盾构隧道技术交流会

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地质是基础 设备是关键 人才是根本 技术是支撑
----关于盾构隧道施工要素的再认识 关于盾构隧道施工要素的再认识
中国铁建股份有限公司
沙明元
汇报的主要内容
影响盾构隧道安全、优质、高效施工的主要因素 影响盾构隧道安全、优质、高效施工的主要因素 ------地质、设备、人才和技术四要素 地质、 地质 设备、 才和技术四要素 其中: 其中: 地质是盾构隧道安全高效施工 盾构隧道安全高效施工的基础 地质是盾构隧道安全高效施工的基础 设备是盾构隧道安全高效施工的 是盾构隧道安全高效施工的关键 设备是盾构隧道安全高效施工的关键 人才是盾构隧道安全高效施工 盾构隧道安全高效施工的根本 人才是盾构隧道安全高效施工的根本 技术是盾构隧道安全高效施工的支撑
3 人才是盾构隧道安全高效 施工的根本
3 人才是盾构隧道安全高效施工的根本 人才是盾构隧道安全高效施工的根本 盾构隧道安全高效施工 人才,在这里是指具有相关专业知识、 人才,在这里是指具有相关专业知识、具 备一定专业技能的工程技术人员。 备一定专业技能的工程技术人员。 无论是地质的识别还是设备状态的保障 以及工程的管理等都离不开专业技术人员 以及工程的管理等 。
3.1 盾构隧道施工对专业技术人才的需求 盾构隧道施工对专业技术人才的需求 施工对专业技术人才 相对于传统的钻爆法隧道施工,盾构机法 相对于传统的钻爆法隧道施工,盾构机法 隧道施工对于专业技术人才的数量 施工对于专业技术人才的数量、 隧道施工对于专业技术人才的数量、专业 门类、技术水平的要求都要高很多。 门类、技术水平的要求都要高很多。 盾构隧道施工离不开机械 电气、电子、 施工离不开机械、 盾构隧道施工离不开机械、电气、电子、 计算机、液压、气动、测量、地质、 计算机、液压、气动、测量、地质、隧道 建筑等专业工程师 等专业工程师, 、建筑等专业工程师,也需要一大批具有 一定专业技能的技术工人。 一定专业技能的技术工人。
盾构机控制室
液压、气动、电气、控制管线; 液压、气动、电气、控制管线;
2.2 盾构机设备系统的关键之关键设备 盾构机设备系统的关键之关键设备
盾构机由多种设备系统的组成,各部件、 盾构机由多种设备系统的组成,各部件、系统都 机由多 影响着整机工作的可靠性, 影响着整机工作的可靠性,其中刀盘刀具既是设 备系统的一部分,也是盾构机的执行机构, 盾构机的执行机构 备系统的一部分,也是盾构机的执行机构,直接 决定着盾构机与地质的适应性, 盾构机与地质的适应性 决定着盾构机与地质的适应性,需要根据地质条 件有针对性地设计配置,因此刀盘刀具是盾构 盾构机 件有针对性地设计配置,因此刀盘刀具是盾构机 设备系统的关键之关键; 设备系统的关键之关键; 主轴承是盾构机的重要部件,决定着盾构机的技 盾构机的重要部件 盾构机的 主轴承是盾构机的重要部件,决定着盾构机的技 术经济寿命 寿命; 系统是 机的神经中枢, 术经济寿命;PLC系统是盾构机的神经中枢,也 系统 盾构机的神经中枢 是盾构机核心系统,不过相对于刀盘刀具而言主 盾构机核心系统,不过相对于刀盘刀具而言主 相对于刀盘刀具而言 轴承和PLC系统技术相对比较成熟。 系统技术相对比较成熟。 轴承和 系统技术相对比较成熟
1.3 面临的问题及需要进一步研究的课题
现有的地质勘察方法和手段, 现有的地质勘察方法和手段,无论是从地表地貌 勘察方法和手段 依靠人的推断还是借助仪器的探测, 依靠人的推断还是借助仪器的探测,包括间距数 十米甚至数千米的钻孔, 十米甚至数千米的钻孔,都不能也不可能全面准 确揭露隧道洞身穿越岩土的地质状况, 确揭露隧道洞身穿越岩土的地质状况,地质条件 的不确定性,加大了盾构隧道施工的难度, 盾构隧道施工的难度 的不确定性,加大了盾构隧道施工的难度,增加 盾构隧道施工的风险 施工的风险。 了盾构隧道施工的风险。 需要进一步研究的课题: 需要进一步研究的课题:地质超前探测和预报技 不良地质超前处理技术。 术,不良地质超前处理技术。
