錦屏電站TBM施工技術(shù)介紹

1、錦屏電站TBM施工技術(shù)介紹【內(nèi)容提要 】 錦屏二級水電站3#引水隧洞采用直徑12.4m 的12785.205m，襯砌后直徑為11.2m，引水隧洞立面為緩坡布置，底坡TBM施工，施工長度3.65 ，引水隧洞洞群沿線上覆巖體一般埋深 1500 2000m，最大埋深約為 2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點。本文簡述了大直徑 TBM的技術(shù)參數(shù)和原理，以及在錦屏深埋高地應(yīng)力特長隧洞的施工技術(shù)應(yīng)用。【關(guān) 鍵 詞】 錦屏TBM施工技術(shù)1. 施工概況錦屏二級電站由我聯(lián)合體采用TBM 法施工的3# 隧洞自樁號2+500 15+285.205 ，全長12785.205m，自東向西施工，隧洞開挖直徑為12

2、.4 的圓形，襯砌后的直徑為11.2m。水電站引水系統(tǒng)采用 4 洞 8 機布置形式，從進水口至上游調(diào)壓室的平均洞線長度約為16.67km，中心距 60m，洞主軸線方位角為 N58 W。引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3.65 ，由進口底板高程 1618.00m 降至高程 1564.70m 與上游調(diào)壓室相接。引水隧洞洞群沿線上覆巖體一般埋深15002000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點。本標段的主體工程項目為東端3#、 4#引水隧洞施工，引水隧洞施工采用鉆爆法和TBM法相結(jié)合的施工方案，3#引水隧洞主要采用TBM法施工， 4#引水隧洞主要采用鉆爆法施工。錦屏電站的建成對

3、完善西南電網(wǎng)及對四川災(zāi)后重建都具有十分重要的意義。本標段布置示意圖見圖1。505333382.0111130000527777東引 1#施工支洞 .8 .807302555554面5567+152076+539011+面界22221 +6）55666111111界標33333)（333333標分(標引引引引引 引引引引引引 分370607012385.20530640.508708070472.667標C6與C與TBM 拆卸洞出發(fā)步進TBM 組裝洞20012385.2051363.175鉆爆法施工長度TBM 法施工長度3#引水隧道鉆爆法施工長度圖 1 本標段布置示意圖2.TBM 的施工原理及施

4、工工藝TBM設(shè)備施工技術(shù)是集成機械原理、電子學(xué)原理、機器人原理和土工學(xué)原理的一套系統(tǒng)化設(shè)備，施工工藝主要圍繞TBM設(shè)備掘進、出渣及初期支護三個施工工序的基礎(chǔ)上來進行的，TBM的施工原理及施工工藝見上圖2 和3。超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)超前處理超前錨桿超前噴漿管棚處理撐靴外伸，撐住巖壁推進油缸進油，推動刀盤掘進當 油缸行程完畢，停止開挖前行落下后支腿撐在隧洞底程施工松開撐靴油缸回油，撐靴前移撐靴撐住巖壁，提升后支腿開始新的行程主機掘進系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)皮帶運輸出渣連接供水系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)橋配電系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)鋼拱支護超前錨桿支護噴混凝土加固掛網(wǎng)支護初期支護排水設(shè)備降噪環(huán)境降溫掉渣清理除塵降塵環(huán)保圖 2 TBM 設(shè)備系

5、統(tǒng)施工原理框圖停機進行存在超前處理需要噴水冷卻除塵開始新的循環(huán)超前地質(zhì)預(yù)報是否存在不良地質(zhì)體存在不需超前處理 , 但應(yīng)控是否需要處理制循環(huán)進度或及時處理不存在不需要導(dǎo)向系統(tǒng)撐靴撐在巖壁推動刀盤掘進皮帶出渣行程完畢停止開挖II類圍巖隨機錨桿施工后支腿撐住底部判定、 IIIbIIIa局部掛鋼筋網(wǎng)圍巖錨桿施工類圍巖松開撐靴類別IV、V鋼支撐安裝錨桿施工類圍巖撐靴前移架設(shè)鋼梁鋪設(shè)鋼軌撐靴撐在巖壁提升后支腿輔助系統(tǒng)（通風(fēng) , 供風(fēng) ,供水 , 供電, 照明, 通信)兩班施工(10h/ 班）洞內(nèi)排水更換刀具并維修保養(yǎng)（4h/ 班)洞內(nèi)前期施工混凝土骨料加工廠洞外渣石轉(zhuǎn)運噴混凝土噴水除塵其它材料掛鋼筋網(wǎng)施工

6、和管理人員機車運輸洞外材料供應(yīng)洞外風(fēng)水電供應(yīng)洞外污水處理洞內(nèi)后期施工洞外輔助施工圖 3 TBM 設(shè)備正常掘進施工工藝框圖3.TBM 主要參數(shù)表TBM主機的主要技術(shù)參數(shù)見表1。表 1 TBM 主機主要參數(shù)表序號名稱參數(shù)1機器類型硬巖單撐靴隧道掘進機2開挖直徑12,440mm ( 新裝刀具 )12,400mm ( 刀具磨損后）3刀具直徑482mm(19”)刀具最大荷載315kN中心雙刃滾刀數(shù)量4 把單刃滾刀的數(shù)量71 把刀刃總數(shù)量79 把4推進系統(tǒng)最大推進能力35625kN 310 bar / 39584kN 350 bar開挖行程1850mm油缸數(shù)量4 個5刀盤驅(qū)動類型電動機械式，硬巖刀盤驅(qū)動功

