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(jí)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(diǎn)。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?！娟P(guān) 鍵 詞】 錦屏TBM施工技術(shù)1. 施工概況錦屏二級(jí)電站由我聯(lián)合體采用TBM 法施工的3# 隧洞自樁號(hào)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(jī)布置形式，從進(jìn)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(jìn)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(diǎn)。本標(biāo)段的主體工程項(xiàng)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(duì)

3、完善西南電網(wǎng)及對(duì)四川災(zāi)后重建都具有十分重要的意義。本標(biāo)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(biāo)33333)（333333標(biāo)分(標(biāo)引引引引引 引引引引引引 分370607012385.20530640.508708070472.667標(biāo)C6與C與TBM 拆卸洞出發(fā)步進(jìn)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(biāo)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(jī)械原理、電子學(xué)原理、機(jī)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(jìn)、出渣及初期支護(hù)三個(gè)施工工序的基礎(chǔ)上來進(jìn)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(bào)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(jìn)油缸進(jìn)油，推動(dòng)刀盤掘進(jìn)當(dāng) 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(jī)掘進(jìn)系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)皮帶運(yùn)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(hù)超前錨桿支護(hù)噴混凝土加固掛網(wǎng)支護(hù)初期支護(hù)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(jī)進(jìn)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(bào)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(jìn)度或及時(shí)處理不存在不需要導(dǎo)向系統(tǒng)撐靴撐在巖壁推動(dòng)刀盤掘進(jìn)皮帶出渣行程完畢停止開挖II類圍巖隨機(jī)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(yùn)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(jī)車運(yùn)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(jìn)施工工藝框圖3.TBM 主要參數(shù)表TBM主機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。表 1 TBM 主機(jī)主要參數(shù)表序號(hào)名稱參數(shù)1機(jī)器類型硬巖單撐靴隧道掘進(jìn)機(jī)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(jìn)系統(tǒng)最大推進(jìn)能力35625kN 310 bar / 39584kN 350 bar開挖行程1850mm油缸數(shù)量4 個(gè)5刀盤驅(qū)動(dòng)類型電動(dòng)機(jī)械式，硬巖刀盤驅(qū)動(dòng)功

7、率4900kW，14 個(gè)水冷馬達(dá)，每個(gè) 350kW，變頻驅(qū)動(dòng)主軸承設(shè)計(jì)壽命15000h 根據(jù) ISO 281 L106撐靴系統(tǒng)類型浮動(dòng)撐靴撐靴撐力 ( 最大)98960kN 315bar / 109956kN 350bar油缸數(shù)量4 個(gè)油缸行程測量裝置2 個(gè)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(gè)油缸數(shù)量4 個(gè)尺寸280mm 220mm /行程 : 1750mm行程測量裝置數(shù)量2 個(gè)額定壓力350bar支撐力8620kN8電氣系統(tǒng)初級(jí)電壓10kV/ 50Hz電機(jī)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(dāng)其它電器設(shè)備IP65 或相當(dāng)（適用于 1/3包）其它電器設(shè)備IP55 或相當(dāng) （適用于 2/4包）9TBM皮帶輸送機(jī)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(jī)位置刀盤盾之外能力15 噸旋轉(zhuǎn)360驅(qū)動(dòng)類型液壓驅(qū)動(dòng)控制裝置刀盤盾后安裝的固定控制臺(tái)11環(huán)行定位安裝裝置 / 鋼筋網(wǎng)安裝器序號(hào)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(dòng)類型液壓驅(qū)動(dòng)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(gè)旋轉(zhuǎn)速度0 210min-1/ 個(gè)旋轉(zhuǎn)扭矩700Nm/個(gè)打錨桿的范圍360鉆機(jī)縱向行走2000mm14超前鉆探設(shè)備供給單元2 個(gè) ARO ADQ-5400（1 個(gè)在頂部， 1 個(gè)在底部）鉆進(jìn)/ 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(gè)（供 2 個(gè)鉆進(jìn)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(hào)名稱規(guī)格型號(hào)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(jī)套2輸入電壓400V輸入頻率5

