3全断面岩石掘进机(TBM)技术研究
南水北调西线工程涉及高海拔、深覆盖、复杂地质条件下的长距离大直径引水隧洞施工建设。由于特殊地理和气候条件的影响，传统钻爆施工方法难以适应工程建设需要。由于全断面岩石掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)施工的方法具有快速、高效、安全可靠、施工质量好、成本低等优点，成为西线工程的关键技术设备。全断面岩石掘进机是集机械、电子、液压、激光、控制等技术为一体的高度机械化和自动化的大型地下隧道开挖衬砌成套装备，技术复杂，由于我国TBM设计及制造技术与国际水平距离较大，因此，组织跨学科队伍开发TBM核心技术，形成技术集成能力，十分必要。
“全断面岩石掘进机(TBM)技术研究与开发”课题设置“全断面岩石掘进机总体设计技术及产品研究与开发”、“超前地质探测预报和处理技术及设备研究”、“全断面岩石掘进机后配套系统的研究与开发”3个专题。
3．1全断面岩石掘进机总体设计技术及产品研究与开发
全断面岩石掘进机主机主要包括刀盘、推进系统、驱动系统、支撑系统、排碴系统、液压和控制系统、导向系统等部分。地质条件良好时，洞径若为3.5m—8.0m时，对中硬岩层，国际先进掘进机开挖速度可达到月平均1000m以上；单机单头掘进隧洞长度可达14.5km,作业率(作业率为设备掘进时间与整个隧洞工程开挖时间的比值)超过50%。我国从1958年开始对全断面岩石掘进机进行研究，由于技术、经济等多方面原因，技术发展缓慢。1966年试制出第一台全断面隧洞掘进机。国内先后有9个厂家设计制造了19台掘进机，投入使用17台，涉及工程项目21个，掘进累计总长18.5km，最高月进尺都在250m以下，与国际先进水平差距明显。该专题将结合我国工程建设市场需求，在技术引进与合作的基础上，吸收国际先进技术与经验，自主创新，形成高起点的核心技术集成，促进全断面岩石掘进机本地化设计、制造技术能力的提高。
主要研制内容：
(1)主机机型与主要性能参数指标的研究；
(2)刀盘结构、刀盘驱动系统及刀盘推进系统的研究；
(3)破岩刀具的研究；
(4)支撑系统的研究，
(5)导向装置与电气、液压系统的控制集成技术研究；
(6)TBM虚拟样机设计研究。
3．2超前地质探测预报和处理技术及设备研究
在长隧洞选线中，需要做大量的地质勘探工作，但是由于技术、经济条件的制约，地质勘探不可能做到十分详尽，造成了对地质结构了解的局限性，常常在施工中遭遇未预见的地质灾害(如涌水、岩溶、瓦斯、断层、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等)，造成掘进施工受阻或停工。因此，在复杂地质条件下，探明地质状况并及时进行超前处理是保障隧洞掘进施工的关键问题之一。该专题围绕此技术需求，开展超前地质探测预报和处理技术及设备研究。
主要研制内容：
(1)超前钻探及处理设备的选型；
(2)引进吸收和集成技术、超前地质预报技术，
(3)超前处理施工决策系统。
3．3 全断面岩石掘进机后配套系统的研究与开发
全断面岩石掘进机后配套设备主要由风、水、电供应和材料运输保障系统构成。据统计，由于后配套系统的原因引起的掘进停工时间占总停工时间的比例较高，因此全断面岩石掘进机后配套技术及设备对保障全断面岩石掘进机的连续、均衡、高效运转至关重要。该专题将结合西线工程施工高海拔、低温环境等技术需求，开展全断面岩石掘进机后配套系统的研究与开发。
主要研制内容：
(1)出碴、材料运输方案及设备的选型集成技术研究；
(2)支护施工工艺及设备优化选型集成技术研究；
(3)供电、供水、通风及除(降)尘技术及设备系统研究；
(4)施工安全预警系统研究；
(5)排水系统研究；
(6)高寒地区冬季施工保障技术研究；
(7)TBM隧洞施工数据库及辅助决策系统开发。
该课题将在技贸结合和技术引进的基础上，广泛吸取国际先进技术，组织跨地区、跨行业、跨学科的产学研技术队伍，立足自主技术创新，建立全断面岩石掘进机主机设计平台；研究全断面岩石掘进机超前探测处理设备及其相关技术；研究全断面岩石掘进机后配套成套设备及工艺技术：通过攻关掌握具有自主知识产权的设计集成技术，通过关键零部件国际优化采购的方式，逐步依托国内隧洞工程，实现全断面岩石掘进机自主设计、集成，制造出具有国际水平的全断面岩石掘进机主机以及与其相配套的超前探测处理设备和后配套系统，为国内工程建设服务。
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