项目九隧道施工机械.ppt

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1、LOGO项目九项目九隧道施工机械隧道施工机械 u随着我国基础设施的大规模建设，铁路、公路、大中型水电站随着我国基础设施的大规模建设，铁路、公路、大中型水电站建设；南水北调、西气东输等工程；城市地下空间的开发利建设；南水北调、西气东输等工程；城市地下空间的开发利用，包括城市交通中的地铁、地下高速路；市政设施中的排用，包括城市交通中的地铁、地下高速路；市政设施中的排污、供水、供热工程，这些工程需要修建大量的隧道。例如：污、供水、供热工程，这些工程需要修建大量的隧道。例如：在西气东输工程中，要解决输气管线三次穿越黄河、通过三在西气东输工程中，要解决输气管线三次穿越黄河、通过三座大山（吕梁山、太岳山、

2、太行山）和一次穿越长江；在实座大山（吕梁山、太岳山、太行山）和一次穿越长江；在实施城市化的战略中，大、中城市市政建设如地铁交通、环境施城市化的战略中，大、中城市市政建设如地铁交通、环境治理、各种管线均有大量的地下工程，都需要采取先进、高治理、各种管线均有大量的地下工程，都需要采取先进、高效、安全可靠的隧道施工方法和装备。效、安全可靠的隧道施工方法和装备。任务一任务一概述概述 一、隧道施工技术及机械一、隧道施工技术及机械u目前隧道及地下工程因隧道水文地质情况、埋置深度、断面结目前隧道及地下工程因隧道水文地质情况、埋置深度、断面结构形状等条件的不同，其施工方法有明挖施工法、暗挖施工构形状等条件的不

3、同，其施工方法有明挖施工法、暗挖施工法、浅埋暗挖法和沉埋管段施工法。法、浅埋暗挖法和沉埋管段施工法。u明挖施工法和浅埋暗挖法主要用于城市地下铁路或其它地下工明挖施工法和浅埋暗挖法主要用于城市地下铁路或其它地下工程中，暗挖施工法和沉埋管段施工法主要用于公路、铁路隧程中，暗挖施工法和沉埋管段施工法主要用于公路、铁路隧道施工。道施工。u明挖法是先把隧道及其上方的地层全部挖开，然后修筑衬砌，明挖法是先把隧道及其上方的地层全部挖开，然后修筑衬砌，再进行回填把隧道掩埋起来。明挖法严重干扰交通，破坏环再进行回填把隧道掩埋起来。明挖法严重干扰交通，破坏环境；地面上的大量建筑物与管线的需要拆迁，影响人们的正境；

4、地面上的大量建筑物与管线的需要拆迁，影响人们的正常生活。明挖法可采用通用的土石方工程机械、桩工机械等常生活。明挖法可采用通用的土石方工程机械、桩工机械等进行开挖与回填。进行开挖与回填。任务一任务一概述概述一、隧道施工技术及机械一、隧道施工技术及机械u暗挖法暗挖法是全部工程作业都在地下进行，它的主要施工方法有：是全部工程作业都在地下进行，它的主要施工方法有：喷锚构筑法、盾构法和掘进机法。喷锚构筑法、盾构法和掘进机法。u喷锚构筑法喷锚构筑法是以钻爆开挖、喷锚支护为主体的施工方法。这是以钻爆开挖、喷锚支护为主体的施工方法。这种方法相应的机械装备有凿岩、装药机械、装碴运输机械种方法相应的机械装备有凿岩

5、、装药机械、装碴运输机械（即有轨运输或无轨运输设备）、喷锚支护机械、二次模筑（即有轨运输或无轨运输设备）、喷锚支护机械、二次模筑衬砌机械、动力通风机械及其他附属设备。衬砌机械、动力通风机械及其他附属设备。u盾构法和掘进机法盾构法和掘进机法是将开挖、支护和衬砌组合为一体的大型是将开挖、支护和衬砌组合为一体的大型专用机械设备。它相当于一座流动的工厂，通过地层后将隧专用机械设备。它相当于一座流动的工厂，通过地层后将隧道建成。盾构法主要用于有水地层和软弱不稳定围岩中修建道建成。盾构法主要用于有水地层和软弱不稳定围岩中修建地下铁路或过江隧道工程，如土压式盾构、泥水式盾构；掘地下铁路或过江隧道工程，如土压

6、式盾构、泥水式盾构；掘进机法主要用于掘进中硬以上岩层的长隧道，如进机法主要用于掘进中硬以上岩层的长隧道，如TBMTBM岩石掘进岩石掘进机。机。任务一任务一概述概述一、隧道施工技术及机械一、隧道施工技术及机械u隧道穿越江河海峡时，采用沉埋管段建筑的施工方法。这种方隧道穿越江河海峡时，采用沉埋管段建筑的施工方法。这种方法要装备大型水上吊装设备和水下挖沟装置，涉及水上及水下法要装备大型水上吊装设备和水下挖沟装置，涉及水上及水下的技术范围较广，在我国正在起步。所需设备包括垫层机、水的技术范围较广，在我国正在起步。所需设备包括垫层机、水泥混凝土搅拌及浇筑机械、管段浮运设备（如各种拖船及绞盘泥混凝土搅拌及