10、0Hz能力383m/s3風(fēng)機(jī)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(dòng)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(jī)器最大壓力50bar套2- 泵泵 的液壓動(dòng)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(jī)能力11m3/min套2最大壓力13bar序號(hào)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(jī)頂部錨桿設(shè)備：超前鉆機(jī)滑12動(dòng)裝置規(guī)格型號(hào)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(dòng)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(jī)械最大桿直徑 (RD32)32mm適用于如前

12、述的 2 個(gè)超前鉆機(jī)和滑動(dòng)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(jī)和滑動(dòng)裝置的動(dòng)力單元頂部錨桿設(shè)備：超前鉆機(jī)和滑動(dòng)裝置的控制面板沖刷系統(tǒng)1潤滑系統(tǒng)1動(dòng)力單元輸入頻率50Hz動(dòng)力單元輸入電壓380-400V適用于如上述超前鉆機(jī)和滑動(dòng)設(shè)備、動(dòng)力單元適用于如前述的2 個(gè)超前鉆機(jī)和滑動(dòng)設(shè)備：液壓馬達(dá) ( 制2套1套214 頂部錨桿設(shè)備：環(huán)15 TBM主變壓器動(dòng))動(dòng)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(jìn)機(jī)主機(jī)及后配套技術(shù)說明海瑞克掘

13、進(jìn)機(jī)采用最新設(shè)計(jì)。所有刀具均為背裝式。刀具的檢查和更換在刀盤內(nèi)進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)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(jìn)行支護(hù)工作。穩(wěn)定可靠的無級(jí)變速電驅(qū)動(dòng)可以在通常條件下提供機(jī)器最大掘進(jìn)進(jìn)度以及液壓驅(qū)動(dòng)的所有優(yōu)點(diǎn)，如高扭矩、低速、遇到惡劣地質(zhì)條件時(shí)平穩(wěn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。支撐系統(tǒng)為單撐靴，為掘進(jìn)機(jī)提供穩(wěn)定和準(zhǔn)確的導(dǎo)向。掘進(jìn)過程中可操縱機(jī)器進(jìn)行調(diào)向，使掘進(jìn)精度更高。 在需要安裝鋼拱架或圍巖軟弱時(shí)， 支撐系統(tǒng)的撐緊壓力可隨推進(jìn)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(shí)單撐靴機(jī)構(gòu)在掘進(jìn)機(jī)頂部和下面為支護(hù)作業(yè)提供了更大空間。隧洞支護(hù)輔助系統(tǒng)（錨桿鉆機(jī)、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(jìn)機(jī)掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。變頻電機(jī)直接安裝于主軸承驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jìn)油缸在兩側(cè)連接主梁和撐靴機(jī)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(jī)皮帶機(jī)上。TBM主機(jī)部分由刀盤、主軸承驅(qū)動(dòng)組件及機(jī)頭架、主梁、撐靴、推進(jìn)油缸、后下支承、主驅(qū)動(dòng)密封及潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣設(shè)備、司機(jī)室、變壓器等組成。輔助設(shè)備：錨桿鉆機(jī)、超前鉆機(jī)、鋼拱架安裝器、混凝土初次噴射機(jī)構(gòu)、主機(jī)皮帶機(jī)。后配套系統(tǒng)包括若干單軌臺(tái)車和后配套皮帶機(jī)。主要由以下系統(tǒng)組成：橋式皮帶機(jī)、若干臺(tái)車、支

15、護(hù)設(shè)備、材料運(yùn)送、液壓系統(tǒng)、供排水、空壓機(jī)、通風(fēng)等，它能為掘進(jìn)機(jī)作業(yè)提供動(dòng)力電供應(yīng)、石渣轉(zhuǎn)運(yùn)、壓縮空氣供應(yīng)、供水、通訊等等。橋式皮帶機(jī)尾端的支點(diǎn)在第一節(jié)后配套臺(tái)車上，前端支承在掘進(jìn)機(jī)主梁上，它把石渣轉(zhuǎn)運(yùn)到后配套皮帶機(jī)上，在倒入連續(xù)皮帶機(jī)的受料斗。所有的臺(tái)車都由重載車輪支承，臺(tái)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(jī)車的進(jìn)出、方便材料的供應(yīng)，減少停工損失。5.TBM 施工方案針對(duì)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(jìn)行設(shè)備調(diào)試，最后爭取提前貫通。(2) 施工運(yùn)輸方案規(guī)劃：為充分

