130701TBM施工方案

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1、 TBM施工方案锦屏二级水电站3引水隧洞采用直径12.4m的TBM施工，施工长度12785.205m，衬砌后直径为11。2m，引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3。65，引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深15002000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。本文简述了大直径TBM的技术参数和原理，以及在锦屏深埋高地应力特长隧洞的施工技术应用.1。施工概况锦屏二级电站由我联合体采用TBM法施工的3#隧洞自桩号2+50015+285.205,全长12785。205m，自东向西施工,隧洞开挖直径为12。4的圆形，衬砌后的直径为11。2m。水电站引水系统采用4洞8机布置形式,从进水口至

2、上游调压室的平均洞线长度约为16。67km，中心距60m，洞主轴线方位角为N58W.引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65，由进口底板高程1618.00m降至高程1564。70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深15002000m,最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。本标段的主体工程项目为东端3#、4#引水隧洞施工，引水隧洞施工采用钻爆法和TBM法相结合的施工方案，3引水隧洞主要采用TBM法施工，4#引水隧洞主要采用钻爆法施工。锦屏电站的建成对完善西南电网及对四川灾后重建都具有十分重要的意义。本标段布置示意图见图1.图1 本标段布置示意图2。TBM的施工原理

3、及施工工艺TBM设备施工技术是集成机械原理、电子学原理、机器人原理和土工学原理的一套系统化设备，施工工艺主要围绕TBM设备掘进、出渣及初期支护三个施工工序的基础上来进行的，TBM的施工原理及施工工艺见上图2和3。第46页共46页环 保排 水除尘降尘设备降噪环境降温掉渣清理开始新的行程撑靴外伸，撑住岩壁推进油缸进油，推动刀盘掘进油缸行程完毕，停止开挖落下后支腿撑在隧洞底松 开 撑 靴油缸回油，撑靴前移撑靴撑住岩壁，提升后支腿当前行程施工主机掘进系统超前地质预报系统超前处理超前锚杆超前喷浆管棚处理连接桥皮带运输出 渣配电系统通风系统冷却系统供水系统初 期 支 护超前加固挂网支护钢拱支护锚杆支护喷混

4、凝土导向系统图2 TBM设备系统施工原理框图图3 TBM设备正常掘进施工工艺框图3。TBM主要参数表TBM主机的主要技术参数见表1。表1 TBM主机主要参数表序号名 称参 数1机器类型硬岩单撑靴隧道掘进机2开挖直径12，440mm （新装刀具）12，400mm （刀具磨损后）3刀具直径482mm（19”）刀具最大荷载315kN中心双刃滚刀数量4把单刃滚刀的数量71把刀刃总数量79把4推进系统最大推进能力35625kN 310 bar / 39584kN 350 bar开挖行程1850mm油缸数量4 个5刀盘驱动类型电动机械式，硬岩刀盘驱动功率4900kW，14个水冷马达，每个350kW，变频驱

5、动主轴承设计寿命15000h 根据 ISO 281 L106撑靴系统类型浮动撑靴撑靴撑力(最大)98960kN 315bar / 109956kN 350bar油缸数量4个油缸行程测量装置2个尺寸1000mm x 720mm / 行程 +/-500mm作用在岩体上的额定压力 4。5 N/mm (撑靴力可调）7后部支撑撑腿数量2个油缸数量4个尺寸280mm 220mm / 行程: 1750mm行程测量装置数量2个额定压力350bar支撑力8620kN8电气系统初级电压10kV/ 50Hz电机回路690V / 400V / 230V / 50Hz控制系统PLC, S7高压电缆设备IP65或相当其它

6、电器设备IP65或相当（适用于1/3包）其它电器设备IP55或相当 (适用于2/4包)9TBM皮带输送机长度大约26m宽度1400mm排量 （松散物料）约 1,200t/h速度0-2。5m/s粒径0 300mm10环行拼装机位置刀盘盾之外能力15吨旋转360驱动类型液压驱动控制装置刀盘盾后安装的固定控制台11环行定位安装装置/钢筋网安装器能力（最大环重量)1015吨纵向行走2,400mm12L1区域的混凝土喷射设备功率7.5kW驱动类型液压驱动纵向行走3m操作角度18013L1区域锚杆设备最大可用钢钻杆长度4310mm冲击力18kW/个旋转速度0210min-1/个旋转扭矩700Nm/个打锚杆

7、的范围360钻机纵向行走2000mm14超前钻探设备供给单元2个ARO ADQ5400 （1个在顶部，1个在底部）钻进/回缩力13kN类型双头旋转-旋转冲击组件EURODRILL RH1400HD4008记录系统数量1个（供2个钻进单元使用）TBM后配套的主要技术参数见表2.表2 TBM滑坡体主要参数表序号名称规格型号单位数量1通风风管直径3,000mm套2容量200m2空气清洁系统能力10m3/s套2带通风机输入电压400V输入频率50Hz3风机能力38m3/s套1压力损失1，000Pa输入电压400V输入频率50Hz4风管 (硬）直径800mmm6005高压电缆卷筒卷起电缆长度500m套2

8、速度370mmq张力20kVA输入电压400V输入频率50Hz高压软电缆速度3 x 70mmqm1，100张力20kVA6水管卷筒管直径4”套1能力(要求100m)100m输入电压400V输入频率50Hz7L2 区域湿喷设备：环喷射角度范围260套2喷射长度12m喷嘴数量2喷嘴控制板 （总）2喷嘴液压动力单元 (总)28L2 区域湿喷设备：喷射机器泵双活塞类型套2能力20m3/h最大压力50bar泵 的液压动力34kW加速剂泵1有 PLC,加料斗和附件9L2 区域湿喷设备:空压机能力11m3/min套2最大压力13bar安装功率90kW输入电压400V输入频率50Hz10后配套区域后端湿喷设备

9、:环喷射角度范围260套1喷射长度3m喷嘴数量1喷嘴控制板 （总)1喷嘴液压动力单元 (总）111顶部锚杆设备：超前钻机小型功率18kW套2小型频率50-65Hz最大液压压力210bar转速 (范围)0 210rpm最大旋转压力150-210bar轴适配器R32, R38, T3812顶部锚杆设备:超前钻机滑动装置适用于上述超前钻套2最大杆长4，310mm钻杆添加系统全机械最大杆直径(RD32）32mm13顶部锚杆设备：超前钻机和滑动装置的动力单元适用于如前述的2个超前钻机和滑动设备:套1液压油箱1冲刷系统1润滑系统1动力单元输入频率50Hz动力单元输入电压380400V顶部锚杆设备:超前钻机