1 地质是盾构隧道安全高效 施工的基础
1 地质是盾构隧道安全高效施工的基础
地质----主要是指盾构隧道穿越地层的工程和水 地质----主要是指盾构隧道穿越地层的工程和水 ----主要是指盾构 文地质条件, 文地质条件,也包括与开挖面直接联系的地层以 及地下地表( 构筑物。 及地下地表(建)构筑物。 盾构(shield) 盾构(shield):是在钢壳体保护下掘进隧道的 一种设备,是盾构机的简称。 一种设备,是盾构机的简称。主要有土压平衡和 泥水平衡两种类型。 泥水平衡两种类型。 盾构隧道,盾构掘进隧道, 盾构隧道,盾构掘进隧道,盾构施工隧道
盾构机刀盘与刀具
2.3 如何保障盾构机系统设备性能
盾构机选型采购阶段: 盾构机选型采购阶段: (1)注重盾构机系统结构完整、功能齐全、性能 )注重盾构机系统结构完整、功能齐全、 匹配, 匹配,要特别重视刀盘与刀具的型式和配置及其 与地质的适应性。 与地质的适应性。 (2)基于系统可靠性原理,按照冗余原则配置设 )基于系统可靠性原理, 备和系统。 备和系统。 工程施工阶段 提高盾构机系统设备完好率, 施工阶段: 工程施工阶段:提高盾构机系统设备完好率,其 主要措施如下: 主要措施如下:
打造中国铁建以盾构机装备为主的隧道专用设备 打造中国铁建以盾构机装备为主的隧道专用设备 中国铁建 人才、技术、研发、设计、 人才、技术、研发、设计、制造基地 有利于做强做大做优工业制造板块 有利于做强做大做优工业制造板块 有利于形成对施工主业技术 装备和人才的 施工主业技术、 和人才的支撑 有利于形成对施工主业技术、装备和人才的支撑 有利于占领盾构隧道施工技术的制高点 占领盾构 有利于占领盾构隧道施工技术的制高点 有利于占有盾构隧道工程市场的更大份额 占有盾构 有利于占有盾构隧道工程市场的更大份额 有利于工业制造和工程施工企业互惠双赢 制造和工程 有利于工业制造和工程施工企业互惠双赢
3.2 建议组建中国铁建盾构隧道施工集团 建议组建中国铁建盾构隧道施工集团 组建中国铁建盾构
目前中国铁建系统内盾构隧道施工方面的各类专 目前中国铁建系统内盾构隧道施工方面的各类专 盾构隧道施工方面的各类 业技术人才都不充足, 业技术人才都不充足,特别是掌握盾构控制系统 (PLC、液压与气动控制系统)的人还很少。由 、液压与气动控制系统)的人还很少。 目前盾构多数 进口设备,涉及国际商务、 盾构多数是 于目前盾构多数是进口设备,涉及国际商务、外 语方面的人才也很缺乏。 语方面的人才也很缺乏。 鉴于国内外盾构隧道工程项目的日渐增多, 盾构隧道工程项目的日渐增多 鉴于国内外盾构隧道工程项目的日渐增多,和中 国铁建系统内部盾构 盾构专业技术人才的相对匮乏以 国铁建系统内部盾构专业技术人才的相对匮乏以 盾构设备资源的相对分散的现状, 设备资源的相对分散的现状 及盾构设备资源的相对分散的现状,为实现人才 和设备资源共享,组建中国铁建盾构隧道施工集 和设备资源共享,组建中国铁建盾构隧道施工集 盾构 团或许也是可以探讨的路子 路子。 团或许也是可以探讨的路子。
2 设备是盾构隧道安全高效 施工的关键
2.1 为什么设备是盾构隧道安全高效施工的关键 为什么设备是盾构隧道安全高效施工的关键 设备是盾构隧道安全高效施工
第一,盾构机集隧道开挖、支护、出渣、运输、 第一,盾构机集隧道开挖、支护、出渣、运输、 集隧道开挖 通风、排水等隧道施工多个工序于一身, 通风、排水等隧道施工多个工序于一身,一次开 挖成洞,是一条隧道产品生产线。 挖成洞,是一条隧道产品生产线。 第二,盾构机是集机械、电气、电子、液压、 第二,盾构机是集机械、电气、电子、液压、气 是集机械 光学、信息等技术于一体的成套专用设备, 动、光学、信息等技术于一体的成套专用设备, 结构庞大、技术复杂,系统化、集成化、 结构庞大、技术复杂,系统化、集成化、智能化 程度高,管好、用好设备的技术难度大。 程度高,管好、用好设备的技术难度大。
参考《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》 参考《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》国家标准征求意见稿
