隧道机械化施工设备汇报PPT演示课件
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隧道工程 隧道掘进机TBM施工PPT课件
上海地铁隧道运用盾构机进行施工
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『 9.1 ▎概述
隧道掘进机法：不采用爆破方法，而是采用专门的大型掘进 机 开挖隧道的方法。有的适用于软弱不稳定地层，称为（机械 化）盾构，目前盾构在我国的交通隧道施工中，一般还只用 于城市地铁施工。有的适用于坚硬岩石地层，习惯上所说的 隧道掘进机就是指这类岩石掘进机(Tunnel Boring Machine)， 简称TBM。 掘进机包括： 1.机械盾构：适用于软弱不稳定地层； 2.岩石掘进机：适用于坚硬岩石地层。
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一、TBM发展历史简介
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破 碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由 盾构技术发展而来的。
1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提 出盾构雏形与施工方法。
1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。
德国WIRTH公司
1955年成立，专长生产硬岩TBM。 生产了120台硬岩TBM，掘进长度达600KM。
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德国海瑞克HERRENKNECTHT AG公司 1977年成立，专长生产盾构TBM。 1985年研制出能在地下水位下工作的大直径TBM。 1988年制造出直径大于10M的混合盾构TBM。
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五、掘进机的类型
山岭隧道掘进机分全断面掘进机、臂式掘进 机。
开敞式TBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。
常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧 道。
双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能
适应硬岩或软硬岩交互地层。
单护盾TBM：常用于劣质地层。单护盾TBM推进时利
1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩 掘进未获成功。
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『 9.1 ▎概述
隧道掘进机法：不采用爆破方法，而是采用专门的大型掘进 机 开挖隧道的方法。有的适用于软弱不稳定地层，称为（机械 化）盾构，目前盾构在我国的交通隧道施工中，一般还只用 于城市地铁施工。有的适用于坚硬岩石地层，习惯上所说的 隧道掘进机就是指这类岩石掘进机(Tunnel Boring Machine)， 简称TBM。 掘进机包括： 1.机械盾构：适用于软弱不稳定地层； 2.岩石掘进机：适用于坚硬岩石地层。
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一、TBM发展历史简介
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破 碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由 盾构技术发展而来的。
1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提 出盾构雏形与施工方法。
1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。
德国WIRTH公司
1955年成立，专长生产硬岩TBM。 生产了120台硬岩TBM，掘进长度达600KM。
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德国海瑞克HERRENKNECTHT AG公司 1977年成立，专长生产盾构TBM。 1985年研制出能在地下水位下工作的大直径TBM。 1988年制造出直径大于10M的混合盾构TBM。
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五、掘进机的类型
山岭隧道掘进机分全断面掘进机、臂式掘进 机。
开敞式TBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。
常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧 道。