10、和滑动装置的控制面板适用于如上述超前钻机和滑动设备、动力单元套214顶部锚杆设备：环适用于如前述的2个超前钻机和滑动设备：套1液压马达 （制动）2动力单元1控制板2角度范围27015TBM主变压器输入/输出电压20。000 / 690V套2功率3,200kVA频率50Hz输入液体类型 （根据 VDE 0532）VDE 0532)4.TBM掘进机主机及后配套技术说明海瑞克掘进机采用最新设计。所有刀具均为背装式。刀具的检查和更换在刀盘内进行。驱动轴承组件非常紧凑，这样可以在刀盘后面离掌子面尽可能近的地方进行支护工作。稳定可靠的无级变速电驱动可以在通常条件下提供机器最大掘进进度以及液压驱动的所有优点

11、，如高扭矩、低速、遇到恶劣地质条件时平稳反转运行.支撑系统为单撑靴，为掘进机提供稳定和准确的导向.掘进过程中可操纵机器进行调向，使掘进精度更高.在需要安装钢拱架或围岩软弱时，支撑系统的撑紧压力可随推进系统压力作比例调节，使得撑靴不致于破坏围岩。同时单撑靴机构在掘进机顶部和下面为支护作业提供了更大空间。隧洞支护辅助系统(锚杆钻机、钢拱架安装器、锚网设备）安装在刀盘后部、撑靴之前。通过这些系统，可以在掘进机掘进的同时进行支护作业.变频电机直接安装于主轴承驱动机构上，为后部的锚杆、锚网和拱架安装作业提供了最大空间。推进油缸在两侧连接主梁和撑靴机构,其所处的位置同样也能为前面留出最大空间。刀盘四周的许

12、多刮板和铲斗通过刀盘中空结构将岩碴输送至主梁中间的主机皮带机上。TBM主机部分由刀盘、主轴承驱动组件及机头架、主梁、撑靴、推进油缸、后下支承、主驱动密封及润滑系统、液压系统、电气设备、司机室、变压器等组成。辅助设备:锚杆钻机、超前钻机、钢拱架安装器、混凝土初次喷射机构、主机皮带机.后配套系统包括若干单轨台车和后配套皮带机。主要由以下系统组成：桥式皮带机、若干台车、支护设备、材料运送、液压系统、供排水、空压机、通风等，它能为掘进机作业提供动力电供应、石渣转运、压缩空气供应、供水、通讯等等。桥式皮带机尾端的支点在第一节后配套台车上,前端支承在掘进机主梁上，它把石渣转运到后配套皮带机上，在倒入连续皮

13、带机的受料斗。所有的台车都由重载车轮支承,台车上安装有众多的辅助设备,并有人行通道方便作业人员的通过和紧急撤离。在后配套采用双轨，以便机车的进出、方便材料的供应，减少停工损失.5.TBM施工方案针对不同施工期的主要工作内容, TBM设备施工总体方案如下：（1）在总体控制路线规划上采用：首先按期安装并进行设备调试，最后争取提前贯通。（2)施工运输方案规划：为充分发挥TBM设备的掘进速度,保证长隧洞的出渣能力，出渣单独采用连续皮带机出渣方案；施工人员及材料、混凝土、配件采用轨道机车运输方案。(3)超前地质预报方案规划:开工前及TBM设备掘进调试期进行地面地质勘察工作,初步确定不同围岩类别在不同位置

14、的分布情况.在正常掘进期跟进短期超前地质预报,探测掌子面前方50200m的地质情况。(4)TBM设备掘进施工参数控制方案：根据不同围岩,施工调试期初步确定前期施工参数（如采用较高转速较低扭矩等）；施工过程中根据围岩地质情况、设备性能状况、刀具的磨损情况等，及时调整施工参数（如采用较高转速、较高扭矩）;施工后期由于主轴承及大、小齿轮等磨损较大，掘进速度减慢，施工参数应选择较小的磨损工况（如采用较小的转速、较高的扭矩等).5。1 总体技术保证措施 施工进度控制措施：将TBM设备正常掘进施工作为关键施工工序,其它工序围绕此关键工序展开；严格控制里程碑工序的竣工时间，保证整体工期的实现。 制定掘进方向

15、监测预防保证措施，在隧道施工中，严格控制掘进方向，由专门的测量人员对激光导向站点进行校核,将隧道方向偏差控制在允许范围。 提高不良地质段的长、短期预报的准确度，针对断层破碎带、地下涌水、岩爆、有害气体等不良地质现象采取相应的地质勘查手段，合理运用钻孔、物探等探测设备和仪器，作出准确的预报，并及时进行超前管棚加固或灌浆处理，以保证TBM设备掘进的顺利进行。 加强刀具、机器设备的维护与保养，提高TBM设备掘进的实际利用率. 对采取紧急应急处理措施所需的机器设备、材料充分保障，并设立专门的保障体系和专用仓库，对项目部的所有人员进行培训，做到人人负责. 公司集中公司优秀人才，保障人力资源供应，以老带新

16、，培训TBM设备主要机械操作手、电气工程师、机械工程师及管理工程师等多方面的技术人员。 合理地进行零配件、易损机件和施工原材料的储备，保证零配件和材料的及时供应。 信息管理措施：建立并健全施工信息网络化管理体系，加强施工过程中的信息收集及处理措施，并将处理后的结果直接用于工程的施工管理。5。2 TBM的SLST APD导向系统TBM设备掘进方向的控制极为重要，方向控制不当，造成盘型滚刀受力不均,致使刀具提前损坏，增加换刀的次数和配件成本，影响施工进度，另一方面,会使得隧道出现超、欠挖过大，影响工程质量.因此，在隧道施工中应严格控制掘进方向，将偏差控制在允许范围内：水平设计洞轴线100mm，垂直

