隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工概述培訓(xùn)課件

隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工概述培訓(xùn)課件匯報(bào)人：2025-05-01目錄CONTENTS02TBM施工流程01TBM施工概述03TBM施工關(guān)鍵技術(shù)04TBM維護(hù)與故障處理05TBM施工安全管理01TBM施工概述TBM定義與類型全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)TBM（TunnelBoringMachine）是一種集開挖、支護(hù)、出渣等功能于一體的全斷面隧道施工機(jī)械，適用于硬巖、軟巖及復(fù)合地層，根據(jù)地質(zhì)條件可分為敞開式、護(hù)盾式、雙護(hù)盾式等類型。敞開式TBM主要用于穩(wěn)定巖層，依靠撐靴提供推進(jìn)反力，配備刀盤旋轉(zhuǎn)切削巖體，適用于無支護(hù)需求的硬巖隧道工程。護(hù)盾式TBM在軟弱破碎地層中應(yīng)用廣泛，通過護(hù)盾結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐圍巖，同步安裝預(yù)制管片，確保施工安全與效率。雙模式TBM兼具敞開式和護(hù)盾式功能，可靈活切換以適應(yīng)復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，如EPB（土壓平衡）與硬巖模式的組合機(jī)型。刀盤與切削系統(tǒng)推進(jìn)與支撐系統(tǒng)刀盤是TBM的核心部件，配備滾刀或刮刀，通過旋轉(zhuǎn)切削巖土；滾刀在高壓下擠壓巖體產(chǎn)生裂紋，實(shí)現(xiàn)高效破巖。液壓油缸提供推進(jìn)力，撐靴或護(hù)盾與洞壁接觸形成反力支撐，確保機(jī)器穩(wěn)定前進(jìn)，同時(shí)避免圍巖變形。TBM基本構(gòu)造與工作原理出渣與運(yùn)輸系統(tǒng)切削后的渣土通過螺旋輸送機(jī)或皮帶機(jī)運(yùn)至后方，再經(jīng)礦車或連續(xù)輸送帶排出洞外，實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。支護(hù)系統(tǒng)護(hù)盾式TBM配備管片拼裝機(jī)，同步安裝預(yù)制混凝土管片以形成永久襯砌；敞開式TBM可能需額外噴漿或錨桿支護(hù)。高效性與自動(dòng)化TBM可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)掘進(jìn)，日均進(jìn)度可達(dá)10-30米，遠(yuǎn)超鉆爆法；自動(dòng)化控制系統(tǒng)減少人工干預(yù)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。TBM施工特點(diǎn)與優(yōu)勢01環(huán)境影響小相比傳統(tǒng)爆破，TBM施工振動(dòng)噪聲低，對地表建筑和生態(tài)干擾小，尤其適合城市隧道與環(huán)保敏感區(qū)域。02地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)通過配置不同刀盤、支護(hù)系統(tǒng)及輔助設(shè)備（如超前鉆探、注漿系統(tǒng)），TBM可應(yīng)對軟土、硬巖及斷層破碎帶等復(fù)雜地層。03經(jīng)濟(jì)性與長壽命雖然初期投資高，但TBM施工綜合成本在長隧道中更具優(yōu)勢；設(shè)備壽命可達(dá)20-30公里，適合大規(guī)模隧道項(xiàng)目。0402TBM施工流程施工前準(zhǔn)備地質(zhì)勘察與分析通過鉆探、物探等手段詳細(xì)掌握隧道沿線地質(zhì)條件，包括巖層強(qiáng)度、節(jié)理發(fā)育程度、地下水分布等，為TBM選型及施工參數(shù)設(shè)定提供科學(xué)依據(jù)。設(shè)備組裝調(diào)試在始發(fā)井完成TBM主機(jī)、后配套系統(tǒng)的吊裝組裝，進(jìn)行液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等72小時(shí)空載試運(yùn)行，確保刀盤扭矩、推進(jìn)油缸壓力等關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)標(biāo)。始發(fā)基座建設(shè)采用高強(qiáng)度混凝土澆筑始發(fā)反力架基座，預(yù)埋精確定位的鋼軌和定位支座，基座水平誤差需控制在±2mm以內(nèi)以保障TBM初始姿態(tài)準(zhǔn)確。