某電站引水隧洞tbm法和鉆爆法技術(shù)方案初步研究

1、XX電站引水隧洞TBM法和鉆爆法技術(shù)方案初 步研究第一章引水洞工程地質(zhì)概況與TBM適用地質(zhì)條件對比1.1引水洞工程地質(zhì)條件引水隧洞沿線主要由 結(jié)晶灰?guī)r、大理巖、泥質(zhì)灰?guī)r 組成。白山組大理巖(T2b) 主要分布于工程區(qū)中部，形成XX山系的主體山脈，該層巖相穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)純， 全層厚750m2270m。西部雜谷腦組(T2z)分布于xx山斷層以西，主要巖性為白色 灰白色純大理巖偶夾綠片巖透鏡體、薄層板巖、云母片巖，層厚150m700m。三迭系上統(tǒng)(T3)主要分布在西部的大藥山手爬梁子二羅一帶，本層巖性單一，主要為 砂巖、板巖及少量泥灰?guī)r。三迭系下統(tǒng)(T1)分布于工程區(qū)兩側(cè)，為西大理巖背斜核部 地

2、層，主要巖性為灰綠色綠簾石，綠泥石，大理巖和變質(zhì)中細(xì)砂巖夾薄層大理巖。區(qū)內(nèi)發(fā)育解放溝復(fù)式向斜、老莊子復(fù)背斜、養(yǎng)豬場復(fù)向斜和大水溝一帶由 T2y地 層構(gòu)成的復(fù)式褶曲，區(qū)內(nèi)更小規(guī)模的層間褶曲和揉褶構(gòu)造較發(fā)育。 引水隧洞穿越的主 要斷層有F5、F6、F25、F27、F28等斷層。F5斷層產(chǎn)狀 N1030 E、NW 70，影響 寬510m； F6斷層產(chǎn)狀N2050 E、NW 或SE 6087，斷層帶寬14.2m,影 響寬637m； F27斷層產(chǎn)狀N3040 W、傾向NE，擠壓破碎；F28斷層產(chǎn)狀N20 E、 SE 70 ,寬12m。工程區(qū)內(nèi)斷層已屬非活動斷層。根據(jù)圍巖完整程度和巖體結(jié)構(gòu)，隧洞大部分洞段

3、以II級和II - III級圍巖為主，約占 92%，巖石堅硬完整致密，大理巖、灰?guī)r、砂巖單軸干抗壓強度80120MPa，單軸濕抗壓強度 6095MPa .彈性模量2050X 103MPa ；變形模量520X 103MPa ； 板巖單軸干抗壓強度 8090MPa，單軸濕抗壓強度 4050MPa，彈性模量152033X 10 MPa，變形模量45X 10 MPa ;圍巖的自穩(wěn)承載能力強，成洞條件較好。其余 砂巖、板巖、綠泥石片巖，圍巖屬IIIIV類；斷層破碎帶穿越洞段屬IVV類。1.2存在的主要不良地質(zhì)問題涌突水XX二級水電站引水隧洞埋深一般在 15002000m,最大埋深在2500m左右，將 帶

4、來一系列工程地質(zhì)、水文地質(zhì)問題。根據(jù)勘探和分析表明，隧洞工程區(qū)存在地下水、 高地應(yīng)力和巖爆、有害氣體、地溫、斷層破碎帶等不良地質(zhì)問題，特別是地下巖溶 裂隙水引起的涌突水是引水隧洞的主要地質(zhì)問題，在施工過程中必須做好地質(zhì)超前 預(yù)報工作。巖爆本工程隧洞洞線高程的最大主應(yīng)力值可達(dá)54MPa，屬高地應(yīng)力區(qū)，引水隧洞在施工開挖過程中將產(chǎn)生輕微中等強度巖爆，部分洞段為強巖爆。斷層破碎帶雖然本工程引水隧洞斷層規(guī)模不大， 斷裂的寬度較小，且與隧洞近成直交，但由 于工程區(qū)地下水發(fā)育，且壓力較高，其施工處理和支護亦應(yīng)足夠重視。1.3引水發(fā)電洞地質(zhì)情況與TBM適用地質(zhì)條件對比TBM硬巖掘進機適用洞地質(zhì)條件見下表。第

5、二章總體施工方案研究2.1基本思路引水隧洞早開工，有利于項目提早建成。 TBM法與D & B法并舉，有利于引水洞快速施工利用既有的TBM，有利于縮短引進周期，減少投資。2.2施工方案研究2.2.1由開挖方法決定的施工方案血1：引水隧洞采用鉆爆法 M2:引水隧洞采用TBM法 M3:引水隧洞采用TBM法、D & B法相結(jié)合的方案在TBM法中，又包含：全斷面一次開挖成型；小直徑TBM導(dǎo)洞先行，二次擴挖成型。2.2.2由開工隧洞數(shù)量決定的施工方案在此著重介紹上述血3: TBM法、D&B法相結(jié)合的方案中，同時施工兩條隧洞 和只施工一條隧洞的方案。第一方案：同時開工兩條隧洞同時施工

6、1#、2#（暫定）兩條引水洞，2#洞的東端采用掘進機施工，西 端和1 #洞的東西兩端均采用鉆爆法施工。 2 #洞東端掘進機超前開挖，然后向1 #洞開挖橫通道，1 #洞通過橫通道從2 #洞運輸石碴和材料。掘進機施工隧洞在貫通后再擴挖成洞。鉆爆法施工一次成型， 并緊跟襯砌施工。在施工過程中充分發(fā)揮橫通道的作用，在掘進機施工過程中，橫通道作為鉆 爆法施工的材料、石碴運輸通道。在擴挖掘進機施工洞室時又可以利用鉆爆法施工洞 室對擴挖施工提供協(xié)助。利用橫通道進入鉆爆法施工洞室，實現(xiàn)長隧短打，提高施工效率。通風(fēng)方式也可以充分利用橫通道，形成巷道式通風(fēng)方式。減少通風(fēng)距離，降 低通風(fēng)難度。見圖2 1所示。暫留段