17、误差60mm：引水隧洞的贯通中误差横向不得大于250mm，高程不得大于25mm.5。2。1 导向控制原则 确定合理的方向参数。 控制掘进轴线与设计中心线的偏差。 确保做到掘进前准确定位，掘进中严格操作，掘进后适时调整。5.2。2 SLS-T APD 激光导向系统概述SLST APD 激光导向系统见图4.图4SLST APD 激光导向系统图SLST APD就是为此目的而设计开发的.具有目标自动识别功能及隧道推进软件的SLS-T APD导向系统能够为隧道掘进机的掘进连续地提供最新的有关机器空间位置及方向的数据信息, TBM司机通过对TBM进行合适的控制操作以使TBM在允许的误差范围内尽量沿DTA向

18、前掘进。SLST APD系统的主要的基准是由初始安装在墙壁或隧道衬砌上的激光全站仪发出的一束可见激光。一般来说根据激光的功率的不同，激光需要能够发射100200m的距离,同时激光发射距离的长短还受外部大气环境和激光束本身所受的反射有关。激光束穿过机器中的净空区域及后配套设备(激光窗）,击到安装在机器前部的电子激光靶上。激光发射起点和激光靶之间的有效距离也取决于激光窗的尺寸和隧道的曲率。因此需要定期地将激光全站仪前移到一个新的站点.测量人员只需要测出全站仪所在的第一个站点的坐标,以后放置全站仪的站点的坐标由全站仪的 SLS-TAPD 功能自动确定。5.3 TBM掘进5。3。1 施工工序流程TBM

19、设备掘进施工工序流程见图5。是否超前地质预报进入下一掘进循环50m内是否实施超前处理措施导轨铺设换步、调向不良地质体超前处理掘 进初期支护卸 渣 出 渣（包括底部清渣）超过50m图5 TBM设备掘进施工工序流程框图5.3.2 掘进参数的选择 掘进模式的选择TBM设备根据转速可分为高速模式和低速模式掘进两种。使用高速掘进时，周围岩石振动较大，容易引起周围岩石松动，所以在地质情况较差时，采用低转速、高扭矩掘进，围岩较完整时，采用高转速、低扭矩掘进。 不同地质状况下掘进参数的选择和调整节理不发育的硬岩(类、类）情况下作业a。 选择电机高速掘进；b。 开始掘进时掘进速度选择15,掘进到5cm左右开始提

20、速；c。 正常情况下，掘进速度一般选择35左右;d. 围岩本身的干抗压强度较大,不易破碎，若掘进速度太低，将造成刀具刀圈的大量磨损；若掘进速度太高，会造成刀具的超负荷，产生漏油或弦磨现象，因此,必须选择合理的掘进参数。节理发育的类围岩状况下作业掘进推力较小，应选择自动扭矩控制模式，并密切观察扭矩变化,调整最佳掘进参数.节理发育且硬度变化较大的类围岩状况的作业因围岩分布不均匀，硬度变化大，有时会出现较大的振动，所以推力和扭矩的变化范围大，必须选择手动控制模式，并密切观察扭矩变化。a.此类围岩下掘进，推力、扭矩在不停地变化，不能选择固定的参数（推力、扭矩）作标准，应密切观察，随时调整掘进速度。若遇

21、到振动突然加剧,扭矩的变化很大，观察渣料有不规则的块体出现，可将刀盘转速换成低速，并相应降低推进速度，待振动减少并恢复正常后，再将刀盘转换到高速掘进。b。掘进时，即使扭矩和推力都未达到额定值,也会使通过局部硬岩部分的刀具过载，产生冲击载荷，影响刀具寿命，同时也使主轴承和主大梁产生偏载。所以要密切观察掘进参数与岩石变化。当扭矩和推力大幅度变化时，应尽量降低掘进速度，控制在30左右，以保护刀具和改善主轴承受力，必要时停机前往掌子面了解围岩和检查刀具。节理、裂隙发育或存在断层带（、类围岩）下的作业掘进时应以自动扭矩控制模式为主选择和调整掘进参数,同时应密切观察扭矩变化、电流变化及推进力值和围岩状况。

22、a。 掘进参数选择：电机选用低速，掘进速度开始为20%，等围岩变化趋于稳定后，推进速度可上调，但不应超过一定范围（如35)，扭矩变化范围10。b。 密切观察皮带机的出渣情况：当皮带机上出现直径较大的岩块，且块体的比例大约占出渣量2030时，应降低掘进速度，控制贯入度。当皮带机上出现大量块体，并连续不断成堆向外输出时，停止掘进，变换刀盘转速以低速掘进，并控制贯入度。当围岩状况变化大，掘进时刀具可能局部承受轴向载荷，影响刀具的寿命，所以必须严格扭矩变化范围10，以低的掘进速度，一般情况,掘进速度20%。5.4 TBM掘进作业过程 5。4。1 TBM设备掘进作业循环TBM设备掘进时主要依靠由刀盘、机

23、头架与大梁、支撑和推进装置组成的掘进系统来进行，正常的作业循环步骤见图6。T B M 掘进，推进油缸伸开一个行程结束，推进油缸运行停止停止胶带运 输 机外机架的撑靴收回较差围岩时，牵引后配套系统收回推进油缸，前移外机架及撑靴启动刀盘驱动系统伸出后支撑启动刀盘，开始下一行程施工启动胶带运输机撑 靴 重 新 撑 紧收 回 后 支 撑对于、类围岩同步牵引后配套图6TBM设备掘进作业循环步骤流程框图 作业开始，支撑部分相对于工作部分处在前位,撑靴撑紧洞壁，此时,TBM设备已完全找正，后支撑提起，切削盘转动，推进液压缸伸出，推动工作部分前移一个行程. 掘进行程终了，准备换步,此时，切削盘停止转动,后支撑

24、伸出抵到洞底上以承受TBM设备主机的后端重力，水平支撑油缸收回。 推进油缸主支撑回缩，支撑部分自由地准备换步，这由推进液压缸反向供油,使活塞杆缩回，带动水平撑靴及外机架向前移动. 水平支撑靴伸出，再与围岩接触撑紧，提起后支撑离开洞底,TBM设备定位找正. 回到，启动刀盘,切削盘又一次旋转,TBM设备准备进行下一个循环。5。4。2 TBM设备掘进换步原理及步骤 换步原理：换步是根据推进油缸的行程进行的，即推进油缸推进一个行程，TBM设备就破岩掘进一个循环行程，每个循环行程约1。80m，循环行程结束后即进行换步作业。当一个循环结束时停止掘进,刀盘后退23cm,放下主机后支撑，将主机支撑牢固后,收回