7、浇筑机械、管段浮运设备（如各种拖船及绞盘车）、管段沉放定位设备（如提升浮筒、绞车）、回填设备、车）、管段沉放定位设备（如提升浮筒、绞车）、回填设备、注水抽水设备等。注水抽水设备等。u浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。如北京长安街的地铁修建工程，浅埋暗挖法暗挖施工的方法。如北京长安街的地铁修建工程，浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。显示了巨大的优越性。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u隧道的施工技术是通过施工方法和施工机械相互影响而得到发隧道的施工技术是通过施工方法和施工

8、机械相互影响而得到发展的，目前施工机械已进入大型化、多样化的时代，正朝着自展的，目前施工机械已进入大型化、多样化的时代，正朝着自动化、计算机化的方向发展。动化、计算机化的方向发展。u1 1钻爆法掘进的机械化与自动化钻爆法掘进的机械化与自动化 u全自动的数控凿岩台车的应用优势全自动的数控凿岩台车的应用优势:u由计算机控制钻孔位置和方向，并及时输出钻孔的各种数据由计算机控制钻孔位置和方向，并及时输出钻孔的各种数据;u自动钻孔的超欠量减少自动钻孔的超欠量减少;u钻臂移动时间大大减少钻臂移动时间大大减少;u操作人员可减少操作人员可减少50%;u操作人员接近危险开挖面机会减少，提高了作业的安全性。操作人

9、员接近危险开挖面机会减少，提高了作业的安全性。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u隧道的施工技术是通过施工方法和施工机械相互影响而得到隧道的施工技术是通过施工方法和施工机械相互影响而得到发展的，目前施工机械已进入大型化、多样化的时代，正朝发展的，目前施工机械已进入大型化、多样化的时代，正朝着自动化、计算机化的方向发展。着自动化、计算机化的方向发展。u1 1钻爆法掘进的机械化与自动化钻爆法掘进的机械化与自动化 u全自动的数控凿岩台车的应用。全自动的数控凿岩台车的应用。u炸药自动装填机（装药台车）的使用。炸药自动装填机（装药台车）的使用。u出渣运输作业的机械化

10、方面也有了较大的发展。出渣运输作业的机械化方面也有了较大的发展。u喷射混凝土作业已普遍使用喷射混凝土作业已普遍使用 4 46m3/h 6m3/h 和和 8 810m3/h 10m3/h 的湿式的湿式喷射机。喷射机。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u炸药自动装填机（装药台车）的使用。炸药自动装填机（装药台车）的使用。出于对炸药装填安全出于对炸药装填安全性的考虑，在更大范围内推广自动装填机还有一定难度，只性的考虑，在更大范围内推广自动装填机还有一定难度，只有彻底解决装药过程中可能出现的误爆现象后，才能得到世有彻底解决装药过程中可能出现的误爆现象后，才能得到世

11、界各国承认。界各国承认。u出渣运输作业的机械化方面也有了较大的发展。出渣运输作业的机械化方面也有了较大的发展。在大断面隧在大断面隧道施工中已广泛采用短臂挖掘机、隧道挖掘装载机和载重量道施工中已广泛采用短臂挖掘机、隧道挖掘装载机和载重量为为2030t的铰接式自卸式卡车，大大提高了出渣速度。的铰接式自卸式卡车，大大提高了出渣速度。小断面隧道施工中则采用蟹爪式装渣机和轨道运输，有些国小断面隧道施工中则采用蟹爪式装渣机和轨道运输，有些国家已在试验无人驾驶的电瓶车运输和卸渣自动化。家已在试验无人驾驶的电瓶车运输和卸渣自动化。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u喷射混

12、凝土作业已普遍使用喷射混凝土作业已普遍使用46m3/h和和810m3/h的湿式喷射机，当掺入细硅粉和调整集料的级配后，可使回的湿式喷射机，当掺入细硅粉和调整集料的级配后，可使回弹量降低到弹量降低到5%10%。自动化机械手的采用可大大降低。自动化机械手的采用可大大降低工人的劳动强度。在北欧各国也已推广掺有工人的劳动强度。在北欧各国也已推广掺有1%1.3%u(体积比）的钢纤维喷射混凝土，可大大提高喷射混凝土的体积比）的钢纤维喷射混凝土，可大大提高喷射混凝土的降压度（可达降压度（可达100MPa以上）、抗拉强度以上）、抗拉强度(36MPa)，且抗裂性和韧性都有相当程度的提高。且抗裂性和韧性都有相当程

13、度的提高。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u2 2全断面隧道掘进机（全断面隧道掘进机（TBM)TBM)应用应用 uTBM是一种专门用于地下隧道开挖的大型高科技施工装备，是一种专门用于地下隧道开挖的大型高科技施工装备，它具有开挖快、优质、安全并有利于环境保护和降低劳动强度它具有开挖快、优质、安全并有利于环境保护和降低劳动强度的优点。的优点。u世界上第一台世界上第一台TBM始创于始创于1856年，只掘进年，只掘进3.48m就被就被放弃。到放弃。到1880年由英国研制成功直径为年由英国研制