7、率4900kW，14 個水冷馬達，每個 350kW，變頻驅(qū)動主軸承設(shè)計壽命15000h 根據(jù) ISO 281 L106撐靴系統(tǒng)類型浮動撐靴撐靴撐力 ( 最大)98960kN 315bar / 109956kN 350bar油缸數(shù)量4 個油缸行程測量裝置2 個尺寸1000mm x 720mm / 行程 +/-500mm作用在巖體上的額定壓力 4.5 N/mm 2 ( 撐靴力可調(diào) )7后部支撐撐腿數(shù)量2 個油缸數(shù)量4 個尺寸280mm 220mm /行程 : 1750mm行程測量裝置數(shù)量2 個額定壓力350bar支撐力8620kN8電氣系統(tǒng)初級電壓10kV/ 50Hz電機回路690V / 400V

8、 / 230V / 50Hz控制系統(tǒng)PLC, S7高壓電纜設(shè)備IP65 或相當其它電器設(shè)備IP65 或相當（適用于 1/3包）其它電器設(shè)備IP55 或相當 （適用于 2/4包）9TBM皮帶輸送機長度大約 26m寬度1400mm排量 ( 松散物料 )約 1,200t/h速度0-2.5m/s粒徑0 -300mm10環(huán)行拼裝機位置刀盤盾之外能力15 噸旋轉(zhuǎn)360驅(qū)動類型液壓驅(qū)動控制裝置刀盤盾后安裝的固定控制臺11環(huán)行定位安裝裝置 / 鋼筋網(wǎng)安裝器序號名稱參數(shù)能力（最大環(huán)重量）10-15 噸縱向行走2,400mm12 L1 區(qū)域的混凝土噴射設(shè)備功率7.5kW驅(qū)動類型液壓驅(qū)動縱向行走3m操作角度1801

9、3L1 區(qū)域錨桿設(shè)備最大可用鋼鉆桿長度4310mm沖擊力18kW/個旋轉(zhuǎn)速度0 210min-1/ 個旋轉(zhuǎn)扭矩700Nm/個打錨桿的范圍360鉆機縱向行走2000mm14超前鉆探設(shè)備供給單元2 個 ARO ADQ-5400（1 個在頂部， 1 個在底部）鉆進/ 回縮力13kN類型雙頭旋轉(zhuǎn) - 旋轉(zhuǎn)沖擊組件 EURODRILL RH1400-HD4008記錄系統(tǒng)數(shù)量1 個（供 2 個鉆進單元使用）TBM 后配套的主要技術(shù)參數(shù)見表2。表 2TBM 滑坡體主要參數(shù)表序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量1通風(fēng)風(fēng)管直徑3,000mm套2容量200m能力103m/s2空氣清潔系統(tǒng)帶通風(fēng)機套2輸入電壓400V輸入頻率5

10、0Hz能力383m/s3風(fēng)機壓力損失1,000Pa套1輸入電壓400V輸入頻率50Hz4風(fēng)管(硬)直徑800mmm600卷起電纜長度500m速度370mmq高壓電纜卷筒張力20kVA套25輸入電壓400V輸入頻率50Hz高壓軟電纜速度3 x 70mmqm1,100張力20kVA管直徑46水管卷筒能力 ( 要求 100m)100m套1輸入電壓400V輸入頻率50Hz噴射角度范圍260噴射長度12m7L2 區(qū)域濕噴設(shè)備：環(huán)噴嘴數(shù)量2套2噴嘴控制板 (總 )2噴嘴液壓動力單元( 總)2雙活塞類型能力203m/h8L2 區(qū)域濕噴設(shè)備： 噴射機器最大壓力50bar套2- 泵泵 的液壓動力34kW加速劑泵

11、1有 PLC, 加料斗和附件9L2 區(qū)域濕噴設(shè)備：空壓機能力11m3/min套2最大壓力13bar序號名稱后配套區(qū)域后端濕噴設(shè)備：10環(huán)11 頂部錨桿設(shè)備：超前鉆機頂部錨桿設(shè)備：超前鉆機滑12動裝置規(guī)格型號安裝功率90kW輸入電壓400V輸入頻率50Hz噴射角度范圍260噴射長度3m噴嘴數(shù)量1噴嘴控制板 (總 )1噴嘴液壓動力單元( 總)1小型功率18kW小型頻率50-65Hz最大液壓壓力210bar轉(zhuǎn)速 ( 范圍)0-210rpm最大旋轉(zhuǎn)壓力150-210bar軸適配器R32, R38, T38適用于上述超前鉆最大桿長4,310mm鉆桿添加系統(tǒng)全機械最大桿直徑 (RD32)32mm適用于如前