25、水平撑靴，前移水平撑靴一个循环的距离，然后根据导向系统提供的主机位置参数进行TBM设备调向，调向完成后,将撑靴撑紧至一定的压力，收回主机后支撑,拖动后配套并前移一个循环的距离后,即可接着进行下一循环的掘进作业。当后配套的辅助作业工作量较少时，主机移动与后配套可根据具体情况同步进行. 换步步骤第一步：撑紧撑靴,收起后支撑，见图7.图7 撑紧撑靴,收起后支撑第二步：刀盘旋转,开始掘进推进，见图8。图8 掘进推进第三步：掘进行程完成后，进行换步，放下后支撑,见图9。图9 换步放下后支撑第四步：收回水平撑靴，前移撑靴，再撑紧水平撑靴，进行下一个掘进循环，见图10。图10 收回撑靴前移 简洁换步措施在T

26、BM设备换步期间，为缩短换步时间，在条件允许的情况下，可采取如下措施:后配套系统的拖拉尽可能在掘进行程结束前的最后几分钟或开始掘进时的前几分钟进行，或在围岩较好的地层，主机移动与后配套同步进行；加强类围岩的支护施工效率，尽量在一个行程内完成初期支护及铺设钢轨的施工任务，减少辅助施工延迟占用时间;加强超前地质预报的准确性，严格控制掘进施工方向，缩短TBM设备方向找正的调整时间;在皮带运输机启动的过程中,可同时启动刀盘声光报警系统；在换步期间，操作员要严于职守，在尽可能缩短换步时间的前提下，严格按操作程序作业，提高掘进效率。一般情况下，在地质情况较好，激光导向系统正常的情况下，换步时间约5min。

27、5.4.3 正常掘进施工 刀盘后部的侧向撑靴向洞壁撑起并稳固在洞壁岩面上，同时用楔块油缸将侧支撑的位置牢牢锁定，并将推进反作用力传给洞壁，掘进的水平方向锁定，同时调整前支撑,将掘进的垂直方向（即坡度）锁定。 水平撑靴定位以后，推进推力油缸并转动刀盘开始掘进。掘进时，刀盘上的每一个滚刀产生推进力使掌子面围岩产生破裂，并形成直径10cm左右的碎块。 根据TBM设备的扭矩转速曲线的基本性能,在不良地质条件下采用低转速低扭矩的参数切割软岩,在围岩条件较好、强度较高的硬岩采用高转速高扭矩高速切割硬岩，若出现刀盘卡住则采用脱困扭矩或采用刀盘逆转的方式处理,施工过程中根据不同的围岩条件调整合适的参数。 刀盘

28、的推力由推进油缸提供，推进的反作用力被传递到水平支撑靴板上，水平支撑靴板由水平支撑油缸紧紧的撑到洞壁，直接将推进油缸的推力传递到洞壁,刀盘驱动系统驱动刀盘旋转，由此产生的反扭矩由机头架、大梁及滑块、鞍架和斜缸通过水平支撑板传递到洞壁。 钻进的工作行程结束，初步支护工作完成后,撑靴将收回，这时，TBM设备的重量将由后面的后支撑支撑。TBM设备及其后配套系统通过收缩牵引油缸，撑靴重新支撑洞壁来向前移动到新的掘进位置.当推进行程结束时，水平支撑油缸缩进，此时TBM设备的操作手要调整好TBM设备的轴线方向，通过激光方向锁定系统来操纵推力油缸控制方向,由此开始一个新的推进行程。5。4.4 刀具更换TBM

29、设备在掘进过程中,由于刀具对岩石的不断切削，会造成刀具磨损严重,进而影响施工进度与质量，为此必须严格按照供应商的刀具更换指南上的要求，当刀具磨损到一定程度时要进行及时的调整和更换。根据大伙房TBM施工经验，每天每班要派专人及时检查刀具情况，内容包括检查刀具轴承、刀具螺栓、斗齿等。在围岩不好地段，要提前更换好刀具.5.4.5 粉尘控制掘进过程中,随着岩石的不断切削破碎，将产生粉尘污染物，影响施工环境,并造成设备润滑系统、液压系统产生故障,为此，需要采取措施及时处理.通过刀盘前方的喷嘴座上装有的喷水嘴，喷射水雾对产生的粉尘进行控制。根据地层条件的要求，对作业面上的喷射水量可以进行调节，最大限度降低

30、粉尘悬浮率。通过后配套上的除尘风机和吸尘器,进行粉尘清理。5。4.6 注意事项 支撑与洞壁一定要完全接触，由于刀盘的稳定对于滚刀的连续作业轨迹十分关键（消除余震和位移），一个稳定的刀盘和一致的、重复的刀具轨迹,可以提高TBM设备的进尺和延长刀具及大轴承的寿命,因此，支撑的稳固情况就显得尤为重要. 在TBM设备刀盘前方的喷嘴座上装有喷水嘴，正常施工掘进时，通过喷射水雾来降低刀具的温度，并抑制粉尘的扩散，因此要经常、及时地对喷嘴进行检查，防止因水质不净而堵塞，从而影响施工环境和降低刀具的使用寿命。 在通过软岩、断层和破碎带时，塌方较大的地方可能进行手动喷射填实，需尽可能加大支撑靴板与洞壁的接触面积

31、，使支撑靴板在保证足够的支撑力时，对于洞壁的比压足够小，这样可以避免支撑靴板在不良地质条件下陷入洞壁，保证TBM设备的连续掘进，进而减小机体的震动，保证施工安全、控制掘进速度。 因TBM设备掘进时,抑制粉尘扩散和冷却刀具均需要消耗大量的水,并且在掘进过程中还可能遇到洞壁涌水，这些积水过多时会将刀座淹没，此时需根据水位传感器收集的信号及时启动机头架后面的潜水泵快速排水，以保证TBM设备的连续掘进不受影响。 在每天预留的检修时间内，需对刀盘、支撑系统等重要部位的螺栓、连接装置及液压推进系统的供油管路等进行检查，将事故隐患消灭在萌芽状态. 检修期间内，需对刀盘刀具的数量及磨损情况进行认真检查，合理安