双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能
适应硬岩或软硬岩交互地层。
单护盾TBM：常用于劣质地层。单护盾TBM推进时利
1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩 掘进未获成功。
盾构机pppt讲诉
第一条隧道施工的盾构机
1828年1月12日泰晤土河水涌入盾构机
1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧 道涌水。 1874年，工程师格瑞海德发现在强渗水的地层 中很难用压缩空气支撑隧道工作面，因此开发了用 液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流泥浆的形 式。 1876年英国人约翰·荻克英森·布伦敦和姬奥 基·布伦敦机械化盾构专利。（这一构想后来被用于 修建地铁隧道工程。） 1886年，格瑞海德在伦敦地下施工中将压缩空气方 法与盾构掘进相组合使用，在压缩空气条件下施工， 标志着在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步，20 世纪初，大多数隧道都是采用格瑞海德盾构法修建的。 1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以 外第一个引进盾构法的国家。 1963年，土压平衡盾构首先由日本Sato Kogyo公 司开发出来。 1989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开 工。
4刀盘
4.2刀盘的材料
• 刀盘的结构材料为Q345B 、16MnR、 G• 刮刀安装在碴土通道的一侧。 高质量的碳质刀刃, 宽度 100mm。 可以从刀盘后面更换刀具。
刮刀示意图
铲刀 ：
• 铲刀的设计保证了快速、清洁的开挖； • 它们可以双向进行开挖,同时保证了开挖直径的 稳定不变。 • 铲刀用可更换的螺纹固定到钢结构上，因此， 可以被单独更换。
一、盾构法的起源和发展简介
1.定义：
盾构是盾构掘进机的简称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进， 拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。
2.盾构法建设隧道的起源
1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道 的设想，并在英国取得了专利。当时设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由 液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。第一种方法后 来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法。 1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并由12个邻接的 框架组成的矩形盾构修建隧道。每一个框架分成3个舱，每一个舱里有一个工人，共有36个工 人。
隧道施工机械与设备介绍
隧道施工机械与设备的管理制度与措施
• 隧道施工机械与设备的管理制度与措施是保证设备正常运行和延长使用寿命的基础 • 设备管理制度包括：
• 设备使用制度：明确设备的使用权限、使用程序等，确保设备的安全使用 • 设备保养制度：明确设备的保养周期、保养内容等，保证设备的正常运行 • 设备维修制度：明确设备的维修权限、维修程序等，保证设备的及时维修 • 设备管理措施包括： • 设备管理人员：设立设备管理人员，负责设备的日常管理和维护工作 • 设备培训：对施工人员进行设备使用、保养、维修等方面的培训，提高施工人员的设备管理水平 • 设备档案：建立设备档案，记录设备的购置、使用、保养、维修等信息，便于设备管理
• 施工效率高：TBM的掘进速度较快，可有效提高隧道施工的 进度
• 地质适应性强：TBM可根据地质条件调整掘进参数，适应不 同地质条件下的隧道施工
• 环保性能好：TBM的施工过程中产生的噪音、粉尘等污染较 低，有利于环境保护
盾构机及其特点
• 盾构机是一种隧道施工机械，主要用于土质和软岩隧道的高效掘 进 • 盾构机的特点包括：
隧道施工机械与设备的分类
• 隧道施工机械与设备主要分为隧道掘进设备、隧道支护设备和隧道辅助设备 • 隧道掘进设备：主要包括隧道掘进机（TBM）、盾构机等 • 隧道支护设备：主要包括支护模板、支撑架等 • 隧道辅助设备：主要包括通风设备、照明设备、运输设备等
• 隧道施工机械与设备的分类方法有很多，可以根据功能、结构、动力类型等进行分类 • 功能分类：根据隧道施工机械与设备在施工过程中的作用进行分类，如掘进设备、支护设备等 • 结构分类：根据隧道施工机械与设备的结构特点进行分类，如大型设备、小型设备等 • 动力类型分类：根据隧道施工机械与设备使用的动力类型进行分类，如电动设备、液压设备等
隧道机械化施工汇报PPT课件
风化，遇水强度加速降低等特点，在进出口施工时，四分部根据围岩特点，采用隧道