16、發(fā)揮 TBM設(shè)備的掘進(jìn)速度，保證長隧洞的出渣能力，出渣單獨(dú)采用連續(xù)皮帶機(jī)出渣方案；施工人員及材料、混凝土、配件采用軌道機(jī)車運(yùn)輸方案。(3) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案規(guī)劃： 開工前及 TBM設(shè)備掘進(jìn)調(diào)試期進(jìn)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(jìn)期跟進(jìn)短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)， 探測掌子面前方 50200m的地質(zhì)情況。(4)TBM 設(shè)備掘進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)度控制措施：將 TBM設(shè)備正常掘進(jìn)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(yán)格控制里程碑工序的竣工時(shí)間，保證整體工期的實(shí)現(xiàn)。 制定掘進(jìn)方向監(jiān)測預(yù)防保證措施，在隧道施工中，嚴(yán)格控制掘進(jìn)方向，由專門的測量人員對(duì)激光導(dǎo)向站點(diǎn)進(jìn)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(bào)的準(zhǔn)確度，針對(duì)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(yùn)用鉆孔、物探等探測設(shè)備和儀器，作出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，并及時(shí)進(jìn)行超前管棚加固或灌漿處理，以保證TBM設(shè)備掘進(jìn)

18、的順利進(jìn)行。 加強(qiáng)刀具、機(jī)器設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)，提高TBM設(shè)備掘進(jìn)的實(shí)際利用率。 對(duì)采取緊急應(yīng)急處理措施所需的機(jī)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(duì)項(xiàng)目部的所有人員進(jìn)行培訓(xùn)，做到人人負(fù)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(jī)械操作手、電氣工程師、機(jī)械工程師及管理工程師等多方面的技術(shù)人員。 合理地進(jìn)行零配件、易損機(jī)件和施工原材料的儲(chǔ)備，保證零配件和材料的及時(shí)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(qiáng)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(jìn)方向的控制極為重要，方向控制不當(dāng)，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(jìn)度，另一方面，會(huì)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(yán)格控制掘進(jìn)方向，將偏差控制在允許范圍內(nèi)：水平設(shè)計(jì)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(jìn)軸線與設(shè)計(jì)中心線的偏差。 確保做到掘進(jìn)前準(zhǔn)確定位，掘進(jìn)中嚴(yán)格操作，掘進(jìn)后適時(shí)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(jì)開發(fā)的。具有目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別功能及隧道推進(jìn)軟件的SLS-T APD導(dǎo)向系統(tǒng)能夠?yàn)樗淼谰蜻M(jìn)機(jī)的掘進(jìn)連續(xù)地提供最新的有關(guān)機(jī)器空間位置及方向的數(shù)據(jù)信息,TBM 司機(jī)通過對(duì)TBM進(jìn)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(jìn)。 SLS-T APD系統(tǒng)的主要的基準(zhǔn)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(shí)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(jī)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(jī)器前部的電子激光靶上。激光發(fā)射起點(diǎn)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(gè)新的站點(diǎn)。測量人員只需要測出全站儀所在的第一個(gè)站點(diǎn)的坐標(biāo), 以后放置全站儀的站點(diǎn)的坐標(biāo)由全站儀的SLS-TAPD 功能自動(dòng)確定。5.3 TBM 掘進(jìn)5.3.1施工工序流程TBM設(shè)備掘進(jìn)施工工序流程見圖5。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是不良地質(zhì)體超前處理是否實(shí)施超否導(dǎo)軌鋪設(shè)卸渣出渣掘進(jìn)初期支護(hù)（包括底部清渣）換步、調(diào)向超過 50m50m內(nèi)進(jìn)入下一掘進(jìn)循環(huán)圖 5 TBM 設(shè)備掘進(jìn)施工工序流程框圖5.3.2掘進(jìn)參數(shù)的選擇 掘進(jìn)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(jìn)兩種。

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

23、掘進(jìn)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(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的振動(dòng)，所以推力和扭矩的變化范圍大，必須選擇手動(dòng)控制模式，并密切觀察扭矩變化。a. 此類圍巖下掘進(jìn)，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(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)密切觀察，隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)速度。若遇到振動(dòng)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(jìn)速度，待振動(dòng)減少并恢復(fù)正常后，再將刀盤轉(zhuǎn)換到高速掘進(jìn)。b. 掘進(jìn)時(shí)，即使扭矩和推力都未達(dá)到額定值，也會(huì)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(shí)也使主軸承和主大梁產(chǎn)生偏載。所以要密切觀察掘進(jìn)參