32、排刀具的更换。 注意掘进方向的控制与调整:对于水平方向的调整，主要是活塞腔和活塞杆都充满压力油的水平支撑油缸在缸筒内的单方向移动，因缸筒与滑块是以十字销轴方式连接在一起的,为此滑块和大梁也随着水平支撑缸筒移动，从而实现水平方向上的调整，防止超挖和欠挖情况的发生。对于垂直方向的调整是使用安装在鞍架和大梁之间的斜缸，当斜缸伸长时，大梁相对于水平支撑油缸升高，TBM设备机器向下掘进;相反,当斜缸缩进时，大梁相对于水平支撑油缸下降，TBM设备则向上掘进。因此，要控制好前进轴线方向,避免偏斜。 掘进过程中，要密切注意数据采集系统提供的信息，发现异常情况,及时采取措施，以保障施工的正常进行。5.5 出碴5

33、.5.1 设备组成由于本工程开挖断面大,出碴量大，掘进距离长，加上TBM设备掘进速度快，必须采用皮带机连续出碴。TBM设备出渣设备采用与主机配套的全套连续皮带运输机系统,该系统主要由以下几部分组成：主皮带驱动装置、张紧装置(皮带储存仓）、皮带、辅助驱动装置、皮带返程辅助驱动装置和皮带支架及上、下托辊，可移动的皮带机尾部，见图11。 根据本工程的需要，连续皮带机的技术参数如表3.皮带驱动装置皮带驱动助力装置皮带延伸装置皮带存储及张紧装置后配套拖车图11隧洞连续皮带输送机整体示意图表3连续皮带机技术参数表项 目类 型带 宽带 速能 力TBM皮带机槽形皮带1400mm0-3 ms1800th后配套皮

34、带机槽形皮带1400mm0-3。5ms1800th主洞连续皮带机槽形皮带1200mm03.5ms1800th5。5。2 石渣运输 出渣系统的一端位于TBM设备主机大梁内，并向后延伸至整个后配套系统，刀盘刀具切削岩石产生的岩屑经收集装置传输到大梁前部的中转皮带上，再传输到后配套上的主皮带运输系统。因出渣距离较长，根据施工实际需要，将可移动的皮带机安放在一辆重型后配套台车上，依靠液压油缸将皮带机尾部与后配套皮带机系统对接，使石渣通过移动皮带机输出至主洞皮带机上,转至东引2施工支洞内的出渣皮带机上运到模萨沟渣场。石渣转运见图12.主洞皮带发包人皮带图12石渣转运示意图6.TBM初期支护TBM初期支护

35、使用TBM设备后配套配置的锚杆钻机、超前钻机、混凝土拌合及输送泵、混凝土喷射机械手、钢筋网安装器、环形梁安装器等设备，通过专业操作手使用手动装置和遥控装置配合完成作业。6。1 锚杆支护3引水洞支护所有锚杆多为砂浆式锚杆.同时部分地段采用涨壳式预应力锚杆或者水涨式锚杆，在特别地段采用超前自钻式中空注浆锚杆。6。1.1 普通砂浆锚杆的施工钻孔采用TBM自身配备的锚杆钻机完成，TBM主机上在刀盘后方和主机尾部分别安装2台Atlas Copco cop1838型钻机，钻孔直径可达3364mm。安装在刀盘后方的钻机跟随TBM掘进同步施工，后部的钻机对前方可能遗漏或者无法顺利进行施工的区域完成钻孔。四台钻

36、机可完成覆盖隧洞全周360的钻孔。施工工艺流程按照如下顺序进行：钻孔安装孔口封闭装置注浆安装锚杆；或钻孔安装锚杆安装孔口封闭装置注浆。6.1.2 涨壳中空注浆式锚杆的施工 钻孔:使用锚杆钻机钻孔，为使钻孔直且钻径精确,采用十字钻头钻孔。对于25锚杆，钻头使用42mm46mm(EX4225适用的锚杆孔径为42mm46mm）。 在吹净钻孔后，将安装涨壳锚固头锚杆插入孔道，一端安上安装工具或工厂配合提供的纤尾，并接上锚杆钻机，开动钻机。通过其冲转力使涨壳锚固头在孔道底部充分涨开（一般以钻机无法转动为止）. 卸去钻机或纤尾，安装垫板,螺母及注浆管。施加预应力，并按规定锁定荷载。施加预应力的方法有两种：

37、用机械扭力扳手锁定或用双活塞柱空心千斤顶锁定荷载。 施加预应力完成后及时进行注浆。注浆质量是锚杆耐久性的关键。注浆材料纯水泥浆，水灰比WC（0。350.45）1。WC值小时,水泥浆的收缩率少。根据实际情况选择WC值。注浆设备:使用注浆压力11。5MPa的螺杆泵注浆，在孔口设置浆塞.注浆时将初步拌和的水泥浆放入注浆泵的进料器中。开动泵工作后,注浆前将进料器中的全部浆液通过泵泵回到进料器中,使泥浆体通过泵充分拌和后再行锚杆注浆。当锚杆向上安装时，即向隧道拱部安装时，注浆液从注浆管进浆，浆体逐渐充溢钻孔并向上流动，注浆体从涨壳锚固头尾端进浆，此时中空锚杆体的空腔成为排气道。当锚杆向下安装时,中空锚杆

38、体为进浆道，塑料管为排气道注浆时，浆体从涨壳锚固头底部出浆，并逐渐充溢钻孔道。浆体从塑料管流出，并保持约30s的压力时停止注浆。6。1.3 自钻式中空注浆锚杆的施工特点与构造:由中空锚杆体、连接套、中止器、止浆塞、自由段PE套管、自由端钢瓦套、垫板和螺母组成。 钻孔：使用锚杆钻机钻孔,为使钻孔直且钻径精确，采用十字钻头钻孔。对于25锚杆，钻头使用42mm46mm。 锚杆现场装配:按设计图纸的锚杆自由段长度规定切割 ,去切口毛边。在套管两端钻防黄油注浆孔,以便灌注黄油时注油与排气。然后加上套管固定. 安装锚杆：将锚杆慢慢地插入孔中，就位。然后套上锚垫口套管，锚垫口套管头锥头小的一端安装在孔洞侧，