12、述的 2 個超前鉆機和滑動設(shè)備：液壓油箱1單位數(shù)量套1套2套213頂部錨桿設(shè)備：超前鉆機和滑動裝置的動力單元頂部錨桿設(shè)備：超前鉆機和滑動裝置的控制面板沖刷系統(tǒng)1潤滑系統(tǒng)1動力單元輸入頻率50Hz動力單元輸入電壓380-400V適用于如上述超前鉆機和滑動設(shè)備、動力單元適用于如前述的2 個超前鉆機和滑動設(shè)備：液壓馬達 ( 制2套1套214 頂部錨桿設(shè)備：環(huán)15 TBM主變壓器動)動力單元1控制板2角度范圍270輸入 / 輸出電壓20.000 / 690V功率3,200kVA頻率50Hz輸入液體類型 ( 根據(jù) VDE 0532)VDE 0532)套1套24.TBM 掘進機主機及后配套技術(shù)說明海瑞克掘

13、進機采用最新設(shè)計。所有刀具均為背裝式。刀具的檢查和更換在刀盤內(nèi)進行。驅(qū)動軸承組件非常緊湊，這樣可以在刀盤后面離掌子面盡可能近的地方進行支護工作。穩(wěn)定可靠的無級變速電驅(qū)動可以在通常條件下提供機器最大掘進進度以及液壓驅(qū)動的所有優(yōu)點，如高扭矩、低速、遇到惡劣地質(zhì)條件時平穩(wěn)反轉(zhuǎn)運行。支撐系統(tǒng)為單撐靴，為掘進機提供穩(wěn)定和準確的導(dǎo)向。掘進過程中可操縱機器進行調(diào)向，使掘進精度更高。 在需要安裝鋼拱架或圍巖軟弱時， 支撐系統(tǒng)的撐緊壓力可隨推進系統(tǒng)壓力作比例調(diào)節(jié)，使得撐靴不致于破壞圍巖。同時單撐靴機構(gòu)在掘進機頂部和下面為支護作業(yè)提供了更大空間。隧洞支護輔助系統(tǒng)（錨桿鉆機、鋼拱架安裝器、錨網(wǎng)設(shè)備）安裝在刀盤后部、

14、撐靴之前。通過這些系統(tǒng)，可以在掘進機掘進的同時進行支護作業(yè)。變頻電機直接安裝于主軸承驅(qū)動機構(gòu)上，為后部的錨桿、 錨網(wǎng)和拱架安裝作業(yè)提供了最大空間。推進油缸在兩側(cè)連接主梁和撐靴機構(gòu)，其所處的位置同樣也能為前面留出最大空間。刀盤四周的許多刮板和鏟斗通過刀盤中空結(jié)構(gòu)將巖碴輸送至主梁中間的主機皮帶機上。TBM主機部分由刀盤、主軸承驅(qū)動組件及機頭架、主梁、撐靴、推進油缸、后下支承、主驅(qū)動密封及潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣設(shè)備、司機室、變壓器等組成。輔助設(shè)備：錨桿鉆機、超前鉆機、鋼拱架安裝器、混凝土初次噴射機構(gòu)、主機皮帶機。后配套系統(tǒng)包括若干單軌臺車和后配套皮帶機。主要由以下系統(tǒng)組成：橋式皮帶機、若干臺車、支

15、護設(shè)備、材料運送、液壓系統(tǒng)、供排水、空壓機、通風(fēng)等，它能為掘進機作業(yè)提供動力電供應(yīng)、石渣轉(zhuǎn)運、壓縮空氣供應(yīng)、供水、通訊等等。橋式皮帶機尾端的支點在第一節(jié)后配套臺車上，前端支承在掘進機主梁上，它把石渣轉(zhuǎn)運到后配套皮帶機上，在倒入連續(xù)皮帶機的受料斗。所有的臺車都由重載車輪支承，臺車上安裝有眾多的輔助設(shè)備，并有人行通道方便作業(yè)人員的通過和緊急撤離。在后配套采用雙軌，以便機車的進出、方便材料的供應(yīng)，減少停工損失。5.TBM 施工方案針對不同施工期的主要工作內(nèi)容，TBM 設(shè)備施工總體方案如下：(1) 在總體控制路線規(guī)劃上采用：首先按期安裝并進行設(shè)備調(diào)試，最后爭取提前貫通。(2) 施工運輸方案規(guī)劃：為充分

16、發(fā)揮 TBM設(shè)備的掘進速度，保證長隧洞的出渣能力，出渣單獨采用連續(xù)皮帶機出渣方案；施工人員及材料、混凝土、配件采用軌道機車運輸方案。(3) 超前地質(zhì)預(yù)報方案規(guī)劃： 開工前及 TBM設(shè)備掘進調(diào)試期進行地面地質(zhì)勘察工作， 初步確定不同圍巖類別在不同位置的分布情況。 在正常掘進期跟進短期超前地質(zhì)預(yù)報， 探測掌子面前方 50200m的地質(zhì)情況。(4)TBM 設(shè)備掘進施工參數(shù)控制方案：根據(jù)不同圍巖，施工調(diào)試期初步確定前期施工參數(shù)（如采用較高轉(zhuǎn)速較低扭矩等）；施工過程中根據(jù)圍巖地質(zhì)情況、設(shè)備性能狀況、刀具的磨損情況等，及時調(diào)整施工參數(shù)（如采用較高轉(zhuǎn)速、較高扭矩）；施工后期由于主軸承及大、小齒輪等磨損較大，