24、數(shù)與巖石變化。當(dāng)扭矩和推力大幅度變化時(shí)，應(yīng)盡量降低掘進(jìn)速度，控制在30左右，以保護(hù)刀具和改善主軸承受力，必要時(shí)停機(jī)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(jìn)時(shí)應(yīng)以自動(dòng)扭矩控制模式為主選擇和調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，同時(shí)應(yīng)密切觀察扭矩變化、電流變化及推進(jìn)力值和圍巖狀況。a. 掘進(jìn)參數(shù)選擇：電機(jī)選用低速，掘進(jìn)速度開始為20，等圍巖變化趨于穩(wěn)定后，推進(jìn)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(jī)的出渣情況：當(dāng)皮帶機(jī)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(shí)，應(yīng)降低掘進(jìn)速度，控制貫入度。當(dāng)皮帶機(jī)上出現(xiàn)大量塊體，并連續(xù)不斷成堆向

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

26、行程施工啟動(dòng)膠帶運(yùn)輸機(jī)收 回 后 支撐圖 6TBM設(shè)備掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)步驟流程框圖 作業(yè)開始， 支撐部分相對(duì)于工作部分處在前位，撐靴撐緊洞壁， 此時(shí)， TBM設(shè)備已完全找正，后支撐提起，切削盤轉(zhuǎn)動(dòng)，推進(jìn)液壓缸伸出，推動(dòng)工作部分前移一個(gè)行程。 掘進(jìn)行程終了，準(zhǔn)備換步，此時(shí)，切削盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，后支撐伸出抵到洞底上以承受TBM設(shè)備主機(jī)的后端重力，水平支撐油缸收回。 推進(jìn)油缸主支撐回縮，支撐部分自由地準(zhǔn)備換步，這由推進(jìn)液壓缸反向供油，使活塞桿縮回，帶動(dòng)水平撐靴及外機(jī)架向前移動(dòng)。 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(dòng)刀盤，切削盤又一次旋轉(zhuǎn)，TBM設(shè)備準(zhǔn)備進(jìn)行下

27、一個(gè)循環(huán)。5.4.2 TBM 設(shè)備掘進(jìn)換步原理及步驟 換步原理：換步是根據(jù)推進(jìn)油缸的行程進(jìn)行的，即推進(jìn)油缸推進(jìn)一個(gè)行程，TBM設(shè)備就破巖掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)行程，每個(gè)循環(huán)行程約1.80m，循環(huán)行程結(jié)束后即進(jìn)行換步作業(yè)。當(dāng)一個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)停止掘進(jìn)，刀盤后退23cm，放下主機(jī)后支撐，將主機(jī)支撐牢固后，收回水平撐靴，前移水平撐靴一個(gè)循環(huán)的距離，然后根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的主機(jī)位置參數(shù)進(jìn)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(jī)后支撐，拖動(dòng)后配套并前移一個(gè)循環(huán)的距離后，即可接著進(jìn)行下一循環(huán)的掘進(jìn)作業(yè)。當(dāng)后配套的輔助作業(yè)工作量較少時(shí)，主機(jī)移動(dòng)與后配套可根據(jù)具體情況同步進(jìn)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(jìn)推進(jìn)，見圖8。圖 8 掘進(jìn)推進(jìn)第三步：掘進(jìn)行程完成后，進(jìn)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(jìn)行下一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，見圖10。圖 10 收回?fù)窝デ耙?簡潔換步措施在 TBM設(shè)備換步期間，為縮短換步時(shí)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(jìn)行程結(jié)束前的最后幾分鐘或開始掘進(jìn)時(shí)的前幾分鐘進(jìn)行，或在圍巖較好的地層，主機(jī)移動(dòng)與后配套同步進(jìn)行；加強(qiáng)類圍巖的支護(hù)施工效率，盡量在一個(gè)行程內(nèi)完成初期支護(hù)及鋪設(shè)鋼軌的施工任務(wù)，減少輔助施工延遲占用時(shí)間；加