39、压紧。 注浆:用中空锚杆专用注浆泵进行反循环注浆法施工。通过向中空杆体注浆，浆液通过杆体从底部注浆端头流出，并逐渐流向孔口,当浆液从孔口流出时表时注浆已满，锚垫口套管内泥浆刮平。用纯纯水泥浆，水灰比WC0。350.5。注浆压力12MPa，水泥浆标号不宜小于C30. 锚垫口套管混凝土基座施工：为保证预应力张拉及减少预应力损失,锚垫口套管混凝土基座应在注浆完成后进,锚垫口套管外用C40钢筋砼作混凝土座，基座平面应与锚垫口套管口垂直、表面刮平。 预应力张拉和预应力荷载锁定：待砼达到强度后，安装垫板、螺母。用20t级锚杆张拉机拉或用扭力扳手拧紧，拧紧力矩400500N。m. 封口：荷载锁定后，按设计要

40、求裁去多余的杆体端头，用水泥砂浆或砼封头。6。1.4 水胀式锚杆的施工在软弱、破碎、高地应力、围岩变形大的洞段，根据施工图纸及监理人的指示，设置水胀式锚杆. 水胀式锚杆孔的直径应与锚杆相匹配。 水胀式锚杆应轻拿轻放,严禁损伤其末端的注液嘴。 安装锚杆前，对安装系统进行全面检查，确保其良好的状态。 装好注水管，将锚杆杆体送入钻孔中，应使托板与岩面紧贴。 高压泵的试运转压力宜为1530MPa，向锚杆杆体注水时，水压应大于30MPa，应保持注水压力稳定，达到调压阀泄压为止。6。1。5 预应力锚索在实际施工过程中根据现场施工和地质情况设置一定的预应力锚索，施工部位根据施工情况定。6。2 钢筋网钢筋网的

41、安装在锚杆施工完成后进行，首先在钢筋网安装器上布置钢筋网片，并用细钢丝绑扎连接固定.钢筋网安装器将网片顶起移动到安装位置举升到岩面,通过锚杆尾部的垫板和设置8的钢筋进行固定。6。3 湿式喷混凝土本工程TBM上设一个12m长的进行初期喷射的喷射混凝土平台（1#台车前面）和一个3m长的进行二次补喷的喷射平台（5台车），同时在设备桥上设置以应急的喷射装置，喷射混凝土通过高线混凝土系统采购，直接运输到TBM上进行混凝土喷射作业，混凝土的各种外加剂（除速凝剂外）均在混凝土拌和过程中添加。混凝土运输到TBM上后，利用吊机将混凝土罐吊运到输料皮带后方放置平稳，做好喷射混凝土的准备工作。喷射混凝土作业采用分段

42、分片进行，喷射顺序自下而上，支护区域的两台喷射机械手分别进行左右各210范围的喷射作业,进行喷射作业时根据地质情况及时调整喷头到岩面的距离和速凝剂泵的流量，或考虑在混凝土中添加纳米材料。保证喷射混凝土一次喷射完成。喷射操作手和输送泵操作手之间设无线联络，及时调整设备工作参数。6.4 钢拱架钢拱架构件（H200）自洞外通过运料平板车运至TBM机尾下部后，通过下部吊机、升降平台、上部转运吊机、转运小车运到刀盘后方的钢拱架安装器处。钢拱架安装器完成拼装、架设钢拱架的作业.钢拱架在拼装架中拼装时，构件两端的螺栓暂不上紧，待整环钢拱架且紧贴顶部岩体后，自上向下逐根紧固螺母。前后相邻拱架之间以钢筋焊结连接

43、。钢拱架安装时把钢拱架安装器的起始位置转到顶部,通过螺栓使第一片钢拱与安装器连接，然后逆时针旋转，依次后续各片钢拱就位连接，最后由撑紧装置把拼好的拱架移出到适当位置张紧，底部两片拱架的连接处用千斤顶撑紧，使钢拱架与岩面充分接触，最后用夹板连接、焊接固定。6。5 TBM超前支护在本工程施工图纸或监理工程师指示的特殊洞段及不良地质洞段的施工,包括自稳时间较短的软弱破碎岩体、断层破碎带,以及大面积淋水或涌水地段,采用设备自身携带的超前钻机，在监理工程师的批准或指示下进行超前支护。超前支护主要包括：超前锚杆、超前小导管注浆等.6。6 超前小导管注浆在断层破碎带等洞段，由于围岩易产生塌方,故施工前可采用

44、超前小导管注浆进行预支护.超前小导管采用热扎无缝钢管加工制成,前端加工成锥形，尾部焊接加劲箍，管壁同边钻注浆孔,施工时钢管沿隧洞开挖外轮廓线布置,环向间距视围岩情况进行布置。7.各类围岩洞段的处理措施类围岩特点是围岩强度较高，稳定性好，不会产生塑性变形,但局部可能有掉块，控制掘进速度,并在施工中不断的调整；施工的重点是加强对不同地质结构体的稳定进行定性判断，并及时跟进系统锚杆加固；加强刀具的冷却，适时判断刀具的磨损程度，并及时更换；加强整机的维修、保养、保养,后配套系统及辅助系统的协调管理，从而保持TBM设备高效的运转状态。类围岩特点是局部稳定性较差，不及时支护可能产生塌方或变形破坏，不断的调

45、整掘进速度,施工的重点是加强不稳定块的随机锚杆及系统锚杆的及时支护施工,同时也要加强后配套系统及辅助系统的协调管理.类围岩特点是岩体不稳定，围岩自稳时间较短,不及时支护随时可能发生规模较大的变形和破坏，控制施工掘进速度。施工的重点是加强超前地质预报和地质观测判断，配合地质探测，并准备足够的钢支撑、锚杆，及时喷射混凝土进行初期支护，保证机械顺利通过不良地质地段。类围岩特点是围岩极不稳定，随时将产生变形和塌方，且较为严重,多出现在破碎带发育部位,并有可能伴随涌水等，通过类围岩洞段时控制掘进速度，施工的重点是加强短期超前地质预报，并配合超前钻孔探测,存在问题将立即停机进行超前地质处理;掘进过程中，进