17、掘進速度減慢，施工參數(shù)應(yīng)選擇較小的磨損工況（如采用較小的轉(zhuǎn)速、較高的扭矩等）。5.1總體技術(shù)保證措施 施工進度控制措施：將 TBM設(shè)備正常掘進施工作為關(guān)鍵施工工序，其它工序圍繞此關(guān)鍵工序展開；嚴格控制里程碑工序的竣工時間，保證整體工期的實現(xiàn)。 制定掘進方向監(jiān)測預(yù)防保證措施，在隧道施工中，嚴格控制掘進方向，由專門的測量人員對激光導(dǎo)向站點進行校核，將隧道方向偏差控制在允許范圍。 提高不良地質(zhì)段的長、短期預(yù)報的準確度，針對斷層破碎帶、地下涌水、巖爆、有害氣體等不良地質(zhì)現(xiàn)象采取相應(yīng)的地質(zhì)勘查手段，合理運用鉆孔、物探等探測設(shè)備和儀器，作出準確的預(yù)報，并及時進行超前管棚加固或灌漿處理，以保證TBM設(shè)備掘進

18、的順利進行。 加強刀具、機器設(shè)備的維護與保養(yǎng)，提高TBM設(shè)備掘進的實際利用率。 對采取緊急應(yīng)急處理措施所需的機器設(shè)備、材料充分保障， 并設(shè)立專門的保障體系和專用倉庫，對項目部的所有人員進行培訓(xùn)，做到人人負責(zé)。 公司集中公司優(yōu)秀人才，保障人力資源供應(yīng)，以老帶新，培訓(xùn)TBM設(shè)備主要機械操作手、電氣工程師、機械工程師及管理工程師等多方面的技術(shù)人員。 合理地進行零配件、易損機件和施工原材料的儲備，保證零配件和材料的及時供應(yīng)。 信息管理措施： 建立并健全施工信息網(wǎng)絡(luò)化管理體系，加強施工過程中的信息收集及處理措施，并將處理后的結(jié)果直接用于工程的施工管理。5.2 TBM 的 SLS-T APD 導(dǎo)向系統(tǒng)TB

19、M設(shè)備掘進方向的控制極為重要，方向控制不當，造成盤型滾刀受力不均，致使刀具提前損壞，增加換刀的次數(shù)和配件成本，影響施工進度，另一方面，會使得隧道出現(xiàn)超、欠挖過大，影響工程質(zhì)量。因此，在隧道施工中應(yīng)嚴格控制掘進方向，將偏差控制在允許范圍內(nèi)：水平設(shè)計洞軸線 100mm，垂直誤差 60mm：引水隧洞的貫通中誤差橫向不得大于 250mm，高程不得大于 25mm。 5.2.1 導(dǎo)向控制原則 確定合理的方向參數(shù)。 控制掘進軸線與設(shè)計中心線的偏差。 確保做到掘進前準確定位，掘進中嚴格操作，掘進后適時調(diào)整。5.2.2 SLS-T APD激光導(dǎo)向系統(tǒng)概述SLS-T APD 激光導(dǎo)向系統(tǒng)見圖4。圖 4 SLS-T

20、 APD 激光導(dǎo)向系統(tǒng)圖SLS-T APD 就是為此目的而設(shè)計開發(fā)的。具有目標自動識別功能及隧道推進軟件的SLS-T APD導(dǎo)向系統(tǒng)能夠為隧道掘進機的掘進連續(xù)地提供最新的有關(guān)機器空間位置及方向的數(shù)據(jù)信息,TBM 司機通過對TBM進行合適的控制操作以使TBM在允許的誤差范圍內(nèi)盡量沿DTA向前掘進。 SLS-T APD系統(tǒng)的主要的基準是由初始安裝在墻壁或隧道襯砌上的激光全站儀發(fā)出的一束可見激光。一般來說根據(jù)激光的功率的不同, 激光需要能夠發(fā)射100 200m的距離 , 同時激光發(fā)射距離的長短還受外部大氣環(huán)境和激光束本身所受的反射有關(guān)。激光束穿過機器中的凈空區(qū)域及后配套設(shè)備( 激光窗 ), 擊到安裝

21、在機器前部的電子激光靶上。激光發(fā)射起點和激光靶之間的有效距離也取決于激光窗的尺寸和隧道的曲率。因此需要定期地將激光全站儀前移到一個新的站點。測量人員只需要測出全站儀所在的第一個站點的坐標, 以后放置全站儀的站點的坐標由全站儀的SLS-TAPD 功能自動確定。5.3 TBM 掘進5.3.1施工工序流程TBM設(shè)備掘進施工工序流程見圖5。超前地質(zhì)預(yù)報是不良地質(zhì)體超前處理是否實施超否導(dǎo)軌鋪設(shè)卸渣出渣掘進初期支護（包括底部清渣）換步、調(diào)向超過 50m50m內(nèi)進入下一掘進循環(huán)圖 5 TBM 設(shè)備掘進施工工序流程框圖5.3.2掘進參數(shù)的選擇 掘進模式的選擇TBM設(shè)備根據(jù)轉(zhuǎn)速可分為高速模式和低速模式掘進兩種。