旋臂掘进机，每小时平均开挖方量约40方，每台单价约850万元，这种设备有利于控
制隧道开挖轮廓，减少超挖，边开挖边出渣，不需要爆破施工等优点。
操作人员每台每班人数和月工资标准
编号
1 2 3 4
项目
操作工 维修工 杂工 管理兼操作指挥 合计
旋臂挖掘机
英格索兰空压机
机械能源消耗
YT-28风钻
机械名称 Boomer锚杆台车
功率（kw） 150
数量 1
每循环工作 时长
3
驱动形式 电动
单位耗油量
每循环合计耗电/ 油量
450度
旋臂挖掘机
134
1
1
柴油动力 24L/h
24L
英格索兰空压机
110
3
2.5
电动
825度
注：黑山当地电价0.11欧元/度，柴油单价0.86欧元/升，计算时采用1欧元=7元（人民币）。
三、隧道开挖初支施工工艺对比
从上表可以看出，两种开挖方式的主要区别在于炮孔的施工，全机械施工采用 Boomer锚杆台车钻孔，人工与机械开挖采用人工进行钻孔。
三、隧道开挖初支施工工艺对比
项目名称 钻炮眼
人工与机械
开挖相结合
2.5
全机械化开挖
3
装药 爆破
2
2
隧道开挖初支工序用时统计表（h）
出渣 初喷 挂网立架 复喷 合计用时
旋臂挖掘机 配套开关
空压机
414.34
1台
283.5
1台
3.5
1个
合计
15.81
3台
维修保养费用 （万元） 41.43 28.35 0.35
隧道工程机械化施工PPT课件
光面爆破：也叫修边爆破，是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术， 是通过一系列措施对隧道周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边 眼最后起爆的爆破方法。爆破后，设计轮廓线内的岩石适度破碎，而 围岩稳定性得以保持，适用范围广泛，在软岩中级岩浅孔爆破中效益 明显。
可编辑
25
可编辑
26
预裂爆破：是在开挖轮廓上钻互相平行的比较密集的炮眼，装药后使
可编辑
20
可编辑
21
三、钻孔机械 常用的有：1、液压凿岩台车； 2、门架台车； 3、汽车式简易凿岩台车
可编辑
22
可编辑
23
可编辑
24
四、新奥法（NATM )
即奥地利隧道工程建设新方法的简称。该法1948 年提出后，世 界各地普遍运用，已成为现代隧道工程新技术标志之一。
A、新奥法施工要点：
湿式喷射的优点是：1）粉尘小；2）生产率高，10m³/h。3） 回弹率低，10%以下。4）质量高。但设备较复杂，操作及维修不及 干喷机方便，需用的液体速凝剂售价高，尚不能实现国产。
国际上发达国家推行湿式喷射，我国主要采用干式喷射。
可编辑
32
五、机械化出碴 根据隧道断面的大小不同，出碴方式分为有轨（轨道式）和无轨式
之比其他爆破眼先起爆，使爆破后各爆眼间形成相互贯通的裂隙，与原岩体 分割开来，然后再起爆其他炮眼。因轮廓线上裂缝已形成，当其他炮眼起爆 时，不会引起原岩体的破坏，而形成光滑的平整壁面。预裂爆破可起较大的 隔振作用，一般适用于硬岩深孔爆破。在软弱围岩中也可得到较好的爆破效 果。
隧道围岩变形量测：在隧道开挖过程中，对围岩一支护系统的变形过程 所作的量测，叫作隧道围岩变形量测。它是新奥法现场量测的首要内容。
43kg/m钢轨。
隧道掘进机TBM施工PPT课件
2. 国内应用
国内TBM研发制造始于二十世纪六十年代中 期，共生产10余台直径2.5~5.8m的TBM， 先后用于下列水电与煤矿井巷工程。国产机 型月均进尺20~300m，累计总掘进长度 12km。
① 云南西洱河水电站引水隧道 ② 引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道 ③ 引大入秦总干渠38号隧道 ④ 北京落坡岭水电工程 ⑤ 贵州猫跳河水电站引第水13页隧/共道36页
⑥ 选用TBM开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。
第23页/共36页
三． 机械条件
TBM不仅受地质条件约束，还受到开挖直径、 开挖机构的约束。
在硬岩中开挖大直径隧道很是困难。日本实例 的最大直径仅为5m左右。
目前TBM多数是单轴回转式。若开挖直径越 大，刀头内周与外周的周差速越大，将对刀头 产生种种不良影响。
微 型 T B M ： Φ 0 . 2 5 ~ 3第.30页0/共m36页
Single Shield TBM
①护盾；②液压推进油缸；③管片；④刀盘；⑤装渣斗；⑥皮带输送机
第4页/共36页
第二章 山岭隧道施工技术
Double Shield TBM
①可伸缩护盾；②刀盘；③活动支撑鞋；④辅助推进油缸；⑤管片
圆盘型楔齿形球齿型切削式主要利用岩石抗弯抗剪强度低仅为抗压强度的510的特点靠铣削即剪切与弯断破碎在两种破岩方式总的破岩体积中大部分并不是由刀具直接切割下来的而是由后进刀具剪切破碎的先形成破碎沟或切削槽是先决条件2021精选ppt圆盘型滚刀破岩原理圆盘型滚刀图a工作压力50200kn岩体表面在刀圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人并形成切入坑见图b
5. 通风及吸尘装置
掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、 降尘要求较高。一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷
盾构法施工隧道施工工艺盾构机介绍PPT
1.地表纵向沉降
刘建航（1991）在Peck法的基础上，总结了上海地 铁隧道纵向沉降分布的一般规律。
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Sy
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Hale Waihona Puke z地表面O
y
δmax
x
惠珊精彩作品惠珊精彩作品
盾构掘进方向
5.衬砌的形式和构造
椭圆
马蹄形
惠珊精彩作品惠珊精彩作品
矩形
3.盾构机(Shield Machine)
3.2 盾构机类型
（1）按断面形式分：圆形、椭圆形、马蹄形、 矩形、双圆搭接形、三圆搭接形。
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双圆形
惠珊精彩作品惠珊精彩作品
三圆搭接
3.盾构机(Shield Machine)
3.2 盾构机类型 （2）按出土器械的机械化程度分：手掘式、半机 械掘削式、机械掘削式。
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 2.铸铁管片 饱和含水不稳定地层中修建隧道时较多采用。
惠珊精彩作品惠珊精彩作品
管片较轻，耐蚀性好，机械加工后管片精度高，能 有效地防渗抗漏。 金属消耗量大，机械加工量也大，价格昂贵。 易脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷重的隧道。
惠珊精彩作品惠珊精彩作品
铸铁管片的适用场所
5.3 衬砌的分类
(三) 按形成方式分类
1.装配式衬砌 由分块的预制管片在盾尾拼装而成。
惠珊精彩作品惠珊精彩作品
按照管片所在位置及拼装顺序不同可将管片划分为 标准块、邻接块和封顶块。 特点：工厂化生产、机械化安装；立即受荷；接缝 防水。
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盾构掘进方向
5.衬砌的形式和构造
椭圆
马蹄形
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矩形
3.盾构机(Shield Machine)
3.2 盾构机类型
（1）按断面形式分：圆形、椭圆形、马蹄形、 矩形、双圆搭接形、三圆搭接形。
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双圆形
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三圆搭接
3.盾构机(Shield Machine)
3.2 盾构机类型 （2）按出土器械的机械化程度分：手掘式、半机 械掘削式、机械掘削式。
5.3 衬砌的分类 （一）按材料及形式分类 2.铸铁管片 饱和含水不稳定地层中修建隧道时较多采用。
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管片较轻，耐蚀性好，机械加工后管片精度高，能 有效地防渗抗漏。 金属消耗量大，机械加工量也大，价格昂贵。 易脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷重的隧道。
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铸铁管片的适用场所
5.3 衬砌的分类
(三) 按形成方式分类
1.装配式衬砌 由分块的预制管片在盾尾拼装而成。
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按照管片所在位置及拼装顺序不同可将管片划分为 标准块、邻接块和封顶块。 特点：工厂化生产、机械化安装；立即受荷；接缝 防水。
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工艺 开发
4
一、集团概况
3、产品产业
掘进装备产业
土压平衡盾构机
泥水平衡盾构机
敞开式TBM
煤矿双模斜井 TBM
单护盾TBM
土压平衡盾构机 泥水平衡盾构机
双模斜井TBM
单护盾TBM
2020/5/24
5
一、集团概况
3、产品产业
特种装备产业
混凝土喷射台车
混凝土喷射台车 链刀式连续墙设备
护盾式掘锚机 隧道预切槽设备
底盘 钻臂
项目 长 宽 高 工作断面 转弯半径 总重 发动机 功率 轴距 最大行走速度 数量 最大钻臂延伸 推进旋转 推进补偿 钻臂重量
参数 16.1m 2.9m 3.6m~5.2m 16.6m×11m 13.2m外 46.2t Deutz TCD 2012 140kW 4.9m 15km/h 3 2.5m 360° 2.4m 4.8t
2020/5/24
18
单线硬岩隧道-TBM法
上台阶TBM+下台阶钻爆法+平地王 – 仰拱捡铺底
➢ 平地王修整仰拱 ➢ 自行式仰拱栈桥 ➢ 整体式仰0/5/24
19
三、隧道施工机械化主要装备
20
开挖装备——全电脑凿岩台车