46、行钢支撑、锚杆、挂网、喷混凝土及排水等措施的处理加固，并控制TBM设备机头方向，防止机头下沉、倾斜，偏离掘进方向，确保TBM设备快速、顺利通过不良地质体地段.8。不良地质体洞段的处理措施8。1 断层的处理措施8.1.1 超前处理措施 通过地质超前预报，确定掌子面前方断层的性质、特征、规模等情况，特别是涌水量、洞内水与地表水的连通性、岩体结构状况和次生软弱构造对施工和支护的影响程度,以便采取相应的处理措施。 在设计或监理人的指导下，采取超前灌浆、超前小导管注浆、超前锚杆等处理措施,进行预处理。8.1。2 断层破碎带地段TBM设备掘进措施断层带围岩受构造影响严重，围岩破碎、稳定性极差，在TBM设备

47、掘进过程中可能会出现塌方，且影响范围大、深度深,拱顶沉降量大，严重时很容易造成拱架失稳、变形。 TBM设备掘进至断层破碎带时，由于掌子面附近的围岩破碎、松散，TBM设备刀盘应顶在掌子面上，暂不后退，更不能在无推进的状态下,转动刀盘进行掘进开挖出渣,否则,会造成刀盘前部更大范围坍塌，形成空穴,而一旦形成刀盘前部的空洞,处理起来困难更大，而且会延误工期。 首先采用人工喷锚,及时封闭围岩,对不同围岩条件的地段，喷混凝土的厚度要及时调整，确保围岩变形受到控制和主机撑靴不会撑跨围岩，监控量测及时反馈，若拱顶下沉仍得不到控制,应补喷混凝土或加密拱架支撑等一系列增强支护措施. 对坍塌区用铁皮封堵，喷混凝土封

48、闭，及时快速灌注混凝土，对范围大且坍塌于护盾上的坍腔回填时，为减少等强时间，提高工效,在混凝土中加入适量速凝剂（速凝剂量适中，以保证混凝土有一定的流动性，以确保坍腔回填密实）. 拱架安装一定要保证竖直,间距符合要求，螺栓拧紧,隧洞清底要彻底,以保证钢拱架紧贴仰拱。 若钢拱架受压变形应及时用型钢加固，其连接要牢固，底部两边打锁脚锚杆,以有效控制拱架变形、稳定围岩，确保安全及主机顺利通过。 对围岩破碎区和渗水区,打入注浆锚杆，用浓度为36Be，的水玻璃与水灰比为0.81。0的水泥浆加固围岩，填充空隙。 及时调整设备的技术参数，降低对岩面的承压力，减少扰动，保护围岩，尽量减少剥落坍塌量。当断层破碎带

49、处围岩整体性和稳定性较差时，可能伴随大型坍塌，为减少对岩体的破坏，此时不再使用侧向撑靴，而用后支撑顶推行走，采用较低的刀盘转速，从而控制刀盘的推进速度,掘进速度也随即降低.8.2 断层带加固在TBM设备通过断层带后，尽快加固围岩,主要是沿隧道周围钻孔对围岩进行固结灌浆，地下水丰富时,对灌浆厚度、长度加强控制。8.2.1 地下涌水的处理措施TBM设备掘进突发涌水会给施工带来严重影响，甚至会危及人员及财产安全。因而，处理方案应坚持的原则为：预测先行,预防为主；防微杜渐，确保安全。8.2。2 渗漏水的处理 对于TBM设备施工经过断层时，首先探明水文地质条件及围岩稳定条件，早预防、早准备，封闭地下水、

50、固结围岩，再掘进,尽可能的减少涌水对施工造成灾难性的影响。 处理涌水主要有引排和封堵两种措施。掘进前,打超前钻孔，探测钻孔出水量、水压、涌水里程等，如水量不大，利用TBM设备配备的钻机打排水孔排水,在做好排水系统的情况下，TBM设备继续掘进;如水量较大、岩石破碎，而不具备排水条件时，则要通过注浆堵水等处理后再掘进，否则涌水可能会造成工作面及侧壁坍塌。 遇到裂隙发育、涌水量大的破碎带，并且破碎带含承压水层，岩石的导水性及富水性较好，可采用排堵结合的施工方法。在特别破碎的类围岩地段,除进行必要的排水外，还需打超前小导管进行化学灌浆封堵，并在刀盘顶护盾后端用型钢支撑，配以锚杆、喷混凝土进行支护，控制

51、围岩变形。8.2.3 承压水的处理 当预计TBM设备掘进掌子面前方有承压水，而且排放不会影响围岩稳定，可采用超前钻孔排水。 当预计TBM设备掘进掌子面前方有高承压水危及施工安全时，采取超前灌浆进行处理。 在工程开挖前,预计涌水量大的地段、软弱地层宜采用预注浆处理；开挖后有大股涌水或大面积渗漏水时,应采用围岩注浆防水处理。注浆前应对围岩孔隙率、渗透系数、节理裂隙发育情况、涌水量、水压等做出正确的判断，以便选择注浆参数；注浆以注水泥水玻璃浆为主，也可单注水泥浆，浆液浓度应通过实际情况选定;注浆工艺参照辅助施工措施中超前小导管注浆工艺执行。8。3 设备掘进区涌水的施工处理首先判断或探明水文地质条件及

52、围岩稳定条件，在保障围岩稳定和设备、人员安全的条件下掘进，尽可能的减少涌水对施工造成大的影响。在长期超前地质预报的基础上，掘进前进行短期地质预报，结合物探、超前钻孔，探测、预测可能的出水量、水压及涌水影响段长度等，若涌水量和水压不大、且围岩稳定性较好时，通过暂时的引排而不影响TBM设备掘进的情况下（一般涌水总量小于3m3s），TBM设备继续掘进，针对涌水点（或段）采取雨棚或钢瓦片进行防护;若集中涌水量较大和压力较高、且围岩稳定性较好时，通过采取强制性引排措施后TBM设备可继续掘进，主要措施包括利用TBM配备的锚杆钻机或钻机打排水孔引排地下涌水，以及在做好排水的同时针对集中涌水点安装钢瓦片进行防