7、施工斜井纟鉆爆法全斷面開挖T t粘開挖導(dǎo)洞-m81m:« .- . . - . - -'-1000mi “i拆卸洞I施工段鉆爆擴挖部分2#洞.橫通道1鉆爆法全斷面開挖利用橫通道鉆爆法全斷面開挖鉆爆法全 斷面開挖16600m1 #洞西端東端圖2-1兩條引水洞施工方案示意圖第二方案：只施工一條隧洞采用鉆爆法和TBM法結(jié)合施工，東端采用直徑8.8m敞開式掘進機施工導(dǎo)洞因西端洞口在常水位以下，鉆爆法從一側(cè)開挖斜井進入主洞，自引水隧洞西 端向東端掘進施工。西端開挖面與引水洞進口暫留30m洞段不開挖，待其余洞段施工完成后再處理引水洞進口和入水口。本著充分發(fā)揮兩種施工方法的能力，盡最大可能

8、加快施工進度的原則，鉆爆 法施工和掘進機施工的分界線不直接確定。并在預(yù)計貫通前三個月，利用鉆爆法在分 界線地質(zhì)條件良好地段施工掘進機的拆卸洞室。TBM掘進貫通后步進至拆卸洞室進行拆卸運出。見圖2-2。施工斜井鉆爆法全斷面開挖盧1"T卜何開挖導(dǎo)洞m m|11000m西端t KJr東端T | v施工段鉆爆擴挖部分拆卸洞圖2-2 一條引水洞施工方案示意圖 TBM施工段掘進貫通后開始擴挖施工和襯砌施工。西段鉆爆法段掘進和襯 砌同時進行施工。擴挖段采用鉆爆法自兩端向中間擴挖。2.2.3 TBM法結(jié)合鉆爆法施工方案的優(yōu)勢 TBM為硬巖掘進機，最適合在U川級圍巖中施工，本隧洞的U川級圍巖 占92%

9、，抗壓強度為80120MPa,既不軟又不硬，同時，圍巖的施工條件又好，這 種地質(zhì)條件非常適合TBM的快速施工，可以充分把TBM的優(yōu)勢發(fā)揮到最高。 TBM施工具有連續(xù)性、同時性、集中性。正是利用了 TBM的快速施工這一特 點，在隧洞的東端采用TBM施工，同時西端采用鉆爆法施工，可以達(dá)到齊頭并進，盡快使隧洞貫通。與純鉆爆法相比，隧洞可以提前竣工，早投入使用。同時還具有以 下優(yōu)點：充分發(fā)揮了掘進機快速施工的優(yōu)勢，導(dǎo)洞提前貫通不僅可以探明隧洞地質(zhì)情 況，還可以給擴挖施工創(chuàng)造有利條件。徹底解決了特長隧洞獨頭掘進長距離通風(fēng)極其困難的技術(shù)難題，大大減少了鉆爆法施工的難度。在西康線秦嶺隧道，曾經(jīng)實現(xiàn)隧道獨頭通

10、風(fēng)9km。以掘進機施工為主，與鉆爆法相比安全、高效，改善了施工作業(yè)環(huán)境，大大減 少了施工安全事故有效地縮短了施工工期，有利于業(yè)主降低資金占用成本，并可以提前供水，盡 快回收成本和創(chuàng)造效益。如果全部采用鉆爆法施工，由于獨頭通風(fēng)和出碴、材料運輸距離太長，根據(jù)目 前國內(nèi)施工水平，開挖月進尺最高可達(dá)到 150m，加之襯砌滯后至少3個月，施工準(zhǔn) 備和竣工驗交2個月，施工總工期為60個月。 TBM法結(jié)合鉆爆法施工方案工期大約為 45個月，與完全采用鉆爆法相比可以 提前約15個月，大大縮短了施工工期，實現(xiàn)早日發(fā)電，業(yè)主可以提前回收成本和盡 快創(chuàng)造效益的目的。2.4研究的基本結(jié)論結(jié)論一：采用鉆爆法與TBM法相

11、結(jié)合更有利于快速施工。結(jié)論二：采用© 13米硬巖全斷面掘進機施工，國際上沒有成熟先例；在本工 程不宜進行試驗。而采用小直徑 TBM導(dǎo)洞先行，二次擴挖成型的工程實例較多，技 術(shù)成熟。結(jié)論三：導(dǎo)洞掘進機采用© 6-8米是比較合適的，在本工程中，如引進掘進 機預(yù)計花費周期約12個月，且費用大，如采用© 8.8米掘進機，則既利用了現(xiàn)有設(shè)備， 又節(jié)約了投資。2.5向業(yè)主推薦的方案重點推薦第一方案同步開工兩條隧洞，西段統(tǒng)一采用鉆爆法施工。在東段施工中其中一條隧洞采用 小直徑掘進機施工，先行開挖導(dǎo)洞。另外一條采用鉆爆法施工全斷面掘進， 襯砌施工 緊隨施工，在掘進機開挖好的洞室中

12、間合適位置開挖橫通道進入鉆爆法施工洞室進行 開挖。鉆爆法施工洞室在掘進至橫通道位置后出碴通過掘進機施工的導(dǎo)洞運輸。從而方便后續(xù)的襯砌施工。其次推薦第二方案先開工一條隧洞，西段采用鉆爆法施工，東段采用© 8.8米掘進機施工導(dǎo)洞，待 隧洞貫通后進行擴挖和襯砌施工第三章第一方案分析3.1施工方案3.1.1施工順序丄山東端 2#隧洞東端先用鉆爆法開挖開挖掘進組裝洞機和出發(fā)洞，在洞內(nèi)組裝掘進機后開始向西端掘進施工導(dǎo)洞； 1#洞東端采用鉆爆法全斷面掘進； 2#洞東端TBM掘進至5300m后，從2#洞施工向1#洞開挖第一條橫通道，通過橫通道進入1#隧洞向兩端掘進。 2#洞東端TBM掘進至8300m