TBM掘進(jìn)過程刀盤破巖作業(yè)導(dǎo)向與糾偏控制渣土輸送系統(tǒng)滾刀在30-35MPa推力下擠壓破碎巖體，硬巖地層采用17英寸盤形滾刀，刀盤轉(zhuǎn)速控制在5-8rpm，貫入度維持在8-12mm/rev以達(dá)到最佳破巖效率。螺旋輸送機(jī)將破碎巖渣轉(zhuǎn)運(yùn)至皮帶輸送機(jī)，配備金屬探測器和過載保護(hù)裝置，處理能力需匹配掘進(jìn)速度（通常為200-400m3/h），防止堵倉事故發(fā)生。通過激光全站儀+棱鏡組合測量系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測掘進(jìn)姿態(tài)，每環(huán)推進(jìn)后利用撐靴油缸進(jìn)行±15mm范圍內(nèi)的軌跡修正，確保軸線偏差不超過隧道直徑的0.5%。管片拼裝工藝采用真空吸盤式拼裝機(jī)進(jìn)行六邊形預(yù)制混凝土管片安裝，從底部開始順時(shí)針拼裝，相鄰環(huán)間錯(cuò)縫布置，螺栓預(yù)緊力達(dá)到300-400kN以保證結(jié)構(gòu)整體性。管片安裝與同步注漿同步注漿系統(tǒng)在盾尾間隙形成后立即通過4-6個(gè)注漿孔注入水泥-膨潤土雙液漿，注漿壓力控制在0.3-0.5MPa，填充率需達(dá)到130-150%以有效控制地表沉降。二次補(bǔ)強(qiáng)注漿在管片脫出盾尾5-10環(huán)后，通過管片吊裝孔進(jìn)行聚氨酯或水泥漿液的補(bǔ)充注漿，重點(diǎn)處理拱頂120°范圍內(nèi)的空隙，確保長期支護(hù)質(zhì)量。03TBM施工關(guān)鍵技術(shù)地質(zhì)適應(yīng)性調(diào)節(jié)通過PLC系統(tǒng)監(jiān)測主軸承溫度、電機(jī)電流等參數(shù)，當(dāng)推力超過額定值（如3000kN）時(shí)自動(dòng)降低推進(jìn)速度，防止刀具異常磨損或卡機(jī)事故發(fā)生。動(dòng)態(tài)平衡控制掘進(jìn)效率優(yōu)化采用"恒功率控制"策略，在IV類圍巖中典型參數(shù)組合為轉(zhuǎn)速4rpm+推進(jìn)速度12mm/min，同步匹配螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速（8-15rpm）實(shí)現(xiàn)渣土連續(xù)排出。根據(jù)圍巖硬度、裂隙發(fā)育程度實(shí)時(shí)調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)速（通常2-8rpm），硬巖采用低轉(zhuǎn)速高扭矩模式，軟巖則提高轉(zhuǎn)速配合較低推進(jìn)速度（5-20mm/min）以避免刀盤堵塞。刀盤轉(zhuǎn)速與推進(jìn)速度控制開挖面壓力管理土壓平衡控制在軟弱地層中維持開挖艙壓力（通常0.1-0.3MPa）略高于地下水壓，通過螺旋輸送機(jī)閘門開度調(diào)節(jié)排土量，壓力波動(dòng)需控制在±0.02MPa范圍內(nèi)。氣壓輔助模式多參數(shù)聯(lián)動(dòng)調(diào)控遇富水砂層時(shí)注入壓縮空氣（壓力0.15-0.25MPa）形成氣墊層，配合泡沫劑改良渣土流動(dòng)性，需實(shí)時(shí)監(jiān)測氣體逸散量避免地表冒頂。集成盾構(gòu)姿態(tài)、注漿壓力、土倉壓力等數(shù)據(jù)建立PID控制模型，典型案例顯示壓力偏差超過5%時(shí)需立即停機(jī)檢查密封系統(tǒng)。123導(dǎo)向系統(tǒng)使用全站儀自動(dòng)測量地質(zhì)預(yù)報(bào)輔助糾偏激光靶導(dǎo)向技術(shù)每推進(jìn)1.5m進(jìn)行一次盾構(gòu)機(jī)棱鏡坐標(biāo)采集（精度±3mm），通過VMT系統(tǒng)計(jì)算水平/垂直偏差，驅(qū)動(dòng)液壓糾偏油缸（行程±50mm）進(jìn)行姿態(tài)修正。在曲線段施工時(shí)采用雙靶標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示盾構(gòu)機(jī)與設(shè)計(jì)軸線的偏航角（允許值±0.5°），配合鉸接裝置實(shí)現(xiàn)最小轉(zhuǎn)彎半徑150m的精確控制。結(jié)合TSP203超前探測數(shù)據(jù)，在斷層帶前20m預(yù)調(diào)導(dǎo)向參數(shù)，典型糾偏速率控制在3mm/m以內(nèi)避免管片錯(cuò)臺超標(biāo)。04TBM維護(hù)與故障處理日常維護(hù)制度定期潤滑檢查每日需對刀盤軸承、推進(jìn)油缸鉸接點(diǎn)等關(guān)鍵部位進(jìn)行潤滑狀態(tài)檢查，使用專用高壓油脂槍補(bǔ)充潤滑脂，確保摩擦副處于最佳工作狀態(tài)。潤滑周期需根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整，硬巖段應(yīng)縮短至4小時(shí)/次。