22、使用高速掘進時，周圍巖石振動較大，容易引起周圍巖石松動，所以在地質(zhì)情況較差時，采用低轉(zhuǎn)速、高扭矩掘進，圍巖較完整時，采用高轉(zhuǎn)速、低扭矩掘進。 不同地質(zhì)狀況下掘進參數(shù)的選擇和調(diào)整節(jié)理不發(fā)育的硬巖（類、類）情況下作業(yè)a. 選擇電機高速掘進；b.開始掘進時掘進速度選擇15，掘進到5cm 左右開始提速；c.正常情況下，掘進速度一般選擇35左右；d. 圍巖本身的干抗壓強度較大，不易破碎，若掘進速度太低，將造成刀具刀圈的大量磨損；若掘進速度太高，會造成刀具的超負荷，產(chǎn)生漏油或弦磨現(xiàn)象，因此，必須選擇合理的掘進參數(shù)。節(jié)理發(fā)育的類圍巖狀況下作業(yè)掘進推力較小，應(yīng)選擇自動扭矩控制模式，并密切觀察扭矩變化，調(diào)整最佳

23、掘進參數(shù)。節(jié)理發(fā)育且硬度變化較大的類圍巖狀況的作業(yè)因圍巖分布不均勻，硬度變化大，有時會出現(xiàn)較大的振動，所以推力和扭矩的變化范圍大，必須選擇手動控制模式，并密切觀察扭矩變化。a. 此類圍巖下掘進，推力、扭矩在不停地變化，不能選擇固定的參數(shù)（推力、扭矩）作標準，應(yīng)密切觀察，隨時調(diào)整掘進速度。若遇到振動突然加劇，扭矩的變化很大，觀察渣料有不規(guī)則的塊體出現(xiàn)，可將刀盤轉(zhuǎn)速換成低速，并相應(yīng)降低推進速度，待振動減少并恢復(fù)正常后，再將刀盤轉(zhuǎn)換到高速掘進。b. 掘進時，即使扭矩和推力都未達到額定值，也會使通過局部硬巖部分的刀具過載，產(chǎn)生沖擊載荷，影響刀具壽命，同時也使主軸承和主大梁產(chǎn)生偏載。所以要密切觀察掘進參

24、數(shù)與巖石變化。當扭矩和推力大幅度變化時，應(yīng)盡量降低掘進速度，控制在30左右，以保護刀具和改善主軸承受力，必要時停機前往掌子面了解圍巖和檢查刀具。節(jié)理、裂隙發(fā)育或存在斷層帶（、類圍巖）下的作業(yè)掘進時應(yīng)以自動扭矩控制模式為主選擇和調(diào)整掘進參數(shù)，同時應(yīng)密切觀察扭矩變化、電流變化及推進力值和圍巖狀況。a. 掘進參數(shù)選擇：電機選用低速，掘進速度開始為20，等圍巖變化趨于穩(wěn)定后，推進速度可上調(diào)，但不應(yīng)超過一定范圍（如35），扭矩變化范圍10。b.密切觀察皮帶機的出渣情況：當皮帶機上出現(xiàn)直徑較大的巖塊，且塊體的比例大約占出渣量20 30時，應(yīng)降低掘進速度，控制貫入度。當皮帶機上出現(xiàn)大量塊體，并連續(xù)不斷成堆向

25、外輸出時，停止掘進，變換刀盤轉(zhuǎn)速以低速掘進，并控制貫入度。當圍巖狀況變化大，掘進時刀具可能局部承受軸向載荷，影響刀具的壽命，所以必須嚴格扭矩變化范圍 10，以低的掘進速度，一般情況，掘進速度20。5.4 TBM 掘進作業(yè)過程5.4.1 TBM 設(shè)備掘進作業(yè)循環(huán)TBM設(shè)備掘進時主要依靠由刀盤、機頭架與大梁、支撐和推進裝置組成的掘進系統(tǒng)來進行，正常的作業(yè)循環(huán)步驟見圖6。T B M掘進，對于、類圍一個行程結(jié)束， 推進油停止膠帶推進油缸伸開巖同步牽引后配套缸運行停止運 輸 機外機架的撐靴收回較差圍巖時，牽引后配套系統(tǒng)伸出后支撐收回推進油缸，啟動刀盤驅(qū)動系統(tǒng)撐靴重新?lián)尉o前移外機架及撐靴啟動刀盤，開始下一

26、行程施工啟動膠帶運輸機收 回 后 支撐圖 6TBM設(shè)備掘進作業(yè)循環(huán)步驟流程框圖 作業(yè)開始， 支撐部分相對于工作部分處在前位，撐靴撐緊洞壁， 此時， TBM設(shè)備已完全找正，后支撐提起，切削盤轉(zhuǎn)動，推進液壓缸伸出，推動工作部分前移一個行程。 掘進行程終了，準備換步，此時，切削盤停止轉(zhuǎn)動，后支撐伸出抵到洞底上以承受TBM設(shè)備主機的后端重力，水平支撐油缸收回。 推進油缸主支撐回縮，支撐部分自由地準備換步，這由推進液壓缸反向供油，使活塞桿縮回，帶動水平撐靴及外機架向前移動。 水平支撐靴伸出，再與圍巖接觸撐緊，提起后支撐離開洞底，TBM設(shè)備定位找正。 回到，啟動刀盤，切削盤又一次旋轉(zhuǎn)，TBM設(shè)備準備進行下