2020/5/24
21
开挖装备
全电脑二臂、三臂凿岩台车
衬 砌 模板台车、防水板自动铺设机、钢筋台车等
捡铺底 钻爆、移动栈桥
除 尘 轴流风机、车载除尘器
2020/5/24
16
单线硬岩隧道-钻爆法
二、硬岩单线隧道---钻爆法
开 挖 1台三臂台车+装药台车（多功能作业车）
装运 初期支护
1台装载机或1台扒装机、自卸汽车或皮带机 多功能作业车、湿喷机械手
衬 砌 模板台车、防水板自动铺设机、钢筋台车等
2020/5/24
13
施工工法与机械化配套
TBM法：敞开式、单护盾、双护盾 盾构法：圆形、异形 钻爆法：两臂台车、三臂台车、门架台车 预切槽法：预切槽机 悬臂掘进机法：全断面、半断面
设备选型 工法配套
2020/5/24
14
装备配置的几项参考原则
✓隧道长度大于600倍洞径时可以选择TBM工法 ✓围岩强度大于30MPa时可以选择TBM法、钻爆法 ✓围岩强度小于30MPa时可以选择盾构法、悬臂掘进机法、
➢ 三臂凿岩台车
工作吊篮
➢ 全断面：Ⅰ-Ⅲ级围岩
➢ 微台阶法：Ⅳ级较稳定围岩
➢ 带仰拱起爆的钻爆设计
钻臂
驾驶室 电缆卷盘
2020/5/24
推进机构
水管卷盘
ZYS113数字化三臂凿岩台车
ZYS82数字化三臂凿岩台车
视频
22
开挖装备
全电脑三臂凿岩台车
2020/5/24
23
开挖装备
全电脑三臂凿岩台车
部件 总体参数
3
一、集团概况
2、发展历程
一个年轻有活力的企业
2011-2015年
累计实现销售300亿元， 盾构/TBM、喷射台车等产品 进入国内品牌前三甲
2010年
•开始打造地下工程装备板块
2009年
•产品开始投产
2007年
2008年
•并购中铁隆昌铁路器材有限公司
•组建
施工 技术
基础 研究
产品 研发
工程 实验
应用 研究
隧道机械化施工主要装备
中国铁建重工集团有限公司 2015年11月
1
汇报提纲
一、集团概况 二、隧道施工机械化配套 三、隧道施工机械化关键装备 四、其他设备 五、服务业务
2020/5/24
2
一、集团概况
1、基本情况
视频
中国铁建重工集团有限公司（简称铁建重工）隶属于中国 铁建股份有限公司，2014年新签合同额50亿，营业收入42亿 ，中国机械工业百强第74位。 员工总数3200人，其中地下工程装备专职研发人员500人 （享受国务院特贴9人，博士11人）。 完全自主研发，唯一没有国外技术背景的地下工程装备民 族品牌； 拥有长沙、株洲、四川、兰州、乌鲁木齐五大产业园
2020/5/24
24
开挖装备
全电脑二臂凿岩台车
2020/5/24
25
开挖装备
全电脑二臂凿岩台车
部件 总体参数
底盘 钻臂
项目 长 宽 高 工作断面 转弯半径 总重
发动机
功率 轴距 最大行走速度 数量 最大钻臂延伸 推进旋转 推进补偿 钻臂重量
2020/5/24
参数
14.8m 2.5m 3m~3.5m 13.2m×9.5m 8.65m外 30t Deutz TCD 2012 L04 2V 103kW 4m 15km/h 2 1.5m 360° 2.4m 4.3t
混凝土泵 混凝土搅拌站
2020/5/24
预切槽设备
链刀式连续墙设备
护盾式掘锚机 凿岩台车
6
一、集团概况
3、产品产业
轨道设备产业
道岔 高锰钢辙叉
弹条扣件 货车闸瓦
2020/5/24
7
二、隧道施工机械化配套
8
国内现状
15人
2020/5/24
18人
9
国内现状
2020/5/24
10
国外现状
机械化程度高
产品系列化、功能多样化 设备集成化、自动化程度高
产品种类齐全
凿岩台车技术成熟、种类齐全 湿喷机械手和拱架安装机应用广 模板台车和仰拱整体模板可靠性强 专用设备效率高、作业人员少
工法与装备协调
全断面施工、初期支护封闭紧跟掌子面
2020/5/24
11
国外现状
2020/5/24
12
国外现状
立拱和铺设防水板
部件 吊篮 电气系统 液压系统
水系统
空气系统
推进器 凿岩机
项目 额定载重 总功率 主电动机 液压泵组数量 最大系统压力 功率 最大流量 最低进水压力 功率 风量 风压 总长 钻孔深 型号 功率
参数 500kg 350kW 3x95 kW 3 21MPa 11kW 200l/min 20Bar 15kW 2.4m³/min 7.5Bar 7.465m 5.34m HC110 31.9kW
钻爆法 ✓围岩强度小于10MPa时可以选择预切槽法 ✓钻爆法适用任何硬岩隧道，硬岩双线隧道采用钻爆法为最优 ✓短隧道群宜选用机动灵活的开挖支护装备
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双线硬岩隧道-钻爆法
一、硬岩双线隧道---钻爆法
开 挖 2台三臂台车+装药台车（多功能作业车）
装运 初期支护
2台装载机或1台扒装机、自卸汽车或皮带机 多功能作业车、湿喷机械手
捡铺底 钻爆、移动栈桥
除 尘 轴流风机、车载除尘器
2020/5/24
17
单线硬岩隧道-TBM法
三、硬岩单线隧道TBM法+平地王
开挖 装运 衬砌
上台阶TBM+平地王 1台扒装机、自卸汽车或皮带机 模板台车
初期支护 湿喷机械手、防水板自动铺设机、编制钢筋台车等
捡铺底 钻爆、移动栈桥
单线硬岩隧道的主要问题是出渣工 序时除 间尘 控制车和载干组式织除尘器