13、后，從2#洞施工向1#洞開挖第二條橫通道，通過橫通道進入1#隧洞向兩端掘進。 2#洞東端TBM掘進至10300m后，從2#洞施工向1#洞開挖第三條橫通道，通過橫通道進入1#隧洞向兩端掘進。如圖3-1。西端 1#、2#洞均采用鉆爆法施工。從2#洞外側(cè)開挖500m施工支洞進入2#洞，支洞與主洞交接面距引水洞進 口 1000m，并向2#洞兩端掘進；從2#洞開挖橫通道至1#洞，并向1#洞兩端掘進； 2 #洞在掘進機施工和鉆爆法施工交接處施工掘進機拆卸洞室。 1 #、2#洞的引水洞進口預(yù)留30m巖坎。鉆爆法施工花洞鉆爆法號隧洞'3300ri1 Kr鉆爆法施工掘進機施工發(fā)裝i 洞洞洞支二號隧洞圖3

14、 1施工順序示意圖3.1.22 #隧洞掘進機施工方案開挖采用現(xiàn)有德國 WIRTH生產(chǎn)的TB880E型敞開式硬巖掘進機（其設(shè)計掘進速度 3 米/小時）自隧洞的東端開始掘進，開挖直徑為8.8米。掘進機施工底面和引水洞底面 標(biāo)高相同。如圖3-2。出碴運輸鋪設(shè)型鋼軌枕，其上布置四軌雙線，滿足 TBM后配套走行及運輸車輛通行的需 要，并每4km設(shè)置一組浮放道岔滿足車輛調(diào)度需要。軌枕下利用TBM掘進出碴填充。支護采用TBM自帶的超前支護設(shè)備及系統(tǒng)支護設(shè)備進行初期支護施工；直徑8.8米斷面和直徑13米斷面的隧道相對關(guān)系如圖3-2。直徑2.2掘進機開挖斷面. 照明線路 高壓電纜高壓風(fēng)管米風(fēng)管供水管底部軌道圖3

15、-2隧洞斷面3.1.31 #和2 #隧洞鉆爆法施工方案施工鉆孔采用353E鉆孔臺車鉆孔，采用側(cè)卸式裝載機裝碴， VOLVO自卸車 出碴，模筑襯砌緊隨開挖進行。采用無軌運輸方式出碴和運輸材料。 1 #和2#隧洞在隧洞西端均采用鉆爆法施工支洞而后通過支洞進入主洞。 主 洞中采用全斷面開挖，一次成型。其中 2#隧洞在鉆爆法和TBM掘進貫通面附近選 擇地質(zhì)條件好的地段，施做 TBM拆卸洞室并完成TBM拆卸用150t橋吊的安裝。 1 #隧洞鉆爆法施工自隧洞兩端同時開始掘進，在2 #隧洞掘進機施工到達(dá)5300米處后，開挖橫通道進入1#隧洞進行開挖施工。隨TBM掘進繼續(xù)進行，依次 在8300米和10300米

16、處開挖橫通道。如圖3-3。通過橫通道進入1 #隧洞進行施工 出碴通過橫通道利用2#隧洞的既有運輸線路進行出碴運輸。圖3-3橫通道布置及出碴線路圖3.1.4 2#隧洞TBM掘進段擴挖施工方案掘進機施工的2#隧洞待1#隧洞的鉆爆法施工貫通、以及 TBM拆卸完成后開 始進行，一方面自隧洞兩端向中間擴挖。 隧洞兩端擴挖施工各開一個工作面， 分別向 中部擴挖；在端頭臨近位置開若干工作面，一起向中間擴挖。在每個出碴工作面前爆 破施工不間斷進行，集中出碴。在鉆爆法一側(cè)采用無軌運輸方式，在掘進機施工一側(cè) 采用有軌運輸方式。另一方面利用橫通道進入 2#隧洞進行擴挖施工，出碴通過橫通 道利用貫通的1#隧洞進行。出

17、碴方式采用無軌運輸方式。如圖 3-4。支上部擴挖端頭的工作面擴挖部位為軌枕面以上部分 （邊墻、拱部），采用瑞典阿特拉斯353E鉆孔臺車或自行組合式大型鉆孔平臺車鉆孔。 里面的工作面，擴挖部位為拱部及部分 邊墻，利用組合式臺車風(fēng)槍鉆孔，多個工作面向隧道中部施工。F部擴挖底拱在上部擴挖工作面后方進行下部擴挖。 單側(cè)施工，即一側(cè)擴挖一側(cè)通車，保證運 輸軌道的暢通。清理一段后，搭設(shè)行車棧橋，將軌道鋪設(shè)在棧橋上，保證運輸暢通，然后立模澆 筑底拱混凝土。i雙線通車狀態(tài)2、左線撥軌、右線3、右線撥軌恢復(fù)軌道， 左線清渣，擴挖底部清碴、擴挖底部4 、鋪臨時棧橋恢復(fù)軌道交通5、施工底部混凝土6、恢復(fù)雙線通車底拱

18、施工順序圖3.1.5襯砌施工方案1 #隧洞襯砌施工襯砌施工跟隨開挖施工進行，首先完成隧洞底部的清底和落底施工，隨后進 行上斷面的襯砌。采用穿行式大模板襯砌臺車。每端各采用兩臺14米穿行式液壓襯砌臺車，每 臺襯砌臺車帶兩套模板。輸送車運送混凝土，泵送混凝土入模。兩端混凝土運輸均采 用無軌運輸方式。在1 #橫通道和東端鉆爆施工貫通后，在 1 #隧洞東段只進行襯砌施工。TBM施工段擴挖后襯砌施工方案首先完成隧洞底部的清底和落底施工，隨后進行上斷面的襯砌。襯砌施工跟隨兩端的擴挖施工進行，采用穿行式大模板襯砌臺車。每端各采 用兩臺襯砌臺車，每臺襯砌臺車帶兩套模板。西段混凝土運輸方式采用無軌運輸， 東 段

19、采用有軌運輸方式。3.2進度分析3.2.1進度指標(biāo)TBM施工進度指標(biāo)按每月工作25d計算，根據(jù)本單位以往的施工經(jīng)驗，取川級圍巖地段掘進工時利 用率為38%掘進速度參數(shù)：平均純掘進速率 2.8m/h ;貝U TBM平均日進尺為：2.8 X 24X 38%=25.536(m)TBM平均月進尺為：25.536 X 25=638.4(m)，每月掘進時間按25d計算。在隧洞埋深比較大，施工斜井無法實施的隧洞中，掘進機獨頭掘進的施工優(yōu)勢相 比鉆爆法施工更為明顯。掘進機施工工廠化、系統(tǒng)化的特點更可以全面發(fā)揮。掘進機施工是連續(xù)、集中作業(yè)方式，每循環(huán)掘進施工同時完成支護、出碴、通風(fēng)、 供水等工作。表3-1中的各