53、护；若突水、突泥，且来势猛、速度快、流量大时，人员需要立即撤离突水突泥位置，待其减退后再进行处理，TBM设备将停止掘进，待水量减退后清除淤泥，在采取防护处理措施；若在涌水的同时围岩稳定性较差或岩石破碎而不具备引排水条件时,则要通过采取注浆加固、堵水封闭掌子面、超前小导管支护、钢支撑、钢瓦片、挂网喷钢纤维混凝土、打排水孔等处理措施后再掘进，以控制围岩变形，否则地下涌水可能会造成工作面、侧壁的坍塌，以及可能会造成底板的膨胀变形。8。4 岩爆段掘进的处理岩爆-特点是存在出现岩块弹射的可能性，一旦发生,会危及到人员和设备的安全。通过典型岩爆点的统计看,岩爆多发生在距掌子面612m的范围内，掌子面开挖后

54、的520h是岩爆发生的高峰期，一般TBM设备在5h的时间里可掘进十几米，而这个距离和时间正好处于TBM设备的支护区域内，可及时采取多种支护手段有较为充分的时间进行处理，因此，适时进行地质预报，判断或探明可能发生岩爆的位置,对可能发生岩爆的洞段采取处理措施，不但保障了人员和设备的安全，而且对TBM设备掘进速度影响也会减小到最低，保持快速掘进的性能。9.TBM 掘进技术的展望从钻爆法技术发展到TBM 掘进技术，其发展的动力是来源于人们对快速、安全、文明隧洞施工的追求；同样，TBM 掘进技术的未来也将以此为动力而得到发展。因此，未来的TBM 应该在功能、造价、自动化程度及使用灵活性上优于目前的TBM

55、，并从根本上解决隧洞衬砌问题。从目前的发展趋势来看，TBM 可能走向两极化：一是造价低廉，功能单一， 适用于单一地质条件的TBM;二是造价昂贵，适用于复杂地质的多功能TBM ；同时，TBM 的动力装备也将进一步增强。从隧洞衬砌方面，目前与TBM 技术相配套的主要是预制砼管片衬砌技术，这是目前在隧洞需要加强支护条件下保证TBM 快速掘进的手段。随着TBM 掘进技术的不断发展和完善，它将为隧道工程的发展注入新的活力，加速公路、铁路、水利、水电、煤矿、城市交通等建设,为扩大人类生存空间，在时间上和空间上缩短人与人之间的距离做出贡献。五、盾构法施工工艺介绍5。1本工程盾构机选型及特点本工程盾构机的结构

56、及其性能简单介绍如下：(1）、盾构机类型：土压平衡盾构； （2）、开挖直径6。28米；（3）、重量：主机重量450 t （4)、长度：整机75米(含后配套长度），主机壳体长度7.895米；（5)、最小转弯半径200m；（6）、推力:最大推力39310kN； （7)、扭矩：最大扭矩5400 kNm;脱困扭矩6930kNm；（8）、速度:最大掘进速度80mm/min； 针对本工程长距离在软硬交错地层穿越的特点，结合有关专家的建议,我公司联合海瑞克公司对刀盘、螺旋输送系统、碴土改良系统等几方面进行了改进，使这两台盾构机具有长距离在软硬交错地层掘进的功能，能满足施工要求。改进主要包括以下几个方面：(1

57、)刀盘设计特点：面板式，中心安装中心双刃滚刀，加大了中心开口.加大刀盘的开口率到35%左右，特别加大了刀盘中心部位的开口率，使碴土在刀盘中心能顺畅进入土仓。刀具：初装刀包括4把中心17”双刃滚刀，26把17”单刃滚刀，8把铲刀和42把刮刀(宽度160mm，其中一把装有磨损探测装置)刀盘所有初装滚刀均可以与贝壳刀互换，对地层适应能力强。正面Hardox 耐磨板,外周区域堆焊耐磨层，外缘安装耐磨条。中心注射点中心回转单元带有4条泡沫管路和1条高压水冲洗水管，4条泡沫管路为开挖面注射添加剂，改良土质。高压水冲洗管道将在靠近刀盘的中间区域进行高压水冲洗。这将帮助改进渣土改良，有助于防止渣土在中间部分形

58、成泥饼。螺旋输送机耐磨保护鉴于成都区域地层较强的磨损力，而在工程项目种观察到最强的磨损发生在螺旋输送机的前面部分,海瑞克公司将在螺旋输送机的前3 节螺旋上增加通过栓接方式固定在螺旋上的耐磨保护板，其余螺旋输送机的前半段的叶片含有焊接的耐磨保护。在螺旋上以栓接方式固定的耐磨保护，设计从而易于更换。主驱动根据成都地铁1号线盾构隧道施工中的意见反馈，3 m的大主驱动可以提供较高的扭矩能力，因此我们将保留该项设计。由于主驱动尺寸较大,导致螺旋输送机的尺寸则受到限制,只能设计为800mm。但带伸缩功能的800mm 的螺旋输送机仍然能适应当前的地质情况。螺旋输送机上设有24个添加剂注入口，有利于减少碴土对

59、螺旋输送机的磨损和形成加强土塞效应，防止喷涌.5.2盾构法施工主要工艺介绍本工程盾构法施工主要施工工艺有：盾构端头加固技术； 盾构机组装及调试；盾构始发、到达；盾构推进及地表沉降控制；盾构注浆施工；小半径曲线隧道内盾构始发施工；盾构控制测量；盾构防水施工；5。2。1 盾构端头加固施工技术结合本工程地质条件及盾构端头地面环境,本工程盾构端头加固施工分别采用大管棚和地面袖阀管注浆加固技术.1)大管棚施作技术措施大管棚施工作技术主要用于塔子山公园站东端头，结合秀水园小区4、5号楼房屋基础加固施工。利用车站明挖基坑作管棚工作室。管棚孔口位置在盾构拱部开挖轮廓线外200mm位置布置，钢管环向中心间距400mm，外插角度12.钻机工作平台钢管支架上纵向长度6。0m。管棚安装钢管采用108，壁厚6mm的无缝钢管，分节安装。管棚分节为：3m2+4m=10m。两节之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长度大于150mm。相邻两根钢花管的接头要错接，其错接长度不小于1.0m.注浆钢管上钻注浆孔,孔径10mm，孔间距200mm，呈梅花形布置，钢管尾部2m不钻花孔作为止浆段.从管棚导向管按设计钻孔，钻孔时将钢管随钻头一起钻入地层内,当达到设计深度后停机.钻头用长约150mm的121钢管，并在钢管