27、一個循環(huán)。5.4.2 TBM 設(shè)備掘進換步原理及步驟 換步原理：換步是根據(jù)推進油缸的行程進行的，即推進油缸推進一個行程，TBM設(shè)備就破巖掘進一個循環(huán)行程，每個循環(huán)行程約1.80m，循環(huán)行程結(jié)束后即進行換步作業(yè)。當一個循環(huán)結(jié)束時停止掘進，刀盤后退23cm，放下主機后支撐，將主機支撐牢固后，收回水平撐靴，前移水平撐靴一個循環(huán)的距離，然后根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的主機位置參數(shù)進行TBM設(shè)備調(diào)向，調(diào)向完成后，將撐靴撐緊至一定的壓力，收回主機后支撐，拖動后配套并前移一個循環(huán)的距離后，即可接著進行下一循環(huán)的掘進作業(yè)。當后配套的輔助作業(yè)工作量較少時，主機移動與后配套可根據(jù)具體情況同步進行。 換步步驟第一步：撐緊撐靴

28、，收起后支撐，見圖7。圖 7 撐緊撐靴，收起后支撐第二步：刀盤旋轉(zhuǎn)，開始掘進推進，見圖8。圖 8 掘進推進第三步：掘進行程完成后，進行換步，放下后支撐，見圖9。圖 9 換步放下后支撐第四步：收回水平撐靴，前移撐靴，再撐緊水平撐靴，進行下一個掘進循環(huán)，見圖10。圖 10 收回撐靴前移 簡潔換步措施在 TBM設(shè)備換步期間，為縮短換步時間，在條件允許的情況下，可采取如下措施：后配套系統(tǒng)的拖拉盡可能在掘進行程結(jié)束前的最后幾分鐘或開始掘進時的前幾分鐘進行，或在圍巖較好的地層，主機移動與后配套同步進行；加強類圍巖的支護施工效率，盡量在一個行程內(nèi)完成初期支護及鋪設(shè)鋼軌的施工任務(wù)，減少輔助施工延遲占用時間；加

29、強超前地質(zhì)預(yù)報的準確性，嚴格控制掘進施工方向，縮短TBM設(shè)備方向找正的調(diào)整時間；在皮帶運輸機啟動的過程中，可同時啟動刀盤聲光報警系統(tǒng)；在換步期間，操作員要嚴于職守，在盡可能縮短換步時間的前提下，嚴格按操作程序作業(yè)，提高掘進效率。一般情況下，在地質(zhì)情況較好，激光導(dǎo)向系統(tǒng)正常的情況下，換步時間約5min。5.4.3正常掘進施工 刀盤后部的側(cè)向撐靴向洞壁撐起并穩(wěn)固在洞壁巖面上，同時用楔塊油缸將側(cè)支撐的位置牢牢鎖定，并將推進反作用力傳給洞壁， 掘進的水平方向鎖定， 同時調(diào)整前支撐， 將掘進的垂直方向 （即坡度）鎖定。 水平撐靴定位以后，推進推力油缸并轉(zhuǎn)動刀盤開始掘進。掘進時，刀盤上的每一個滾刀產(chǎn)生推進

30、力使掌子面圍巖產(chǎn)生破裂，并形成直徑10cm左右的碎塊。 根據(jù) TBM設(shè)備的扭矩轉(zhuǎn)速曲線的基本性能，在不良地質(zhì)條件下采用低轉(zhuǎn)速低扭矩的參數(shù)切割軟巖，在圍巖條件較好、強度較高的硬巖采用高轉(zhuǎn)速高扭矩高速切割硬巖，若出現(xiàn)刀盤卡住則采用脫困扭矩或采用刀盤逆轉(zhuǎn)的方式處理，施工過程中根據(jù)不同的圍巖條件調(diào)整合適的參數(shù)。 刀盤的推力由推進油缸提供，推進的反作用力被傳遞到水平支撐靴板上，水平支撐靴板由水平支撐油缸緊緊的撐到洞壁，直接將推進油缸的推力傳遞到洞壁，刀盤驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的反扭矩由機頭架、大梁及滑塊、鞍架和斜缸通過水平支撐板傳遞到洞壁。 鉆進的工作行程結(jié)束，初步支護工作完成后，撐靴將收回，這

31、時，TBM設(shè)備的重量將由后面的后支撐支撐。TBM設(shè)備及其后配套系統(tǒng)通過收縮牽引油缸，撐靴重新支撐洞壁來向前移動到新的掘進位置。當推進行程結(jié)束時，水平支撐油缸縮進，此時TBM設(shè)備的操作手要調(diào)整好TBM設(shè)備的軸線方向，通過激光方向鎖定系統(tǒng)來操縱推力油缸控制方向，由此開始一個新的推進行程。5.4.4刀具更換TBM設(shè)備在掘進過程中，由于刀具對巖石的不斷切削，會造成刀具磨損嚴重，進而影響施工進度與質(zhì)量，為此必須嚴格按照供應(yīng)商的刀具更換指南上的要求，當?shù)毒吣p到一定程度時要進行及時的調(diào)整和更換。根據(jù)大伙房 TBM施工經(jīng)驗，每天每班要派專人及時檢查刀具情況，內(nèi)容包括檢查刀具軸承、刀具螺栓、斗齒等。在圍巖不好