14、成功直径为2.13m的的TBM，用于河下隧道开挖，达到周掘进用于河下隧道开挖，达到周掘进3.5m。此后的。此后的70多年虽多年虽然生产过然生产过15台台TBM，但都未能得到成功应用。直到但都未能得到成功应用。直到20世纪世纪50年代中期，美国罗宾斯年代中期，美国罗宾斯(Robins)公司将公司将TBM成功地用成功地用于隧洞工程，隧洞直径为于隧洞工程，隧洞直径为8m，创造日掘进创造日掘进42m、周掘进、周掘进190m的最好记录。从此的最好记录。从此TBM技术得到了迅猛发展和广泛技术得到了迅猛发展和广泛应用。随着科技进步和工程实践，全断面隧洞掘进技术与装备应用。随着科技进步和工程实践，全断面隧洞掘

15、进技术与装备得到了不断改进与提高。得到了不断改进与提高。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u(1)类型多样化。第一台类型多样化。第一台TBM为开敞式，而现在除了开敞式外，还为开敞式，而现在除了开敞式外，还有单护盾、双护盾和三护盾等类型。承包商可根据工程的具体地质有单护盾、双护盾和三护盾等类型。承包商可根据工程的具体地质情况选用合适的情况选用合适的TBM。u(2)直径不断加大。第一台能顺利进行掘进的直径不断加大。第一台能顺利进行掘进的TBM直径仅直径仅2.13m，1979年首次达到年首次达到9m，而目前直径已达，而目前直径已达14.4m，是由罗宾斯公，是由罗

16、宾斯公司制造的，用于加拿大尼加拉隧道工程。司制造的，用于加拿大尼加拉隧道工程。u(3)滚刀直径不断增大，效率不断提高。大直径滚刀不仅可以提高滚刀直径不断增大，效率不断提高。大直径滚刀不仅可以提高刀圈的寿命，使每台掘进延米换刀次数减少，并能在较坚硬的岩石刀圈的寿命，使每台掘进延米换刀次数减少，并能在较坚硬的岩石条件下获得较高的掘进速度。目前每把滚刀允许承受的推力也从条件下获得较高的掘进速度。目前每把滚刀允许承受的推力也从9OkN提高到提高到314kN以上，从而使以上，从而使TBM效率大大提高。效率大大提高。u(4)从固定直径到可变直径。早期掘进机的开挖直径是固定的，而从固定直径到可变直径。早期掘

17、进机的开挖直径是固定的，而现在可在一定范围内变化。现在可在一定范围内变化。u(5)辅助设备的配备。早期的掘进机不具备任何辅助设备，而目前辅助设备的配备。早期的掘进机不具备任何辅助设备，而目前的的TBM可配备锚杆设置、喷射混凝土、注浆等施工设备，能及时处可配备锚杆设置、喷射混凝土、注浆等施工设备，能及时处理不良地层，防止理不良地层，防止IBM发生故障。发生故障。任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势任务一任务一概述概述二、隧道施工机械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势u3盾构施工法盾构施工法u盾构施工法于盾构施工法于19世纪由英国发明，世纪由英国发明，20世纪

18、开始在英、美、苏世纪开始在英、美、苏等国家推广应用。等国家推广应用。20世纪世纪60年代日本的盾构技术迅速发展，年代日本的盾构技术迅速发展，由于具有快速、安全、不干扰地面等优点，盾构法施工在日本由于具有快速、安全、不干扰地面等优点，盾构法施工在日本的地铁隧道和市政管道建设中已占主导地位，基本取代了其他的地铁隧道和市政管道建设中已占主导地位，基本取代了其他施工方法。如日本于施工方法。如日本于1998年建成通车的东京湾道路隧道工年建成通车的东京湾道路隧道工程，采用了程，采用了8台直径台直径14.14m的泥水加压平衡盾构掘进机是当的泥水加压平衡盾构掘进机是当时世界上直径最大、最先进的盾构，具有自动导

19、向系统、监控时世界上直径最大、最先进的盾构，具有自动导向系统、监控系统、自动管片拼装系统。日本在不同几何断面形状的盾构开系统、自动管片拼装系统。日本在不同几何断面形状的盾构开发上取得了令人瞩目的成就，已开发出矩形、椭圆形、马蹄形发上取得了令人瞩目的成就，已开发出矩形、椭圆形、马蹄形的盾构掘进机，还开发和应用了双圆、三圆、多圆形的盾构掘的盾构掘进机，还开发和应用了双圆、三圆、多圆形的盾构掘进机，其中双圆盾构已用于地铁和铁路隧进机，其中双圆盾构已用于地铁和铁路隧道、三圆盾构已用于道、三圆盾构已用于东京和大阪地铁的两座车站掘进施工。东京和大阪地铁的两座车站掘进施工。任务一任务一概述概述二、隧道施工机

20、械的发展趋势二、隧道施工机械的发展趋势任务二任务二液压凿岩台车液压凿岩台车u一、分类与特点一、分类与特点u在矿山、铁路、公路、水电、煤炭和建筑等工程施工中，凿岩设备是不在矿山、铁路、公路、水电、煤炭和建筑等工程施工中，凿岩设备是不可缺少的主要施工设备之一。近可缺少的主要施工设备之一。近20年来，液压控制技术和计算机技术年来，液压控制技术和计算机技术的结合更促进了凿岩技术的进步，自动化凿岩设备也相继出现，并已达的结合更促进了凿岩技术的进步，自动化凿岩设备也相继出现，并已达到实用化的程度。到实用化的程度。u凿岩台车按隧道开挖断面的不同可分为：全断面台车、半断面台车凿岩台车按隧道开挖断面的不同可分为