29、強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，嚴(yán)格控制掘進(jìn)施工方向，縮短TBM設(shè)備方向找正的調(diào)整時(shí)間；在皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)的過程中，可同時(shí)啟動(dòng)刀盤聲光報(bào)警系統(tǒng)；在換步期間，操作員要嚴(yán)于職守，在盡可能縮短換步時(shí)間的前提下，嚴(yán)格按操作程序作業(yè)，提高掘進(jìn)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(shí)間約5min。5.4.3正常掘進(jìn)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(shí)用楔塊油缸將側(cè)支撐的位置牢牢鎖定，并將推進(jìn)反作用力傳給洞壁， 掘進(jìn)的水平方向鎖定， 同時(shí)調(diào)整前支撐， 將掘進(jìn)的垂直方向 （即坡度）鎖定。 水平撐靴定位以后，推進(jìn)推力油缸并轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤開始掘進(jìn)。掘進(jìn)時(shí)，刀盤上的每一個(gè)滾刀產(chǎn)生推進(jìn)

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(qiáng)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(jìn)油缸提供，推進(jìn)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(jìn)油缸的推力傳遞到洞壁，刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的反扭矩由機(jī)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(jìn)的工作行程結(jié)束，初步支護(hù)工作完成后，撐靴將收回，這

31、時(shí)，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(dòng)到新的掘進(jìn)位置。當(dāng)推進(jìn)行程結(jié)束時(shí)，水平支撐油缸縮進(jìn)，此時(shí)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(gè)新的推進(jìn)行程。5.4.4刀具更換TBM設(shè)備在掘進(jìn)過程中，由于刀具對(duì)巖石的不斷切削，會(huì)造成刀具磨損嚴(yán)重，進(jìn)而影響施工進(jìn)度與質(zhì)量，為此必須嚴(yán)格按照供應(yīng)商的刀具更換指南上的要求，當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度時(shí)要進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和更換。根據(jù)大伙房 TBM施工經(jīng)驗(yàn)，每天每班要派專人及時(shí)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(jìn)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(shí)處理。通過刀盤前方的噴嘴座上裝有的噴水嘴，噴射水霧對(duì)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行控制。根據(jù)地層條件的要求，對(duì)作業(yè)面上的噴射水量可以進(jìn)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(jī)和吸塵器，進(jìn)行粉塵清理。5.4.6注意事項(xiàng) 支撐與洞壁一定要完全接觸，由于刀盤的穩(wěn)定對(duì)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(gè)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(jìn)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(jìn)時(shí)，通過噴射水霧來降低刀具的溫度，并抑制粉塵的擴(kuò)散，因此要經(jīng)常、及時(shí)地對(duì)噴嘴進(jìn)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(shí)，塌方較大的地方可能進(jìn)行手動(dòng)噴射填實(shí)，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(shí)，對(duì)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(jìn)，進(jìn)而減小機(jī)體的震動(dòng)，保證施工安全、控制掘進(jìn)速度。 因 TBM設(shè)備掘進(jìn)時(shí)， 抑制粉塵擴(kuò)散和冷卻刀具均需要消耗大量的水，并且在掘進(jìn)過程中還可能遇到洞壁涌水，這些積水過多

34、時(shí)會(huì)將刀座淹沒，此時(shí)需根據(jù)水位傳感器收集的信號(hào)及時(shí)啟動(dòng)機(jī)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(jìn)不受影響。 在每天預(yù)留的檢修時(shí)間內(nèi)，需對(duì)刀盤、支撐系統(tǒng)等重要部位的螺栓、連接裝置及液壓推進(jìn)系統(tǒng)的供油管路等進(jìn)行檢查，將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。 檢修期間內(nèi)，需對(duì)刀盤刀具的數(shù)量及磨損情況進(jìn)行認(rèn)真檢查，合理安排刀具的更換。 注意掘進(jìn)方向的控制與調(diào)整：對(duì)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(dòng)，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(dòng)，從而實(shí)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(duì)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(dāng)斜缸伸長時(shí)，大梁相對(duì)于水平支撐油缸升高， TBM設(shè)備機(jī)器向下掘進(jìn)；相反，當(dāng)斜缸縮進(jìn)時(shí)，大梁相對(duì)于水平支撐油缸下降， TBM設(shè)備則向上掘進(jìn)。因此，要控制好前進(jìn)軸線方向，避免偏斜。 掘進(jìn)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(shí)采取措施，以保障施工的正常進(jìn)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(jìn)距離長，加上TBM設(shè)備掘進(jìn)速度快，必須采用皮帶機(jī)連續(xù)出碴。 TBM設(shè)備出渣設(shè)備采用與主機(jī)配套的全套連續(xù)皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主皮帶驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置（皮帶儲(chǔ)存?zhèn)}）、皮帶、輔助驅(qū)動(dòng)裝置、皮帶返程輔助驅(qū)動(dòng)裝置和皮帶支

