【摘要】文章以某市超大型鐵礦的基建工程為背景，從施工技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度、安全以及經(jīng)濟成本等多方面，把TBM掘進(jìn)機施工與鉆爆法施工做了較詳細(xì)的比較，探討了TBM掘進(jìn)機在礦山基建項目中應(yīng)用的可行性，對地下深層的礦山開采中采用TBM掘進(jìn)機機施工有一定的參考、推薦作用，在國內(nèi)礦山施工中有一定的前瞻性。
1.工程概述
某鐵礦床位于某市西南7km處，是全國著名的超大型鐵礦床，迄今未經(jīng)正式開發(fā)。礦區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低丘陵及平原地形，區(qū)內(nèi)巖石主要由古老的變質(zhì)巖系所組成，均受到了劇烈的構(gòu)造變動及混合巖化作用。構(gòu)造層主要包括太古代構(gòu)造層、元古代構(gòu)造層、震旦系構(gòu)造層和下古生界構(gòu)造層四個構(gòu)造層。根據(jù)冶金地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院對礦區(qū)山脈露天采場的排水量調(diào)查，其日排水量僅150m3/d左右。
該礦基建總工程量為442.5萬m3。主要基建內(nèi)容包括：1#、2#膠帶斜井，副井，輔助斜坡道，1#、2#、3#進(jìn)風(fēng)井，1#、2#、3#回風(fēng)井，-120m中段充填巷道，-300m、-540m無軌鑿巖中段，-360m、-600m無軌出礦中段，-400m、-640m有軌運輸中段，溜破系統(tǒng)，水泵房中央變電所及各類硐室、采切工程及探礦工程等。井下基建任務(wù)由副井、3條進(jìn)風(fēng)井、3條回風(fēng)井、1#膠帶斜井、2#膠帶斜井、輔助斜坡道共同承擔(dān)。
2.市場前景分析
近年來，隨著我國大型基建設(shè)施、城鎮(zhèn)化的發(fā)展與建設(shè)，以及房地產(chǎn)市場的持續(xù)開發(fā)，對礦產(chǎn)資源需求量不斷增加，促使了采礦業(yè)的高速發(fā)展，礦山開采規(guī)模越來越大、基建期越來越長，一般建設(shè)周期需5年以上，5-10年時間才能實現(xiàn)投產(chǎn)。同時，由于多年的開采，國內(nèi)大部分淺層有色金屬礦石的開采已接近枯竭，不得不轉(zhuǎn)向深層的地下開采。
目前，礦山開采主要采用技術(shù)成熟、施工靈活的工法——鉆爆法。但隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，速度慢、污染重、風(fēng)險高、使用勞力多的鉆爆法越來越不適應(yīng)社會發(fā)展的需要。而TBM全斷面掘進(jìn)機憑借著其施工安全、速度快、質(zhì)量好、效率高等突出優(yōu)點，在國內(nèi)外的山嶺隧道、水利隧道、城市隧道等多種形式地下工程的施工中得到了廣泛應(yīng)用。近年國內(nèi)工程中TBM應(yīng)用案例可以看出，在國內(nèi)目前成功的案例中，TBM尚未在礦山基建工程中使用過。
TBM的優(yōu)勢在長大隧道施工中才能夠體現(xiàn)，而礦山工程的巷道是相互貫通的幾十公里以上的地下通道，如能引進(jìn)TBM進(jìn)行施工，將為TBM的使用開拓出一個非常大的潛在市場。下文筆者將對比鉆爆法施工技術(shù)，從技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度、安全以及經(jīng)濟成本等幾方面，針對TBM在礦山基建工程中投入使用的可能性進(jìn)行探討。
3.TBM掘進(jìn)機在礦山基建工程中的應(yīng)用探討
TBM的發(fā)展在國外已經(jīng)歷了一百多年的歷史，由于其施工速度快、隧道成形好、對周邊環(huán)境影響小和安全性較高的特點，已經(jīng)成為當(dāng)今世界隧道施工最先進(jìn)設(shè)備的代名詞，并被作為國外隧道開挖普遍采用的重要方法之一。
3.1施工技術(shù)
從技術(shù)方面講，由于礦山建設(shè)的主要基建工程為地下環(huán)形的平盤巷道和連接各平盤間的斜坡道，TBM掘進(jìn)機施工技術(shù)需克服入地掘進(jìn)過程中的環(huán)形轉(zhuǎn)彎半徑和斜坡道的坡度兩個問題。經(jīng)我們與TBM生成廠家的設(shè)計研究，坡度方面TBM可以最大達(dá)到12%，而轉(zhuǎn)彎半徑最小可縮小至120m，能夠滿足工程要求，因此TBM掘進(jìn)機在礦山基建工程中的應(yīng)用是不存在技術(shù)問題的。
3.2施工質(zhì)量
TBM掘進(jìn)機切削過的表面光滑，且斷為圓形斷面，觀感漂亮的同時，根據(jù)新奧法原理，可有效的減少隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，使隧道結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，從而減少隧道的后期的維護費用。鉆爆法施工所爆破出來的斷面是無法達(dá)到的。
3.3施工進(jìn)度
根據(jù)礦巖條件和礦山實際情況，結(jié)合目前國內(nèi)施工單位的技術(shù)水平井巷工程月掘進(jìn)速度指標(biāo)如下：膠帶斜井70m；運輸巷道100m，回風(fēng)道100m；斜坡道100m。而如若采用TBM掘進(jìn)機，根據(jù)各項目的進(jìn)度統(tǒng)計，月進(jìn)度指標(biāo)在600m-1500m，約10倍于鉆爆法的施工進(jìn)度。
3.4施工安全
安全更是TBM掘進(jìn)機的一個優(yōu)勢所在，其施工人員較鉆爆法少，且全部在機器護盾內(nèi)部工作，掘進(jìn)機為施工安全提供了一個“天然的安全屏障”。而鉆爆法施工時，工人需要暴露在并不穩(wěn)定的圍巖下方工作，安全隱患極大。
3.5經(jīng)濟成本
根據(jù)我們的測算，按照每掘進(jìn)10km保養(yǎng)一次、30km一大修的標(biāo)準(zhǔn)，半徑為6.0m的TBM掘進(jìn)機掘進(jìn)30km所需的費用近1億元。但隨著掘進(jìn)長度的增加，設(shè)備攤銷成本是逐步降低的，且掘進(jìn)機成洞后洞體的支護、后期維護費用較鉆爆法也是大幅減少的。經(jīng)計算，采用TBM掘進(jìn)施工超過10km后，費用與鉆爆法基本相當(dāng)。因此，開工前一次性投入的設(shè)備購置成本過高是制約TBM掘進(jìn)機發(fā)展與應(yīng)用的瓶頸。
4.結(jié)語
TBM掘進(jìn)機的最大特點是廣泛使用電子、信息、遙測、遙控等高新技術(shù)對全部作業(yè)進(jìn)行制導(dǎo)和監(jiān)控，使掘進(jìn)過程始終處于最佳狀態(tài)，已廣泛應(yīng)用于各國的地下工程建設(shè)。由于其在安全、質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)境保護等多方面有著非常突出的表現(xiàn)，在一些發(fā)達(dá)國家，不少單位都明確規(guī)定，對于3km以上的隧道，必須用掘進(jìn)機施工。但由于TBM的購置成本較高，該項技術(shù)的采用在很大程度上受到成本控制的約束，一般只適合在長大隧道中采用，而礦山建設(shè)中的巷道工程，經(jīng)過較小的設(shè)計修改后，應(yīng)該有著非常好的應(yīng)用前景。
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