將能夠在更復(fù)雜的地質(zhì)條件下進(jìn)行施工，如高水壓、高地應(yīng)力、軟硬不均地層等。結(jié)論隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)是一種先進(jìn)的隧道施工技術(shù)，具有高效、安全、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。在隧道工程中，正確選擇隧道掘進(jìn)機(jī)，做好施工準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格控制開挖過程