32、地段，要提前更換好刀具。5.4.5粉塵控制掘進過程中，隨著巖石的不斷切削破碎，將產(chǎn)生粉塵污染物，影響施工環(huán)境，并造成設(shè)備潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障，為此，需要采取措施及時處理。通過刀盤前方的噴嘴座上裝有的噴水嘴，噴射水霧對產(chǎn)生的粉塵進行控制。根據(jù)地層條件的要求，對作業(yè)面上的噴射水量可以進行調(diào)節(jié)，最大限度降低粉塵懸浮率。通過后配套上的除塵風(fēng)機和吸塵器，進行粉塵清理。5.4.6注意事項 支撐與洞壁一定要完全接觸，由于刀盤的穩(wěn)定對于滾刀的連續(xù)作業(yè)軌跡十分關(guān)鍵（消除余震和位移），一個穩(wěn)定的刀盤和一致的、重復(fù)的刀具軌跡，可以提高TBM設(shè)備的進尺和延長刀具及大軸承的壽命，因此，支撐的穩(wěn)固情況就顯得尤為重要

33、。 在 TBM設(shè)備刀盤前方的噴嘴座上裝有噴水嘴，正常施工掘進時，通過噴射水霧來降低刀具的溫度，并抑制粉塵的擴散，因此要經(jīng)常、及時地對噴嘴進行檢查，防止因水質(zhì)不凈而堵塞，從而影響施工環(huán)境和降低刀具的使用壽命。 在通過軟巖、斷層和破碎帶時，塌方較大的地方可能進行手動噴射填實，需盡可能加大支撐靴板與洞壁的接觸面積，使支撐靴板在保證足夠的支撐力時，對于洞壁的比壓足夠小，這樣可以避免支撐靴板在不良地質(zhì)條件下陷入洞壁，保證TBM設(shè)備的連續(xù)掘進，進而減小機體的震動，保證施工安全、控制掘進速度。 因 TBM設(shè)備掘進時， 抑制粉塵擴散和冷卻刀具均需要消耗大量的水，并且在掘進過程中還可能遇到洞壁涌水，這些積水過多

34、時會將刀座淹沒，此時需根據(jù)水位傳感器收集的信號及時啟動機頭架后面的潛水泵快速排水，以保證TBM設(shè)備的連續(xù)掘進不受影響。 在每天預(yù)留的檢修時間內(nèi)，需對刀盤、支撐系統(tǒng)等重要部位的螺栓、連接裝置及液壓推進系統(tǒng)的供油管路等進行檢查，將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。 檢修期間內(nèi)，需對刀盤刀具的數(shù)量及磨損情況進行認真檢查，合理安排刀具的更換。 注意掘進方向的控制與調(diào)整：對于水平方向的調(diào)整，主要是活塞腔和活塞桿都充滿壓力油的水平支撐油缸在缸筒內(nèi)的單方向移動，因缸筒與滑塊是以十字銷軸方式連接在一起的，為此滑塊和大梁也隨著水平支撐缸筒移動，從而實現(xiàn)水平方向上的調(diào)整，防止超挖和欠挖情況的發(fā)生。對于垂直方向的調(diào)整是使用安

35、裝在鞍架和大梁之間的斜缸，當斜缸伸長時，大梁相對于水平支撐油缸升高， TBM設(shè)備機器向下掘進；相反，當斜缸縮進時，大梁相對于水平支撐油缸下降， TBM設(shè)備則向上掘進。因此，要控制好前進軸線方向，避免偏斜。 掘進過程中，要密切注意數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的信息，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時采取措施，以保障施工的正常進行。5.5出碴5.5.1設(shè)備組成由于本工程開挖斷面大，出碴量大，掘進距離長，加上TBM設(shè)備掘進速度快，必須采用皮帶機連續(xù)出碴。 TBM設(shè)備出渣設(shè)備采用與主機配套的全套連續(xù)皮帶運輸機系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主皮帶驅(qū)動裝置、張緊裝置（皮帶儲存?zhèn)}）、皮帶、輔助驅(qū)動裝置、皮帶返程輔助驅(qū)動裝置和皮帶支

36、架及上、下托輥，可移動的皮帶機尾部，見圖11。根據(jù)本工程的需要，連續(xù)皮帶機的技術(shù)參數(shù)如表3。皮帶驅(qū)動裝置皮帶延伸裝置皮帶存儲及張緊裝置皮帶驅(qū)動助力裝置后配套拖車圖 11隧洞連續(xù)皮帶輸送機整體示意圖表 3 連續(xù)皮帶機技術(shù)參數(shù)表項目類型帶 寬帶 速能力TBM皮帶機槽形皮帶1400mm0-3 m s1800th后配套皮帶機槽形皮帶1400mm0-3.5m s1800th主洞連續(xù)皮帶機槽形皮帶1200mm0-3.5m s1800th5.5.2石渣運輸出渣系統(tǒng)的一端位于 TBM設(shè)備主機大梁內(nèi)，并向后延伸至整個后配套系統(tǒng)，刀盤刀具切削巖石產(chǎn)生的巖屑經(jīng)收集裝置傳輸?shù)酱罅呵安康闹修D(zhuǎn)皮帶上，再傳輸?shù)胶笈涮咨系闹?/p>