土压平衡盾构
泥水平衡盾构
1.1 为Байду номын сангаас么地质是盾构隧道安全高效施工的基础
(1)是由盾构机械切削的方式所决定
盾构是利用刀盘上的刀具以机械切削的方式, 盾构是利用刀盘上的刀具以机械切削的方式,以cm甚至 甚至 计的贯入度( 于mm计的贯入度(每转的进尺)来开挖隧道的,这就决 计的贯入度 每转的进尺)来开挖隧道的,这就决 定了盾构对地质的敏感性更强。 盾构对地质的敏感性更强 定了盾构对地质的敏感性更强。
南京长江隧道6bar 6bar高气压下刀盘刀具 4.2 南京长江隧道6bar高气压下刀盘刀具 磨损修复作业技术 磨损修复作业技术 背景: S349盾构机掘进到1316m,该位置水深 21.2m,覆土厚度21.5m处,刀盘刀具严 重磨损、无法掘进。 该位置盾构机开挖仓上切口泥水支撑压力 为4.86bar,盾构中轴线压力为5.84bar, 盾构底部压力为6.82bar;气垫舱压缩空 气压力约为6.0bar。
4 技术是盾构隧道安全高效 施工的支撑
4.1 盾构隧道主要施工技术
盾构选型 盾构组装调试技术 盾构始发技术 盾构隧道掘进技术 特殊地段及特殊地质条件盾构施工技术 盾构施工 特殊地段及特殊地质条件盾构施工技术 壁后注浆控制 监控测量 刀具更换技术 设备状态监测、 设备状态监测、故障诊断及保养维修技术 盾构接收技术 刀具研制 管片预制
工程勘察设计阶段:地质勘察要尽量准确,地质 工程勘察设计阶段:地质勘察要尽量准确, 设计阶段 勘察要尽量准确 描述、岩土物理力学性能指标等要符合盾构 物理力学性能指标等要符合盾构施工 描述、岩土物理力学性能指标等要符合盾构施工 的特性; 的特性; 盾构选型采购阶段:结合实际地质条件,选择刀 盾构选型采购阶段:结合实际地质条件, 盘结构、参数, 盘结构、参数,刀具安装及配置最好能够实现不 同类型刀具互换; 同类型刀具互换; 工程施工阶段 加强地质实时现场调查, 施工阶段: 工程施工阶段:加强地质实时现场调查,密切注 盾构出渣情况 出渣情况、 意盾构出渣情况、刀具磨损速率以及掘进参数的 异常变化。 异常变化。
工程施工阶段提高盾构设备完好率的主要措施 工程施工阶段提高盾构设备完好率的主要措施 提高盾构
(1)系统进行人员培训,严格按章操作 )系统进行人员培训, 机设备维护保养规程》 (2)修订编制《盾构机设备维护保养规程》 )修订编制《盾构机设备维护保养规程 (3)实施设备状态监测 )实施设备状态监测 设备 (4)开展设备故障诊断技术研究 ) (5)树立“以养为主、养修结合 的盾构设备维 )树立“以养为主、养修结合”的盾构设备维 护管理新理念 (6)做好备件、耗材储备,寻求国内替代产品 )做好备件、耗材储备,寻求国内替代产品
盾构机用户经常面临设备供货期无保障,机器核 盾构机用户经常面临设备供货期无保障, 机用户经常面临设备供货期 心技术受制于人,备品备件价格高、 心技术受制于人,备品备件价格高、供应不及时 技术服务时效性差的窘境 的窘境; ,技术服务时效性差的窘境; 较长时期内国内外较大的盾构机市场需求; 较长时期内国内外较大的盾构机市场需求; 盾构机市场需求
2.4 需要持续研究的课题
设备状态监测与故障诊断技术研究 刀具国产化研制 刀具磨损在线监测系统 地表沉降在线监测系统及其与盾构机掘进参数、 地表沉降在线监测系统及其与盾构机掘进参数、 状态以及壁后同步注浆之间关系研究
2.5 建议加快发展中国铁建盾构装备产业 建议加快发展中国铁建盾构装备产业 发展中国铁建盾构
(2)是由盾构隧道开挖面土体稳定所需要
开挖舱的水土压力稳定情况与隧道开挖面及其周围的岩土 物理力学性质密切相关, 物理力学性质密切相关,而盾构隧道施工开挖面土体稳定 通常是要保证的。 通常是要保证的。

岩石掘进机工作面 泥水盾构开挖面
1.2 高度重视地质条件对于盾构隧道施工 高度重视地质条件对于 地质条件对于盾构隧道施工 的基础作用
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