21、：全断面台车、半断面台车及导坑台车。凿岩台车是目前隧道全断面开挖的主要机具之一，它具有及导坑台车。凿岩台车是目前隧道全断面开挖的主要机具之一，它具有下列优点：下列优点：u（1）节省劳动力，劳动强度低，操作者不直接承受凿岩机的振动；）节省劳动力，劳动强度低，操作者不直接承受凿岩机的振动；u（2）钻孔速度高，由于采用液压或压缩空气推进而且推进方向和钻机）钻孔速度高，由于采用液压或压缩空气推进而且推进方向和钻机方向一致，钻孔平均速度达方向一致，钻孔平均速度达2030cm/min，最高可达最高可达60cm/mim；u（3）可利用长钻杆）可利用长钻杆(最长钻杆达最长钻杆达7180mm)，减少换钻杆时间，

22、还可减少换钻杆时间，还可钻凿较大较深的炮孔；钻凿较大较深的炮孔；u（4）定向性好，可提高作业效率；）定向性好，可提高作业效率；u（5）机动性好；）机动性好；u（6）液压钻臂可进一步发展自动化控制，确保炮眼方向、深度等。）液压钻臂可进一步发展自动化控制，确保炮眼方向、深度等。u二、基本结构与工作原理二、基本结构与工作原理u凿岩台车由钻臂、推进器、底盘、台车架、稳车机构、风水系统、液凿岩台车由钻臂、推进器、底盘、台车架、稳车机构、风水系统、液压系统、操纵系统等部分组成，如图压系统、操纵系统等部分组成，如图9-1所示。所示。u工作时，台车驶入掘进工作面，由稳车机构使台车定位，操纵钻臂和推工作时，台车

23、驶入掘进工作面，由稳车机构使台车定位，操纵钻臂和推进器，使推进器的顶尖按要求的孔位向工作面顶紧，开动凿岩机进行凿进器，使推进器的顶尖按要求的孔位向工作面顶紧，开动凿岩机进行凿岩。钻完全部炮孔后，台车退出工作面。岩。钻完全部炮孔后，台车退出工作面。1-推进器；推进器；2-侧支臂；侧支臂；3-凿岩机；凿岩机；4-中间支臂；中间支臂；5-前支撑液压缸；前支撑液压缸；6-行走机构；行走机构；7-支撑液压缸；支撑液压缸；8-进风管；进风管；9-摆动机构；摆动机构；10-操纵台；操纵台；11-司机座；司机座；12-配重配重u（1）底盘）底盘u凿岩台车的底盘有轮轨式、履带式和轮胎式多种凿岩台车的底盘有轮轨式

24、、履带式和轮胎式多种不同行走机构。轨行式底盘由直流电机或液压马达不同行走机构。轨行式底盘由直流电机或液压马达驱动，结构简单、工作可靠、使用寿命长、适应软驱动，结构简单、工作可靠、使用寿命长、适应软岩巷道。但调动不灵活，错车不方便，转弯受巷道岩巷道。但调动不灵活，错车不方便，转弯受巷道曲率半径限制；履带式底盘由液压马达驱动，调动曲率半径限制；履带式底盘由液压马达驱动，调动灵活、工作可靠、爬坡能力强，可用于倾角较小的灵活、工作可靠、爬坡能力强，可用于倾角较小的巷道，但结构复杂、履带易磨损、使用寿命较短，巷道，但结构复杂、履带易磨损、使用寿命较短，在软岩巷道中使用困难，在有轨巷道中使用存在压在软岩巷

25、道中使用困难，在有轨巷道中使用存在压轨问题；轮胎式底盘由液压马达驱动，调动灵活、轨问题；轮胎式底盘由液压马达驱动，调动灵活、工作可靠、不易压坏胶管和电线，但结构较复杂，工作可靠、不易压坏胶管和电线，但结构较复杂，轮胎易磨损，使用寿命较短。轮胎易磨损，使用寿命较短。u（2）钻臂）钻臂u掘进钻臂是凿岩台车的核心部件，它支撑着凿岩机按规定的炮孔位置掘进钻臂是凿岩台车的核心部件，它支撑着凿岩机按规定的炮孔位置打孔，又是给予凿岩机一定推进力的机构。它还可以用来提举重物，如打孔，又是给予凿岩机一定推进力的机构。它还可以用来提举重物，如组装拱形支架、装药等，因此也可以称之为台车的机械手。组装拱形支架、装药等

26、，因此也可以称之为台车的机械手。u图图9-2为凿岩台车钻臂结构为凿岩台车钻臂结构u示意图。钻臂是独立的可装拆部件，示意图。钻臂是独立的可装拆部件，u在不同的底盘上，装上不同数量的在不同的底盘上，装上不同数量的u同一种标准钻臂，都可以构成不同同一种标准钻臂，都可以构成不同u形式的凿岩台车。随着液压技术的形式的凿岩台车。随着液压技术的u发展，采用液压为动力的液压钻臂发展，采用液压为动力的液压钻臂u己定型化、系列化。己定型化、系列化。凿岩台车钻臂示意图凿岩台车钻臂示意图l-推进器托盘；推进器托盘；2-液压缸；液压缸；3-钻臂架；钻臂架；4-钻臂液压缸；钻臂液压缸；5-引导液压缸；引导液压缸；6-钻臂