20、個工序時間為我單位在長期使用掘進機施工總結(jié)結(jié)果。在 掘進同時錨桿支護、卸碴、通風(fēng)供水等工序同時進行。不在循環(huán)作業(yè)時間以內(nèi)。表 3-2為在xx引水隧洞地質(zhì)條件下預(yù)計掘進機施工的平均月進尺。表3-3為掘進機在桃花鋪隧道施工時在類似xx地質(zhì)情況的地質(zhì)條件下的實際施工進度。圖3-7 TBM掘進機工時分布圖表3-1 TBM （ 8.8米）掘進機每循環(huán)作業(yè)時間分析每行程（1.8 米）掘進撐靴放 松前移撐靴就位調(diào)整掘進機掘進方向重新?lián)尉o撐靴拖拉后配套就位啟動電機、刀盤旋轉(zhuǎn)， 重新開始掘進30分鐘1分鐘1分鐘1分鐘1分鐘1分鐘3分鐘表3-2直徑8.8米掘進機在各類圍巖中的平均進尺圍巖類別n級圍巖川級圍巖W級圍

21、巖川級圍巖W級圍巖掘進機平均進尺480m/ 月500m/月500m/月520m/月300m/ 月表3-3桃花鋪1 #隧道類似地質(zhì)條件下TBM掘進進度情況巖石種類大理巖石英片巖石央片巖 1石央片巖巖石抗壓強度80-120MPa119MPa119MPa110MPa節(jié)理不發(fā)育JV=35條/m3不發(fā)育JV=3 5條/m3不發(fā)育JV=3 5條/m3不發(fā)育JV=3 5條/m3平均月進尺551.8m528m510.6m516m根據(jù)我單位的施工經(jīng)驗在 XX引水洞的地質(zhì)條件下安排掘講及每月講 尺為500米。鉆爆法施工進度指標(biāo)表3-4鉆爆法施工進度分析表分項工序名稱n級圍巖III級圍巖W級圍巖川W級圍巖P正常測量

22、30303030情況下鉆孑L180160120120裝藥放炮60606060清理危石30305050臨時支護3040120120 通風(fēng)排煙60606060出碴240240180180 :循環(huán)時間630620620620循環(huán)進尺4433日進尺9.19.37.07.0月進尺273279210210其它影響 因素平均 到每循環(huán)地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報60604040地下水處理50503030突水突泥處理55553535工地設(shè)備維修10101010工序調(diào)度時間10101010 綜合考慮循環(huán)時間815805745745日進尺7.077.166.806.80 :月進尺212215204204鉆爆法施工在兩端獨頭掘

23、進施工根據(jù)我單位的施工經(jīng)驗，確定為每 月施工200米。擴挖施工進度分析表3-5擴挖進度分析表工序名稱n級圍巖III級圍巖W級圍巖V級圍巖測量（min）30303030鉆孔（min）170150140140裝藥放炮（min）40404060通風(fēng)排煙（min）60606010清理危石（min）30305050臨時支護（min）3040100120出碴（min）(200)(200)(200)(200)循環(huán)時間（min）360 (560)350 (550)420 (620)410 (610)循環(huán)進尺（m）4432.5日進尺（m）16 ( 10.3 )16.5 (10.5 )10.3 (7.0 )8.8

24、 ( 5.9 )月進尺（m）480 (309)494 (315)309 (210)263 (177)擴挖施工自TBM施工區(qū)兩端向中部施工，每端設(shè)三個工作面同時進行，每端月 進尺可達(dá)927m。綜合考慮襯砌等的施工干擾因素， 西端出碴運距較遠(yuǎn)按月進尺600m 計算，東端按月進尺700m計算。中間橫通道施工處由于出碴運距較遠(yuǎn)，另外考慮橫 通道的利用率以及襯砌施工的影響， 安排施工進尺每月500米。襯砌進度分析 2#隧洞西端鉆爆法施工區(qū)隧洞西端鉆爆法施工區(qū)襯砌與開挖同時進行，按月進尺200m計算。 2#隧洞東端TBM法施工區(qū)隧洞東端TBM法施工區(qū)襯砌與擴挖同時進行，自 TBM施工區(qū)兩端向中間相向 施工

25、，每段安排2臺大模板穿行式襯砌臺車施工。根據(jù)桃花鋪 1#隧道的施工經(jīng)驗， 西端襯砌按月進尺500m計算，東端襯砌按月進尺800m計算。 1#隧洞襯砌施工在隧洞東段開挖和第一條橫通道沒有貫通前，襯砌進度和開挖進度相同為200米/月。西段襯砌施工和開挖進度相同為 200米/月。東段在開挖至第一條橫通道后進度安排為 500米/月。西段在1 #隧洞貫通后 安排進度500米/月。3.3工期安排3.3.1開挖工期安排第一階段掘進機在組裝洞室組裝完畢后向中間掘進開挖 2 #隧洞，完成自出口至第一條橫 通道位置之間的掘進施工。累計工期為15.6個月。同時1#隧洞兩端采用鉆爆法向中 間相向施工。東段15.6個月

26、時間各完成3220米。1#隧洞和2#隧洞西段考慮施工支 洞需要3個月時間，各完成2520米號隧洞 工3220米二號隧洞TBM掘進至5300米處，完成工期 為10.6個月，累 計工期為15.6個月鉆爆法施工TBM& 裝洞室和出發(fā)洞， 并進行TBM組裝 完成工期為5個月圖3-8第一階段施工示意圖號隧洞第二階段開挖橫通道進入1#隧洞位置開始向兩端開挖，橫通道開挖工期為0.5個月。掘進機掘進至第二條橫通道位置 （距出口 8.3公里處）累計工期為21.6個月。此時通過 1 #橫通道向1 #隧洞兩端各完成開挖 880米，其中向東端的施工和東段的開挖施工 貫通。（東段獨頭完成4400米）。1#隧洞和