37、皮帶運輸系統(tǒng)。因出渣距離較長，根據(jù)施工實際需要，將可移動的皮帶機安放在一輛重型后配套臺車上，依靠液壓油缸將皮帶機尾部與后配套皮帶機系統(tǒng)對接，使石渣通過移動皮帶機輸出至主洞皮帶機上，轉(zhuǎn)至東引 2# 施工支洞內(nèi)的出渣皮帶機上運到模薩溝渣場。石渣轉(zhuǎn)運見圖12。主洞皮帶發(fā)包人皮帶圖 12石渣轉(zhuǎn)運示意圖6.TBM 初期支護TBM初期支護使用TBM設(shè)備后配套配置的錨桿鉆機、超前鉆機、混凝土拌合及輸送泵、混凝土噴射機械手、鋼筋網(wǎng)安裝器、環(huán)形梁安裝器等設(shè)備，通過專業(yè)操作手使用手動裝置和遙控裝置配合完成作業(yè)。6.1錨桿支護3#引水洞支護所有錨桿多為砂漿式錨桿。同時部分地段采用漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿或者水漲式錨桿，在特

38、別地段采用超前自鉆式中空注漿錨桿。6.1.1普通砂漿錨桿的施工鉆孔采用TBM自身配備的錨桿鉆機完成，TBM主機上在刀盤后方和主機尾部分別安裝2 臺AtlasCopco cop1838型鉆機，鉆孔直徑可達33 64mm。安裝在刀盤后方的鉆機跟隨TBM掘進同步施工，后部的鉆機對前方可能遺漏或者無法順利進行施工的區(qū)域完成鉆孔。四臺鉆機可完成覆蓋隧洞全周360的鉆孔。施工工藝流程按照如下順序進行：鉆孔安裝孔口封閉裝置注漿安裝錨桿；或鉆孔安裝錨桿安裝孔口封閉裝置注漿。6.1.2漲殼中空注漿式錨桿的施工 鉆孔：使用錨桿鉆機鉆孔，為使鉆孔直且鉆徑精確，采用十字鉆頭鉆孔。對于 25 錨桿，鉆頭使用 42mm

39、46mm（ EX42 25 適用的錨桿孔徑為 42mm 46mm）。 在吹凈鉆孔后， 將安裝漲殼錨固頭錨桿插入孔道，一端安上安裝工具或工廠配合提供的纖尾，并接上錨桿鉆機，開動鉆機。通過其沖轉(zhuǎn)力使?jié)q殼錨固頭在孔道底部充分漲開（一般以鉆機無法轉(zhuǎn)動為止）。 卸去鉆機或纖尾，安裝墊板，螺母及注漿管。施加預(yù)應(yīng)力，并按規(guī)定鎖定荷載。施加預(yù)應(yīng)力的方法有兩種：用機械扭力扳手鎖定或用雙活塞柱空心千斤頂鎖定荷載。 施加預(yù)應(yīng)力完成后及時進行注漿。注漿質(zhì)量是錨桿耐久性的關(guān)鍵。注漿材料純水泥漿，水灰比 WC（ 0.35 0.45 ） 1。 W C值小時，水泥漿的收縮率少。根據(jù)實際情況選擇 W C 值。注漿設(shè)備：使用注漿

40、壓力11.5MPa 的螺桿泵注漿，在孔口設(shè)置漿塞。注漿時將初步拌和的水泥漿放入注漿泵的進料器中。開動泵工作后，注漿前將進料器中的全部漿液通過泵泵回到進料器中，使泥漿體通過泵充分拌和后再行錨桿注漿。當錨桿向上安裝時，即向隧道拱部安裝時，注漿液從注漿管進漿，漿體逐漸充溢鉆孔并向上流動，注漿體從漲殼錨固頭尾端進漿，此時中空錨桿體的空腔成為排氣道。當錨桿向下安裝時，中空錨桿體為進漿道，塑料管為排氣道注漿時，漿體從漲殼錨固頭底部出漿，并逐漸充溢鉆孔道。漿體從塑料管流出，并保持約30s 的壓力時停止注漿。6.1.3自鉆式中空注漿錨桿的施工特點與構(gòu)造：由中空錨桿體、連接套、中止器、止?jié){塞、自由段PE 套管、自由端鋼瓦套、墊板和螺母組成。 鉆孔：使用錨桿鉆機鉆孔，為使鉆孔直且鉆徑精確，采用十字鉆頭鉆孔。對于 25 錨桿，鉆頭使用 42mm 46mm。 錨桿現(xiàn)場裝配：按設(shè)計圖紙的錨桿自由段長度規(guī)定切割，去切口毛邊。在套管兩端鉆防黃油注漿孔，以便灌注黃油時注油與排氣。然后加上套管固定。 安裝錨桿：將錨桿慢慢地插入孔中，就位。然后套上錨墊口套管，錨墊口