27、座；钻臂座；7-回转机构回转机构u为了获得良好的爆破效果，要求工作面炮孔有较好的平行为了获得良好的爆破效果，要求工作面炮孔有较好的平行精度，因此，钻臂设有平动机构，钻臂移位时推进器保持平行精度，因此，钻臂设有平动机构，钻臂移位时推进器保持平行移动。液压自动平行装置是通过油路借助压力油来传递运动的，移动。液压自动平行装置是通过油路借助压力油来传递运动的，它的特点是：尺寸小、质量小、结构紧凑、操作灵活和维修方它的特点是：尺寸小、质量小、结构紧凑、操作灵活和维修方便，是国内外使用较广的一种形式。便，是国内外使用较广的一种形式。u臂杆都是悬臂的，它支撑着凿岩机、推进器，并可以把它们臂杆都是悬臂的，它支

28、撑着凿岩机、推进器，并可以把它们升送到需要的空间位置。臂杆除了承受装在它上面的设备重力升送到需要的空间位置。臂杆除了承受装在它上面的设备重力和自身重力外，还要经受凿岩时推进的反力及凿岩的冲击反力，和自身重力外，还要经受凿岩时推进的反力及凿岩的冲击反力，而且是偏心载荷。因此，臂杆要求有足够的强度和刚度，臂杆而且是偏心载荷。因此，臂杆要求有足够的强度和刚度，臂杆一般为焊接结构。一般为焊接结构。u直角坐标钻臂直角坐标钻臂u是由转柱、支臂架、仰角油缸、支臂油缸、翻转缸、摆角缸是由转柱、支臂架、仰角油缸、支臂油缸、翻转缸、摆角缸等组成。直角坐标钻臂由仰角油缸驱动支臂垂直摆动，摆角缸等组成。直角坐标钻臂由

29、仰角油缸驱动支臂垂直摆动，摆角缸驱动支臂作水平摆动，从而使安装在支臂上的推进器按直角坐驱动支臂作水平摆动，从而使安装在支臂上的推进器按直角坐标方式移位。标方式移位。u极坐标钻臂极坐标钻臂u又称回转钻臂，由回转支座、钻臂、钻臂升降油缸等组成。又称回转钻臂，由回转支座、钻臂、钻臂升降油缸等组成。钻臂根部的回转机构可使整个支臂绕回转支座的水平回转轴转钻臂根部的回转机构可使整个支臂绕回转支座的水平回转轴转3600，即钻臂按极坐标方式调位。回转式钻臂找眼操作程序即钻臂按极坐标方式调位。回转式钻臂找眼操作程序少，凿岩机贴底性能好，但结构复杂，操作直观性差。少，凿岩机贴底性能好，但结构复杂，操作直观性差。u

30、双三角式钻臂双三角式钻臂u双三角式钻臂定位可以按水平和垂直方向分步定位，还能够双三角式钻臂定位可以按水平和垂直方向分步定位，还能够直接实现斜上或斜下定位。阿特拉斯直接实现斜上或斜下定位。阿特拉斯科普柯科普柯(AtlasCopco)公司目前生产的公司目前生产的BUT系列钻臂均属此类。双三角式系列钻臂均属此类。双三角式液压钻臂是目前在凿岩台车上采用的较先进的平动机构，其平液压钻臂是目前在凿岩台车上采用的较先进的平动机构，其平动条件是前平动机构和后变幅机构在平动过程中完全相等或相动条件是前平动机构和后变幅机构在平动过程中完全相等或相似，这种平动过程为无误差平动过程，能保证水平孔的平行度似，这种平动过

31、程为无误差平动过程，能保证水平孔的平行度要求。要求。u（3）推进机构）推进机构u推进机构给凿岩机提供轴向推力和支承力，并完成凿岩机推进和退推进机构给凿岩机提供轴向推力和支承力，并完成凿岩机推进和退离岩壁的动作。推进机构的形式有马达丝杠式、油缸钢丝绳式、油缸离岩壁的动作。推进机构的形式有马达丝杠式、油缸钢丝绳式、油缸链条式。驱动的动力有风动和液压驱动两种。链条式。驱动的动力有风动和液压驱动两种。u马达丝杠式推进器。由马达、丝杠、导轨等组成。作业时推进器顶住马达丝杠式推进器。由马达、丝杠、导轨等组成。作业时推进器顶住掌子面，以增加导轨的稳定性。马达可正转和反转，使使传动丝杠做掌子面，以增加导轨的稳

32、定性。马达可正转和反转，使使传动丝杠做相应的转动，丝杠只能转动不能移动，因此与其啮合的丝母做前后移相应的转动，丝杠只能转动不能移动，因此与其啮合的丝母做前后移动。动。凿岩台车的推进器凿岩台车的推进器l-马达；马达；2-丝母；丝母；3-丝杠；丝杠；4-补偿液压缸；补偿液压缸；5-托盘；托盘；6-扶钎液压缸；扶钎液压缸；7-顶尖；顶尖；8-扶钎器；扶钎器；9-导轨；导轨；10-凿岩机底座；凿岩机底座；11-外回转凿岩机；外回转凿岩机；12-钎子钎子u三、国外发展现状及趋势三、国外发展现状及趋势u炮孔钻凿经历了一个由手工到人工操纵机器再到自动凿岩的过炮孔钻凿经历了一个由手工到人工操纵机器再到自动凿岩