27、2#隧洞西段掘進開挖完成3720米。一號橫通道向兩端各 掘進88咪，東段和一 號橫通道貫通二號隧洞TBM掘進至8.3公里處，開挖第二 條橫通道完成工 期為6個月累計工期為21.6個月圖3-9第二階段施工示意圖第三階段開挖第二條橫通道進入1#隧洞向兩端開挖，掘進掘進至第三條橫通道位置（距隧洞出口 10.3公里）。此時1#橫通道西端的開挖累計完成1520米。2#橫通道向兩端完成560米。累計工期為25.6個月。1#隧洞西段完成開挖4620米。2#隧洞在完成開挖4000米后，開挖拆卸洞室二號橫通道向兩端各 掘進560米，一號橫通 一號隧洞道向西端累計掘進1520米 丿' 圖3-10第三階段施

28、工示意圖西段鉆爆法累計掘 進5020米，和三號橫 通道之間貫通三號橫通道向兩端各 掘進300米，二號橫通 道向西端累計掘進880 米二號橫通道向兩端各累 計掘進880米, 一號橫 通道向西端累計開挖1920米一號隧洞A <<計工期為27.6個月圖3-11第四階段施工示意圖第四階段掘進機施工至分界線，貫通2#隧洞。并步進進入拆卸洞室。工期為2個月時間。開挖第三條橫通道進入1#隧洞向兩端開挖。各完成300米。第一條橫通道向西 端開挖累計完成1920米，第二條橫通道向東、西端開挖各累計完成880米。1#隧洞 西端開挖完成5020米。和第三條橫通道貫通。累計工期為 27.6個月。第五階段T

29、BM完成拆卸后（工期為1.5個月），完成剩余1#隧洞的開挖，貫通1#隧洞, 完成工期為2個月。累計工期為31.1個月。隧洞擴挖施工工期2井隧洞擴挖利用已經(jīng)貫通的1#隧洞通過橫通道進入2#隧洞進行擴挖施工，此 時利用橫通道和1 #隧洞完成中間工作面的出碴施工。同時自掘進機施工的隧洞兩端同時進行擴挖。出碴仍然行走原出碴線路。此時施工已經(jīng)有8個工作面，中間每個工作面的施工進度由于橫通道限制，安排 每月施工600米/月。完成整個2#隧洞擴挖施工需要4.4個月時間。3.3.2襯砌工期2#隧洞襯砌施工在兩端開始擴挖后跟隨進行，襯砌施工距離為 11600米，西端 每月進度為500m/月,東端每月進尺550m

30、/月 0根據(jù)施工進度每段安排2-3臺長14米 大模板穿行式襯砌臺車，每部臺車配備兩套模板，施工能力均在每月400米以上，完 全可以保證襯砌施工進度。完成 2 #隧洞襯砌施工滯后擴挖施工 6.6個月。1 #隧洞襯砌施工跟隨兩端鉆爆法施工進行，在東端開挖和1 #橫通道開挖貫通后，東段開挖施工出碴通過2#隧洞運輸，襯砌施工自東端快速進行。安排襯砌進度 為每月500米，西段襯砌施工跟隨開挖進行。在1#隧洞貫通后，襯砌施工跟隨完成。累計兩條隧洞完工工期為 42.1個月，考慮施工中處理不良地質(zhì)災(zāi)害和施工干擾因素造成的風(fēng)險工期 4個月。工程完工工期為 46個月第四章第二方案分析4.1施工方案隧洞東端洞口段，

31、采用鉆爆法施工 TBM的預(yù)備洞、組裝洞及出發(fā)洞。而后TBM掘進先行導(dǎo)洞，隧洞貫通后，同時由導(dǎo)洞兩端向中部進行擴挖及 全斷面襯砌。隧洞西端先開挖500m施工支洞，支洞與主洞交接面距引水洞進口1000m。然后向兩端掘進。引水洞進口端預(yù)留30m巖坎與入水口一起處理。在隧洞貫通前的23個月，在西端鉆爆法施工段選擇地質(zhì)條件好的地段施作 TBM的拆卸洞室，完成之后，如果隧洞尚未貫通，鉆爆法繼續(xù)掘進，直至貫通。隧洞貫通后，TBM拆卸完畢，立即進行TBM掘進段的擴挖施工和襯砌施工。 隧洞施工方案如圖4-1 o鉆爆法4600mT 法 12000m預(yù)留巖坎人工鉆爆法LT 1 M法1000m -AT東端西端 冰下）

32、進入丨I拆卸洞 支滬圖4-1 隧洞施工總體方案平面示意圖4.1.1總體施工順序第一步：隧洞兩端同時開工，西端由支洞進入，采用鉆爆法開始施工，全斷 面開挖和襯砌同時進行；東端鉆爆法先施作預(yù)備洞、組裝洞及出發(fā)洞，之后由TBM 法開挖，施作TBM導(dǎo)洞。第二步：隧洞貫通前23個月，在西端挑選地質(zhì)條件好的地段施作 TBM拆卸 洞，完成之后，人工鉆爆法可以繼續(xù)向東施工，直至貫通?？偟脑瓌t是將TBM法和鉆爆法的能力發(fā)揮到極致，努力縮短工期。第三步：隧洞貫通之后，TBM拆卸完畢，采用鉆爆法，擴挖 TBM施工段, 由東西兩端向中部擴挖，同時施作襯砌。 第四步：擴挖施工完成。隧洞全斷面完工。如圖4-2總體施工順序

33、示意圖（平面圖）所示。西端（水下）."鉆爆法東端預(yù)備洞出發(fā)洞組裝洞TBI拆卸洞TBI拆卸洞西端（水下）.預(yù)留巖坎TBI拆卸洞鉆爆法擴挖施工（開挖、襯砌）鉆爆法擴挖施工（開挖、襯砌）開始施工（開挖、襯砌）圖4-2總體施工順序示意圖4.1.3隧洞東端TBM法施工方案施工具體方案見推薦方案1中介紹內(nèi)容。4.1.4隧洞西端鉆爆法施工方案由于隧洞西端洞口在水面以下，故施工時，在隧洞西端適當(dāng)位置鉆爆法開挖一條 支洞至主洞，作為西端主洞施工的通道。同時，西段洞口留足預(yù)留巖坎厚度。TBM拆卸洞室：預(yù)計貫通前23個月，在貫通面附近選擇地質(zhì)條件好的地段，施作TBM拆卸洞室。并安裝供掘進機主機拆卸用的15

