登记号：
广科成登字[2022]B0056号
登记日期：
20220526
成果名称：
超高强度硬岩TBM安全高效掘进关键技术
完成单位：
广东水电二局股份有限公司、广东省水利电力勘测设计研究院有限公司、广东省粤东三江连通建设有限公司
研究人员：
谢祥明、周南龙、姚礼敏、徐文秀、金永就、乔晓锋、胡江涛、廖峻杰、吴海华、李 愉、甘大钦、郑 娟、陈一兵、钟 哲、黄红梅、文 涛、王军涛
研究时间：
2020-09-20~2021-10-30
成果评价单位：
广东省水利学会
成果评价日期：
2021-11-20
成果应用行业：
建筑业
高新科技领域：
先进制造
简介：
1、课题任务来源 属企业自选课题。 2、应用领域和技术原理 本技术可应用于长距离高强度硬岩隧洞TBM掘进施工领域，其关键技术及其原理如下： （1）超高强度硬岩TBM刀具布置及掘进参数控制研究 通过增加滚刀数量，加大滚刀直径等措施使刀盘更加适应硬岩掘进，提高了刀盘的掘进效率。通过统计分析掘进参数的分布和变化规律以及各参数的相关性，总结出适合本项目超高强度硬岩掘进的合理参数。在项目实施过程中，掘进6309.9m，刀具消耗563把，平均每米消耗刀具0.089把/m，远小于类似工程刀具消耗水平；施工进度平均月进尺达到了600米，月最高进尺达到693米，相较于其他类似硬岩掘进工程，掘进效果显著。通过实践证明，该刀盘选型适用于隧洞围岩，刀盘选型合理，掘进参数控制合理。 （2）TBM快速掘进关键技术 研发了基于CC-LINK现场总线技术和光纤中继器的超长距离带式输送机急停控制系统，实现了多段皮带机协同高效作业，解决了超长隧洞掘进高效出渣技术难题。 研发了一种皮带机回收装置，皮带回收装置以类似于连续皮带正常工作状态的驱动速度，通过设计的回收装置以同等的速度将皮带予以回收。 研发了连续皮带机同步安装装置，优化了连续皮带机施工工艺，可以在不停机的状态下同步安装皮带机各类支架。 研发了二次注浆平台装置，下部利用弧形立柱形成运输通道，上部利用设备平台空间形成操作空间，保证了二次注浆的连续性，避免了原施工工艺条件下需停机注浆的现象，提高了施工效率。 （3）TBM变洞径空推步进方法 本项目研发了一种TBM变洞径空推步进方法，解决了TBM变洞径空推步进的技术难题。其原理是将原配套固定承重轮改为内置油缸可伸缩结构，通过调整承重轮内置油缸行程，使其能够适应各种洞径尺寸的变化，提高TBM的适应性和空推步进效率。另外，考虑到撑靴在洞径变大的情况下，撑靴支撑的围岩稳定性不足，使用预制块代替拼装管片来提供反力，以保障TBM空推步进的稳定性。 3、性能指标 （1）通过开展超高强度硬岩TBM刀具布置及掘进参数控制研究，优化了刀具选型布置和确定了最优掘进参数，TBM在100-150MPa强度围岩工况下掘进，施工进度平均进尺达到了600米/月，最高进尺可达693米/月，平均刀具消耗0.089把/m，解决了高强度硬岩工况TBM掘进效率低、刀具损耗大等施工难题，达到了TBM安全高效掘进的施工效果。 （2）研发了长距离带式输送机急停控制系统、连续皮带机同步安装装置和二次注浆平台等，降低了出渣系统故障率，提高了TBM利用率，实现了多段皮带机协同高效作业，解决了超长隧洞掘进高效出渣技术难题。 （3）研发了一种TBM变洞径空推步进方法，优化了TBM空推步进施工工艺，将原配套固定承重轮改为内置油缸可伸缩结构，通过调整承重轮内置油缸行程，使其能够适应各种洞径尺寸的变化，实现了TBM安全高效空推步进。采用该方法空推步进速度由原来的每天30m提高到每天90m，空推步进效率提高了2倍。 4、成果的创造性和先进性 研发了TBM硬岩刀具优化布置及掘进参数控制技术，有效控制了刀具损耗，提高了掘进速度，在平均强度为100~150MPa花岗岩隧道施工中，刀具消耗0.089把/m；施工进尺月平均达600米以上（最高月进尺693米），实现了TBM在超高强度硬岩隧洞安全高效掘进。 研发了超长隧洞TBM掘进高效出渣关键技术，采用CC-LINK现场总线技术和光纤中继器，实现了急停控制系统稳定性运行和故障点定位能力，解决了多段皮带机系统协同高效作业技术难题；研发了连续皮带机同步安装装置和输送机皮带回收装置，实现了皮带机不停机连续安装以及皮带高效率低成本回收；研发了二次注浆平台，实现了同步二次注浆，保证了注浆的连续性和注浆效果，加快了施工进度。 研发了TBM变洞径空推步进方法，优化了TBM空推步进施工工艺，使设备承重轮能够适应变洞径结构断面，实现了高效空推步进。 本项目获授权发明专利3项、软件著作权1项，企业工法一项，发表论文1篇，技术成果具有创造性和先进性。 5、应用情况及存在的问题 （1）应用情况 本课题研究解决了超高强度岩石地质条件下TBM掘进关键技术难题，形成了超高强度岩石地质隧洞TBM快速高效施工成套技术。相关技术成果已成功应用于榕江关埠引水工程、广西桂中治旱乐滩水库引水灌区北干一标、珠三角水资源配置工程A2标段等多项工程，取得了显著的技术、经济和社会效益，具有良好的推广应用价值和广阔的应用前景。 （2）存在的问题 在超高强度岩石地质隧洞掘进施工中，还需进一步总结刀具布置及掘进参数控制经验。
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