33、的过程，其中凿岩设备也经历了由气动驱动到液压驱动的转变。自程，其中凿岩设备也经历了由气动驱动到液压驱动的转变。自1970年法国蒙特贝德年法国蒙特贝德(MontabeM)公司研制成功第一台用于公司研制成功第一台用于矿山钻孔的矿山钻孔的H50型液压凿岩机及其配套钻车以来，由于液压凿岩型液压凿岩机及其配套钻车以来，由于液压凿岩机在技术、经济以及社会效益方面具有极大的优越性，引起了各机在技术、经济以及社会效益方面具有极大的优越性，引起了各国有关公司的重视并组织力量竞相研制。国有关公司的重视并组织力量竞相研制。u（1）品种规格齐全，使用范围广泛无论是井下或露天、掘进或）品种规格齐全，使用范围广泛无论是井

34、下或露天、掘进或采矿，都有相应的液压凿岩机供选用。如山特维克采矿，都有相应的液压凿岩机供选用。如山特维克（SANDVIK）公司的产品已发展到）公司的产品已发展到7个系列，从小型手持式到个系列，从小型手持式到超重型，品种规格齐全。超重型，品种规格齐全。u目前各公司推出的一般都是第二、第三代甚至第四代产品。从目前各公司推出的一般都是第二、第三代甚至第四代产品。从近年推向市场的钻车型号来看，绝大部分为轮胎式，以适用高效近年推向市场的钻车型号来看，绝大部分为轮胎式，以适用高效无轨掘进和开挖的需要。无轨掘进和开挖的需要。u（2）产品改进和更新换代，大量采用塑料件来减轻整机的重量。液压凿）产品改进和更新换

35、代，大量采用塑料件来减轻整机的重量。液压凿岩机的外壳等多采用精密铸造，从而使机器的结构紧凑，布局合理，外岩机的外壳等多采用精密铸造，从而使机器的结构紧凑，布局合理，外形也较美观。形也较美观。u液压系统的供油泵有两个的，也有三个的，但有向一个泵集中供油的液压系统的供油泵有两个的，也有三个的，但有向一个泵集中供油的发展趋势，工作介质采用不燃液（如磷酸脂、水二醇和油水乳化液等）发展趋势，工作介质采用不燃液（如磷酸脂、水二醇和油水乳化液等）的日益增多。高、低压回路均装有蓄能器；还设有液压缓冲器，可防止的日益增多。高、低压回路均装有蓄能器；还设有液压缓冲器，可防止应力反射波的破坏作用。应力反射波的破坏作

36、用。u各公司液压凿岩设备的钻臂、推进器和操纵系统等主要部件都已实现各公司液压凿岩设备的钻臂、推进器和操纵系统等主要部件都已实现标准化和系列化，适用范围广，零件通用率高。标准化和系列化，适用范围广，零件通用率高。u（3）凿岩向大功率和自动化发展。最新推出的）凿岩向大功率和自动化发展。最新推出的COP4050型重型液压型重型液压凿岩机，冲击功率高达凿岩机，冲击功率高达40KW，与之配套的，与之配套的SimbaH4000系列全液压系列全液压钻车，用于深孔采矿凿岩，钻凿孔径为钻车，用于深孔采矿凿岩，钻凿孔径为89127mm。u随着液压控制和电子技术的发展和应用，凿岩循环已实现自动化，即随着液压控制和电

37、子技术的发展和应用，凿岩循环已实现自动化，即自动开孔、防卡钎、自动停机、自动退钎、钻车和钻壁自动移位、定位自动开孔、防卡钎、自动停机、自动退钎、钻车和钻壁自动移位、定位以及遥控操作等。这种全自动钻车被称之为凿岩机器人。由于这类凿岩以及遥控操作等。这种全自动钻车被称之为凿岩机器人。由于这类凿岩机器人主要用于隧道的开挖，故又将它称为隧道凿岩机器人。机器人主要用于隧道的开挖，故又将它称为隧道凿岩机器人。u2国内发展现状及趋势国内发展现状及趋势u我国研制液压凿岩设备起步不算晚，我国研制液压凿岩设备起步不算晚，1980年年9月鉴月鉴定了我国自行研制的第一代液压凿岩设备及配套的钎定了我国自行研制的第一代液

38、压凿岩设备及配套的钎杆杆(YYG80型液压凿岩机、型液压凿岩机、CGJ2Y型全液压钻车及型全液压钻车及B25Y整体钎杆）。目前我国有北京科技大学、中南整体钎杆）。目前我国有北京科技大学、中南工业大学、长沙矿冶研究院、煤炭科学研究院、北京工业大学、长沙矿冶研究院、煤炭科学研究院、北京建井研究所、沈阳风动工具厂、天水风动工具厂和瞿建井研究所、沈阳风动工具厂、天水风动工具厂和瞿州凿岩机厂等州凿岩机厂等10多个单位研制了多个单位研制了20多种型号的液压多种型号的液压凿岩机和钻车。进入凿岩机和钻车。进入20世纪世纪90年代中期以来，以中年代中期以来，以中南工业大学为主，国内对电脑导向和全自动控制的凿南工