34、0t橋吊4.1.5 TBM施工區(qū)段擴挖施工方案總體思路：隧洞貫通后，將 TBM的后配套拖至組裝洞，在組裝洞進行拆卸，在 拆卸洞內(nèi)拆卸TBM主機，并運出洞外。TBM拆卸完畢后，立即進行TBM施工段的 擴挖施工，采用鉆爆法，兩端同時以多個擴挖工作面向隧洞中部施工，模筑襯砌緊跟其后。4.1.6隧洞有軌運輸擴挖施工方案上部擴挖采用光面爆破，多工作面擴挖。端頭的工作面擴挖部位為軌枕面以上部分 （邊墻、 拱部），采用瑞典阿特拉斯353E鉆孔臺車或自行組合式大型鉆孔平臺車鉆孔。 里面的 工作面，擴挖部位為拱部及部分邊墻，利用組合式臺車風(fēng)槍鉆孔。下部擴挖底拱在上部擴挖工作面后方進行下部擴挖。一側(cè)擴挖一側(cè)通車，

35、保證運輸軌道的暢通。出碴運輸利用既有軌道和設(shè)備運輸出碴。4.1.7 TBM施工段襯砌施工方案隧洞兩端均采用兩臺14m液壓穿行式整體襯砌臺車襯砌，一架兩模，兩端均由 兩臺HZS75A型自動計量拌合站集中拌料，輸送車運送混凝土，HBT60A型混凝土輸 送泵送混凝土入模，附著式振搗器和插入式振搗器振搗。西端襯砌：采用無軌運輸方式，首先，在擴挖工作面后面，施作底拱，單側(cè)施工, 一側(cè)施作底拱，另一側(cè)通行車輛。底拱施作完畢后，施作拱部及邊墻襯砌。東端襯砌：采用有軌運輸方式。在擴挖工作面后面，施作底拱，亦單側(cè)施工，一 側(cè)施作底拱，一側(cè)通車。底拱施作完畢后，施作拱部及邊墻襯砌。襯砌臺車軌道鋪設(shè) 在既有礦車軌道

36、外側(cè)，保證襯砌施工時，運輸車輛從其下部穿行。如圖4-5所示。圖4-5 襯砌工作區(qū)I I斷面圖4.2施工進度分析及工期計劃4.2.1施工進度分析鉆爆法施工進度指標(biāo)分析我公司在多年的長大隧洞施工中積累了豐富的施工經(jīng)驗，根據(jù)鉆爆法施工的特點，綜合多種可能發(fā)生的影響因素，并結(jié)合本工程實際情況分析施工進度。見表4-1表4-1各級圍巖中鉆爆法施工進度分析（單位min）分項工序名稱U級圍巖III級圍巖WV級圍巖正常 情況下測量303030:鉆孔240210180裝藥放炮606060通風(fēng)排煙606060清理危石303050臨時支護3040120出碴240240180循環(huán)時間690670680循環(huán)進尺443日進

37、尺8.38.66.4月進尺249258192其它影 響因素 平均到 每循環(huán)地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報404040地下水處理404545突水突泥處理455050綜合考慮循環(huán)時間815805815日進尺7.07m7.16m5.30m月進尺212m215m159m本隧洞地質(zhì)以II、III級圍巖為主，約占隧道總長度的 92%，因此鉆爆法施工按 月進尺212米計算。TBM法施工進度指標(biāo)分析國內(nèi)長大隧道TBM法施工進度情況：一九九七年我國首次引進了兩臺 TB880E隧道掘進機以來，我公司應(yīng)用該機械先 后成功修建了西康鐵路秦嶺隧道（全長 18公里）和西南鐵路桃花鋪1井隧道（全長 7.234公里）,TBM掘進總長度超過

38、12公里，TB880E隧道掘進機在長大隧洞施工中 表現(xiàn)出得天獨厚的優(yōu)勢。我公司在秦嶺隧道和桃花鋪 1 #隧道的施工經(jīng)驗表明，掘進平均日進尺在 10 30m之間，最高日進尺可達(dá)50m以上，平均月進尺可保證500m。尤其是桃花鋪1# 隧道，工程地質(zhì)情況與xx引水隧洞類似，掘進機施工每月進尺均在 500米以上，見 表4-2。由此可見，該掘進機在xx引水隧洞施工實現(xiàn)月進尺500m是有保證的。表4-2桃花鋪1 #隧道類似地質(zhì)條件下TBM掘進進度情況巖石種類大理巖石英片巖石英片巖石英片巖1巖石抗壓 強度80-120MPa119MPa119MPa110MPa節(jié)理不發(fā)育JV=3 5 條/m3不發(fā)育JV=3 5

39、 條/m3不發(fā)育JV=35 條/m3不發(fā)育JV=35 條/m3平均月進尺551.8m528m510.6m516m擴挖施工進度指標(biāo)分析TBM施工隧洞貫通后，采用鉆爆法對隧洞斷面剩余部分實施擴挖，單工作面進 度分析見表4-3。擴挖施工自TBM施工區(qū)兩端向中部施工，每端設(shè)三個工作面同時 進行，每端月進尺可達(dá)927m。綜合考慮襯砌等的施工干擾因素，西端出碴運距較遠(yuǎn) 按月進尺600m計算，東端按月進尺700m計算。表4-3鉆爆法擴挖進度分析工序名稱n級圍巖III級圍巖W級圍巖V級圍巖測量（min）30303030鉆孔（min）170150140140裝藥放炮（min）40404060通風(fēng)排煙（min）6