液壓系統(tǒng)監(jiān)測建立液壓油污染度三級預(yù)警機(jī)制，通過在線顆粒計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測油液清潔度。當(dāng)NAS等級超過8級時(shí)需立即啟動(dòng)濾芯更換程序，并排查密封件磨損情況。電氣系統(tǒng)巡檢采用紅外熱成像儀每周檢測變頻器、電機(jī)接線端子溫度分布，溫差超過15℃需緊固連接件。同時(shí)檢查電纜卷筒滑環(huán)的碳刷磨損量，剩余厚度不足5mm必須更換。當(dāng)?shù)毒吣p量達(dá)到刀圈直徑的15%（17英寸刀標(biāo)準(zhǔn)為2.55mm）或出現(xiàn)偏磨、崩刃時(shí)需立即更換。換刀作業(yè)前必須進(jìn)行掌子面支護(hù)，采用液壓扭矩扳手按3500N·m標(biāo)準(zhǔn)力矩緊固螺栓。刀具更換與主軸承維護(hù)滾刀更換標(biāo)準(zhǔn)每月使用激光對中儀測量軸承游隙，軸向間隙超過0.3mm或徑向間隙超過0.5mm時(shí)需啟動(dòng)專項(xiàng)維護(hù)。注脂壓力應(yīng)保持在40-60bar范圍內(nèi)，注脂量根據(jù)掘進(jìn)里程累計(jì)計(jì)算。主軸承間隙檢測每掘進(jìn)500米需更換主軸承內(nèi)外密封條，安裝前需用專用工具測量密封槽變形量。密封腔沖洗系統(tǒng)需保持3bar壓力，防止渣土侵入軸承滾道。密封系統(tǒng)維護(hù)常見故障及應(yīng)急處理立即啟動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)模式，同時(shí)注入膨潤土降低扭矩。若30分鐘內(nèi)無法脫困，需啟用超前鉆機(jī)在刀盤前方打設(shè)釋壓孔。記錄卡停時(shí)的推力、扭矩?cái)?shù)據(jù)用于地質(zhì)分析。刀盤卡停應(yīng)急程序迅速關(guān)閉對應(yīng)油路截止閥，啟用備用泵站。泄漏油液需用高分子吸附材料處理，嚴(yán)禁直接用水沖洗。故障修復(fù)后需進(jìn)行30分鐘壓力測試，階梯升壓至額定壓力的1.5倍。液壓管路爆裂處理啟動(dòng)全站儀人工復(fù)測模式，對比SLS系統(tǒng)數(shù)據(jù)偏差。當(dāng)水平偏差超過50mm時(shí)，應(yīng)停止推進(jìn)并啟用輔助千斤頂進(jìn)行糾偏。同步檢查棱鏡支架螺栓預(yù)緊力是否達(dá)標(biāo)。導(dǎo)向系統(tǒng)失準(zhǔn)應(yīng)對05TBM施工安全管理施工安全管理體系組織架構(gòu)與責(zé)任劃分應(yīng)急預(yù)案與演練標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程建立由項(xiàng)目經(jīng)理、安全總監(jiān)、專職安全員組成的三級安全管理網(wǎng)絡(luò)，明確各崗位安全職責(zé)，實(shí)行“一崗雙責(zé)”制度，確保安全管理覆蓋施工全過程。制定TBM掘進(jìn)、支護(hù)、設(shè)備維護(hù)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程（SOP），包括班前安全交底、作業(yè)許可審批、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)旁站監(jiān)督等，減少人為操作失誤風(fēng)險(xiǎn)。針對TBM施工中可能發(fā)生的塌方、涌水、設(shè)備故障等突發(fā)情況，編制專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，每季度組織實(shí)戰(zhàn)演練，提升應(yīng)急響應(yīng)能力。人員安全防護(hù)措施個(gè)體防護(hù)裝備（PPE）強(qiáng)制要求作業(yè)人員佩戴防砸安全帽、防穿刺靴、反光背心、防塵口罩等，針對TBM刀盤檢修等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)還需配備墜落防護(hù)系索和防噪耳塞。安全培訓(xùn)與考核受限空間作業(yè)管理實(shí)施“三級安全教育”（公司級、項(xiàng)目級、班組級），重點(diǎn)培訓(xùn)TBM操作規(guī)范、緊急避險(xiǎn)路線、有害氣體識別等內(nèi)容，考核合格后方可上崗。對TBM內(nèi)部狹窄區(qū)域（如刀盤艙、皮帶輸送機(jī)檢修區(qū)）實(shí)行“雙人作業(yè)制”，配備有毒氣體檢測儀和強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備，確?？諝饬魍ㄟ_(dá)標(biāo)。123粉塵與有害氣體監(jiān)控采用低振動(dòng)刀盤設(shè)計(jì)和隔音罩技術(shù)，將施工噪聲控制在85分貝以下；對周邊建筑物布