39、业大学为主，国内对电脑导向和全自动控制的凿岩机器人的实用化研制也已取得了实质性进展。岩机器人的实用化研制也已取得了实质性进展。u（1）液压凿岩机我国）液压凿岩机我国20世纪世纪8090年代研制并通过国家鉴定的液压年代研制并通过国家鉴定的液压凿岩机型号共凿岩机型号共12种，可钻孔径大部分在种，可钻孔径大部分在4050mm之间，最大可达之间，最大可达120mm。这些凿岩机在国内加工制造和销售超过。这些凿岩机在国内加工制造和销售超过400余台。它们在余台。它们在结构上一般采用独立转纤机构，活塞运动行程可调，有防空打缓冲装置；结构上一般采用独立转纤机构，活塞运动行程可调，有防空打缓冲装置；其配流机构普

40、遍采用有阀式、芯阀及套阀均有。其配流机构普遍采用有阀式、芯阀及套阀均有。u我国的液压凿岩稳定性指标均在我国的液压凿岩稳定性指标均在500m左右（不拆机检修左右（不拆机检修)，而世，而世界先进水平的产品则为界先进水平的产品则为6000m。因此，国内的液压凿岩机与国际先进。因此，国内的液压凿岩机与国际先进水平尚存在很大差距。水平尚存在很大差距。u（2）液压钻车。我国）液压钻车。我国20世纪世纪8090年代共研制鉴定了年代共研制鉴定了10种型号全种型号全液压钻车。除其中两种为参照国外产品外，其余液压钻车。除其中两种为参照国外产品外，其余8种均为结合我国国情种均为结合我国国情研制的。这些钻车的液压系统

41、大都设计合理，既保证了液压凿岩机效能研制的。这些钻车的液压系统大都设计合理，既保证了液压凿岩机效能的充分发挥，又满足了凿岩作业的需要；钻臂和推进器等部件布置合理，的充分发挥，又满足了凿岩作业的需要；钻臂和推进器等部件布置合理，外形新颖美观，运转可靠，操作灵活方便。尤其是井下凿岩台车上的液外形新颖美观，运转可靠，操作灵活方便。尤其是井下凿岩台车上的液压钻臂工作范围大，如同多功能的机械手，可灵活地上下仰俯，左右摆压钻臂工作范围大，如同多功能的机械手，可灵活地上下仰俯，左右摆动，并可伸缩，钻臂上的凿岩机推进器导轨也可灵活地上下仰俯。动，并可伸缩，钻臂上的凿岩机推进器导轨也可灵活地上下仰俯。u四、计算

42、机控制的凿岩台车四、计算机控制的凿岩台车u（1）凿岩台车自动化的必要性和优越性）凿岩台车自动化的必要性和优越性u可以减轻操作人员的工作负担，尤其是令人疲劳可以减轻操作人员的工作负担，尤其是令人疲劳的重复工作，并且使钻孔更精确、更快；其次钻孔速的重复工作，并且使钻孔更精确、更快；其次钻孔速度已达度已达6cm/s，使得钻一个炮孔的时间往往低于使得钻一个炮孔的时间往往低于30秒。自动凿岩台车能够相当好地控制断面，使得钻孔秒。自动凿岩台车能够相当好地控制断面，使得钻孔准确，在控制超挖和欠挖方面具有明显的优点。准确，在控制超挖和欠挖方面具有明显的优点。u总之，自动化缩短了设备工时，提高了设备的利用总之，

43、自动化缩短了设备工时，提高了设备的利用率。操作人员只需检查核实钻孔位置和钻孔方式，设率。操作人员只需检查核实钻孔位置和钻孔方式，设备就可以独立自动地定位、钻孔，一直钻到程序设定备就可以独立自动地定位、钻孔，一直钻到程序设定的钻孔深度。的钻孔深度。u（2）21SGBC-CR电脑导引凿岩台车简介电脑导引凿岩台车简介u21SGBC-CR电脑导引凿岩台车是挪威电脑导引凿岩台车是挪威AMV公司生产的、公司生产的、具有世界先进水平、装有车载电脑导引系统的凿岩台车。该台具有世界先进水平、装有车载电脑导引系统的凿岩台车。该台车在钻孔时依靠电脑系统进行准确定位、完全按照隧道设计要车在钻孔时依靠电脑系统进行准确定

44、位、完全按照隧道设计要求控制超欠挖，真正做到完全光面爆破，钻孔深度为求控制超欠挖，真正做到完全光面爆破，钻孔深度为5m时的钻时的钻孔外偏误差仅为孔外偏误差仅为2cm。可以将爆破轮廓控制在最理想的范围内，。可以将爆破轮廓控制在最理想的范围内，减少出渣和回填方量、减少衬砌材料（特别是水泥）的消耗，减少出渣和回填方量、减少衬砌材料（特别是水泥）的消耗，省工、省时、省料。省工、省时、省料。u台车的电脑导引系统还可以将隧道内钻孔的数量、总钻孔时间、台车的电脑导引系统还可以将隧道内钻孔的数量、总钻孔时间、单孔的钻孔时间、每个孔的深度、角度、位置和钻孔深度都能单孔的钻孔时间、每个孔的深度、角度、位置和钻孔深