40、0606010清理危石（min）30305050臨時支護（min）3040100120出碴（min）(200)(200)(200)(200)循環(huán)時間（min）360 (560)350 (550)420 (620)410 (610)循環(huán)進尺（m）4432.5日進尺（m）16 ( 10.3 )16.5 (10.5 )10.3 (7.0 )8.8 (5.9 )月進尺（m）480 (309)494 (315)309 (210)263 (177)注：括號內(nèi)為端頭工作面內(nèi)出碴時間，中間工作面只爆破上部，且不出碴襯砌施工進度指標(biāo)分析隧洞西端鉆爆法施工區(qū)隧洞西端鉆爆法施工區(qū)襯砌與開挖同時進行，按月進尺200m

41、計算。隧洞東端TBM法施工區(qū)隧洞東端TBM法施工區(qū)襯砌與擴挖同時進行，自 TBM施工區(qū)兩端向中間相向 施工，每段安排2臺大模板穿行式襯砌臺車施工。根據(jù)桃花鋪 1#隧道的施工經(jīng)驗， 西端襯砌按月進尺500m計算，東端襯砌按月進尺800m計算。4.3工期計劃根據(jù)4.1的施工進度分析，對本隧洞所有分部、分項工程進行統(tǒng)籌安排，科學(xué)、合理地制定工期計劃，見圖4-6xx電站引水隧洞施工總工期計劃橫道圖第五章方案比較通過上述分析對兩種方案進行比較，詳見表5- 1表5- 1兩種方案經(jīng)濟技術(shù)比較表、"亠 * 、亠）1 » 施工方案工期完成工程量經(jīng)濟投入備注第一方案46個月2條引水洞1.51.

42、6假設(shè)第二 方案的經(jīng) 濟投入為1。第二方案43個月1條引水洞1.0從上表中可以看出，在項目的投入和產(chǎn)生的結(jié)果上，第一方案明顯優(yōu)于第二方案， 雖然第二方案在工期上略短一些，但根據(jù)價值工程原理分析，第一方案更符合業(yè)主的 經(jīng)濟利益需求，優(yōu)勢顯然。因此我們重點推薦第一方案。第六章現(xiàn)有掘進機概況6.1掘進機基本情況6.1.1現(xiàn)有掘進機情況 現(xiàn)有掘進機為德國產(chǎn)直徑8.8米敞開式硬巖掘進機，于97年引進。首次應(yīng)用在西康線秦嶺特長隧道，其后用于西南線桃花鋪隧道，已經(jīng)掘進12公里。距離掘進機設(shè)計壽命（單機40公里）還有很長的時間，正是各部位設(shè)備磨合良好的時已經(jīng) 整修完畢，主要部件包括刀盤、主軸承、驅(qū)動組件、變速

43、箱已經(jīng)檢修并更換配件完畢。 利用這些設(shè)備重新組裝的掘進機將是功能完善的掘進機。 現(xiàn)在掘進機的各部分設(shè)備的配件儲備量比較大，其中全新備用主軸承（其原值90萬美元）一直妥善儲存在西安，可在本項工程中投入使用。備用刀具和維修完 畢的刀具可以保證本項工程的實施。掘進機性能參數(shù)表見表6-1。6.1.2掘進機的部件組成掘進機主要由主機、連接橋、后配套三部分組成主機主要有刀盤、主軸承、支撐和調(diào)向系統(tǒng)。負(fù)責(zé)完成開挖巖石、出碴。其 上安裝的輔助設(shè)備如錨桿鉆機、鋼拱架安裝設(shè)備等在掘進的同時完成初期支護作業(yè)。連接橋是設(shè)備橋，安裝除塵風(fēng)機，皮帶機、脂潤滑設(shè)備、噴水、注漿設(shè)備等， 完成出碴轉(zhuǎn)運和材料運輸、注漿等工作。后

44、配套是掘進機施工的動力來源，安裝有變壓器、配電設(shè)備、噴錨設(shè)備，液 壓泵站、通風(fēng)、供水、卸碴設(shè)備等。在后配套區(qū)域完成噴錨、供水、通風(fēng)、排水、供 電等工作。掘進機施工是一個整體性、全面性的工程，全部工作均在主機控制室內(nèi)進行 控制操作?？刂仆瓿删蜻M、換步、出碴、拖拉后配套前移各項工作。從而使掘進機作 為統(tǒng)一整體完成施工任務(wù)。6.1.3掘進機性能參數(shù)掘進機的性能和參數(shù)見表6-1表6-1 TBM性能參數(shù)表所屬部位項目性能參數(shù)開挖直徑8800mm（新刀時）掘進速度設(shè)計掘進速度3米/小時實際掘進速度2.8米/小時刀具直徑432mm(17 )最大切削載何267kN中心刀數(shù)目6把邊刀數(shù)目3把刀圈總數(shù)73把換刀方

45、式背裝式刀盤額疋工作推力17250kN可承受最大推力21000 kN刀盤驅(qū)動形式雙速電機驅(qū)動功率8 X 430 kW,水冷電機驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)可以，正轉(zhuǎn)出碴刀盤轉(zhuǎn)速2.7/5.4 rpm正常扭矩5800kNm(5.4 rpm)效率95%壽命20, OOOh掘進行程1800 mm撐靴系統(tǒng)形式前后” X”形支撐撐靴最大壓力41000kN液壓系統(tǒng)液壓油礦物油或可降解油品主機液壓系統(tǒng)功率385kW液壓系統(tǒng)最大壓力350bar主機液壓油箱1件脂潤滑系統(tǒng)1套表6-1 TBM性能參數(shù)表（續(xù)）電氣系統(tǒng)輸入電壓10KV/50HZ控制系統(tǒng)PLC, S7控制電壓24V, DC變壓器容量5300kVA (2 X 2700

46、kVA)功率因數(shù)cos $ > 0.9數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制有高壓電纜卷筒帶400m電纜主機皮帶機寬度1200mm輸送能力（松方）約 800nf/h物料尺寸0 -250mm后配套皮帶機寬度1200mm輸送能力（松方）約 800m"/h長度約 150m2#皮帶機形式轉(zhuǎn)運皮帶機長度約26m配備裝置輔助鋼軌吊運吊機1臺，單軌吊機，線控空壓機1臺，螺桿式空壓機，4.85m3/min , 7bar主通風(fēng)1臺風(fēng)筒更換系統(tǒng)，$ 2000mm儲存能力100m, 1臺風(fēng)筒儲存更換吊機二級通風(fēng)1臺，包含1臺風(fēng)機兩個消音器，900nf/min除塵系統(tǒng)干式除塵風(fēng)器，600nf/min，濕式排出 系統(tǒng)仰拱吊機起重