45、度都能进行记录和存储。装备了性能优良、质量可靠的法国蒙特贝德进行记录和存储。装备了性能优良、质量可靠的法国蒙特贝德凿岩机，钎尾的正常使用寿命为凿岩机，钎尾的正常使用寿命为1200015000延米。台车延米。台车的冲击液压系统采用低压大流量方式，能够确保冲击液压系统的冲击液压系统采用低压大流量方式，能够确保冲击液压系统的工作条件好、工作寿命长、故障率低，完全避免了普通凿岩的工作条件好、工作寿命长、故障率低，完全避免了普通凿岩台车因为压力过高而造成的油管爆裂现象，有可编程序控制器，台车因为压力过高而造成的油管爆裂现象，有可编程序控制器，车载激光装置用于钻臂的准确性矫正。车载激光装置用于钻臂的准确性

46、矫正。任务三任务三盾构盾构u盾构（盾构（Shield)Shield)在土木工程领域中为遮盖物、保护物。这里我在土木工程领域中为遮盖物、保护物。这里我们指把外形与隧道断面相同，尺寸比隧道外形稍大的钢筒或们指把外形与隧道断面相同，尺寸比隧道外形稍大的钢筒或框架压入地中构成保护掘削机的外壳。该外壳及壳内各种作框架压入地中构成保护掘削机的外壳。该外壳及壳内各种作业机械、作业空间的组合体称为盾构机。盾构机是一种既能业机械、作业空间的组合体称为盾构机。盾构机是一种既能支承地层压力、又能在地层中掘进的施工机具。以盾构为核支承地层压力、又能在地层中掘进的施工机具。以盾构为核心的一整套完整的建造隧道的施工方法为

47、盾构工法。心的一整套完整的建造隧道的施工方法为盾构工法。u盾构是一种集开挖、支护和衬砌等多种作业于一体的大型隧盾构是一种集开挖、支护和衬砌等多种作业于一体的大型隧道施工机械，道施工机械，是用钢板作成钢结构组件，这个钢结构组件的是用钢板作成钢结构组件，这个钢结构组件的壳体称壳体称“盾壳盾壳”，在开挖隧道时，作为临时支护，并在筒形在开挖隧道时，作为临时支护，并在筒形结构内安装开挖、运渣、结构内安装开挖、运渣、拼装隧道衬砌等机械装置拼装隧道衬砌等机械装置，以便能，以便能安全地作业。它主要用于软弱、复杂等地层的铁路隧道、公安全地作业。它主要用于软弱、复杂等地层的铁路隧道、公路隧道、城市地下铁道、上下水

48、道等的隧道施工。路隧道、城市地下铁道、上下水道等的隧道施工。任务三任务三盾构盾构u其施工程序是在盾构前部盾壳下挖土（机械挖土或人其施工程序是在盾构前部盾壳下挖土（机械挖土或人工挖土工挖土 )，一面挖土，一面用千斤顶向前顶进盾体，一面挖土，一面用千斤顶向前顶进盾体，顶至一定长度后（一般为一片衬砌圈的宽度顶至一定长度后（一般为一片衬砌圈的宽度 )，再再在盾尾拼装预制好的衬砌块，并以此作为下次顶进的在盾尾拼装预制好的衬砌块，并以此作为下次顶进的基础，继续挖土顶进。在挖土的同时，将土屑运出盾基础，继续挖土顶进。在挖土的同时，将土屑运出盾构，如此不断循环直至修完隧道为止。构，如此不断循环直至修完隧道为止

49、。u随着土压式盾构、泥水加压式盾构的出现，对于不良随着土压式盾构、泥水加压式盾构的出现，对于不良地质地段和防止地面下沉的措施日益完善，盾构法已地质地段和防止地面下沉的措施日益完善，盾构法已从特殊施工方法成为一般施工方法，并将逐步取代明从特殊施工方法成为一般施工方法，并将逐步取代明挖法。挖法。u盾构法是现阶段世界上修建隧道最先进的施工方法之盾构法是现阶段世界上修建隧道最先进的施工方法之一。当前已完工的三大海底隧道工程：英法海峡隧道、一。当前已完工的三大海底隧道工程：英法海峡隧道、丹麦海峡隧道、东京湾海底隧道。丹麦海峡隧道、东京湾海底隧道。任务三任务三盾构盾构一、盾构的分类及特点一、盾构的分类及特

50、点u盾构的形式很多，可按盾构的断面形状、构造及开盾构的形式很多，可按盾构的断面形状、构造及开挖方式进行分类。挖方式进行分类。u按盾构断面形状的不同，可将盾构分为单圆盾按盾构断面形状的不同，可将盾构分为单圆盾构、复圆（多圆）盾构、非圆盾构构、复圆（多圆）盾构、非圆盾构3种；种；u按开挖方式的不同，可分为手掘式、半机械式、按开挖方式的不同，可分为手掘式、半机械式、机械化式机械化式3种；种；u按盾构前部构造的不同，可分为全敞开式、部分按盾构前部构造的不同，可分为全敞开式、部分敞开式、闭胸式敞开式、闭胸式3种；种；u按支护地层的形式可分为自然支护式、机械支护按支护地层的形式可分为自然支护式、机械支护式