47、量13t，功率18.5kW空氣冷卻設(shè)備在掘進長度較大時冷卻輸送到掌子面 的新鮮風(fēng)表6-1 TBM性能參數(shù)表（續(xù)）所屬部位項目性能參數(shù)配備裝置排水系統(tǒng)i臺氣動5om/h潛水泵，i個iom水箱， i臺輔助泵，i套排水管路應(yīng)急電源350kVA應(yīng)急發(fā)電機組、供應(yīng)通風(fēng)、氣泵、PLC照明、氣體監(jiān)測器人員休息室容納12人工作間和儲存區(qū)1套通訊設(shè)備和安全裝置滅火系統(tǒng)干式化學(xué)材料火火器，3套在主機、7套在后配套通訊8部電話、對講機有害氣體監(jiān)測5部傳感器中央監(jiān)測系統(tǒng)4部攝像裝置和顯示器延長部分設(shè)備排水管路DN150mm單環(huán)水管卷筒供水管路DN80mm雙環(huán)水管卷筒咼壓電纜卷筒可儲存400m電纜輔助設(shè)備鋼拱架安裝系統(tǒng)

48、1套舉升安裝設(shè)備，1套轉(zhuǎn)運設(shè)備噴水設(shè)備3套噴水水泵噴錨設(shè)備1臺噴錨機，20M/h ; 1套噴錨機械手，行程6m, 240° ; 1臺空壓機11M/min ,錨桿鉆機2套鉆機；1臺液壓泵站；1臺注漿泵和 相應(yīng)的攪拌器和漿液箱；2個控制臺，安裝 在撐靴上的行走導(dǎo)向裝置超前鉆機一套進給設(shè)備；一套鉆孔設(shè)備；一套液壓泵站；一套控制臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集重要設(shè)備運行參數(shù)油潤滑系統(tǒng)提供主軸承油浴潤滑和強制潤滑6.2掘進機的運輸 掘進機運輸由于大件貨物較多，且超限件多，對運輸車輛的要求比較高。尤 其是在XX的交通條件下，運輸?shù)陌踩葹橹匾?根據(jù)已經(jīng)了解的情況，運輸大件時要對現(xiàn)有的道路和橋梁進行加固。

49、特別在 大件運輸過橋時，要提前對橋梁的承載力和運輸車輛的軸重進行比較，如果承載力不 能達(dá)到要求，要提前對橋梁進行加固。另外在山區(qū)公路的急彎處要驗算車輛的轉(zhuǎn)彎半 徑，如有需要提前適當(dāng)拓寬路面。 運輸前根據(jù)TBM設(shè)備貨物清單，提前進行國內(nèi)運輸?shù)恼袠?biāo)工作，選擇有實 力、有業(yè)績的專業(yè)運輸隊伍，組織所有貨物到施工現(xiàn)場的全部運輸工作， 包括超限貨 物運輸手續(xù)的辦理、沿途道路的考察及橋涵加固等。要求運輸單位及時、安全地將 TBM的所有部件運輸?shù)轿曳街付ǖ男盾囄恢谩?掘進機單件最大件的重量為 85t，運輸?shù)南拗瞥叽缬捎诓考梢圆鸾?，?而限制尺寸的要求并不是很高。表6-2掘進機各主要部件的尺寸、重量及建議采

50、用運輸車輛表部件名稱數(shù)量部件尺寸（mm）單件重量準(zhǔn)備車輛刀盤半部14500X 8800X1800655軸平板掛車刀盤半部14500X 8800X1800655軸平板拖車主軸承15900X 5200X2200855軸平板掛車頂護盾15800X 2800X200020大型平板拖車側(cè)護盾25800X 2550X200010大型平板拖車溜碴槽15全掛車下支承15650X 5150X305025大型平板拖車推進油缸41350X 2150X41504全掛車支撐油缸22500X 2150X215022全掛車外機架43500X 1500 X150045全掛車支撐靴25650X 5150X305020大型平板拖

51、車支撐靴拖動架14350X 3650X39004大型平板拖車內(nèi)機架112500X 2150X215060大型平板拖車內(nèi)機架2112000X 2400X2600655軸平板掛車后支撐14350X 3650X390025大型平板拖車后支撐靴110大型平板拖車鋼拱架安裝輪13.5全掛車鋼拱架安裝結(jié)構(gòu)15全掛車鋼筋網(wǎng)安裝機構(gòu)15全掛車施工操作平臺12全掛車后配套結(jié)構(gòu)件總重全掛車350附屬部件總重70全掛車6.3掘進機的優(yōu)缺點6.3.1采用掘進機施工的優(yōu)點開挖可以連續(xù)進行，施工速度快，工期可以縮短。特別是在適應(yīng)圍巖中長距 離掘進，優(yōu)勢更加明顯。沒有鉆爆法施工對圍巖的擾動和損傷大，可以減小支護作業(yè)量。超挖

52、少，節(jié) 省襯砌材料。開挖斷面為圓形，表面光滑，特別適合水工隧洞開挖施工安全性高，作業(yè)人員少，如刀具在背后更換。另外操縱室密閉隔音，安裝有 高效的除塵設(shè)備。作業(yè)環(huán)境比較鉆爆法有較大改善6.3.2采用掘進機施工的缺點機械購置費用較高，運輸、組裝、拆卸比較繁瑣。不利于應(yīng)用在短隧洞。對于設(shè)計好的掘進機，在施工過程中，刀盤的直徑無法改變，開挖斷面不能 改變。地質(zhì)的適應(yīng)性有一定的限制，對于不同的地質(zhì)條件，原則上采用不同類型的 掘進機施工。一種類型掘進機的適應(yīng)地質(zhì)條件有限。第七章TBM擴大洞室和組裝7.1組裝洞室和出發(fā)洞我單位曾經(jīng)在西康鐵路秦嶺隧道和西南鐵路桃花鋪 1#隧道成功的使用過TBM硬 巖掘進機，對TBM擴大洞室的設(shè)計和施工有比較全面的了解，也積累了豐富