36、架及上、下托輥，可移動(dòng)的皮帶機(jī)尾部，見圖11。根據(jù)本工程的需要，連續(xù)皮帶機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表3。皮帶驅(qū)動(dòng)裝置皮帶延伸裝置皮帶存儲(chǔ)及張緊裝置皮帶驅(qū)動(dòng)助力裝置后配套拖車圖 11隧洞連續(xù)皮帶輸送機(jī)整體示意圖表 3 連續(xù)皮帶機(jī)技術(shù)參數(shù)表項(xiàng)目類型帶 寬帶 速能力TBM皮帶機(jī)槽形皮帶1400mm0-3 m s1800th后配套皮帶機(jī)槽形皮帶1400mm0-3.5m s1800th主洞連續(xù)皮帶機(jī)槽形皮帶1200mm0-3.5m s1800th5.5.2石渣運(yùn)輸出渣系統(tǒng)的一端位于 TBM設(shè)備主機(jī)大梁內(nèi)，并向后延伸至整個(gè)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(yùn)輸系統(tǒng)。因出渣距離較長，根據(jù)施工實(shí)際需要，將可移動(dòng)的皮帶機(jī)安放在一輛重型后配套臺(tái)車上，依靠液壓油缸將皮帶機(jī)尾部與后配套皮帶機(jī)系統(tǒng)對(duì)接，使石渣通過移動(dòng)皮帶機(jī)輸出至主洞皮帶機(jī)上，轉(zhuǎn)至東引 2# 施工支洞內(nèi)的出渣皮帶機(jī)上運(yùn)到模薩溝渣場。石渣轉(zhuǎn)運(yùn)見圖12。主洞皮帶發(fā)包人皮帶圖 12石渣轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖6.TBM 初期支護(hù)TBM初期支護(hù)使用TBM設(shè)備后配套配置的錨桿鉆機(jī)、超前鉆機(jī)、混凝土拌合及輸送泵、混凝土噴射機(jī)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(dòng)裝置和遙控裝置配合完成作業(yè)。6.1錨桿支護(hù)3#引水洞支護(hù)所有錨桿多為砂漿式錨桿。同時(shí)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(jī)完成，TBM主機(jī)上在刀盤后方和主機(jī)尾部分別安裝2 臺(tái)AtlasCopco cop1838型鉆機(jī)，鉆孔直徑可達(dá)33 64mm。安裝在刀盤后方的鉆機(jī)跟隨TBM掘進(jìn)同步施工，后部的鉆機(jī)對(duì)前方可能遺漏或者無法順利進(jìn)行施工的區(qū)域完成鉆孔。四臺(tái)鉆機(jī)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(jìn)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(jī)鉆孔，為使鉆孔直且鉆徑精確，采用十字鉆頭鉆孔。對(duì)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(jī)，開動(dòng)鉆機(jī)。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(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)為止）。 卸去鉆機(jī)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(jī)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(shí)進(jìn)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(shí)，水泥漿的收縮率少。根據(jù)實(shí)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(shí)將初步拌和的水泥漿放入注漿泵的進(jìn)料器中。開動(dòng)泵工作后，注漿前將進(jìn)料器中的全部漿液通過泵泵回到進(jìn)料器中，使泥漿體通過泵充分拌和后再行錨桿注漿。當(dāng)錨桿向上安裝時(shí)，即向隧道拱部安裝時(shí)，注漿液從注漿管進(jìn)漿，漿體逐漸充溢鉆孔并向上流動(dòng)，注漿體從漲殼錨固頭尾端進(jìn)漿，此時(shí)中空錨桿體的空腔成為排氣道。當(dāng)錨桿向下安裝時(shí)，中空錨桿體為進(jìn)漿道，塑料管為排氣道注漿時(shí)，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(shí)停止注漿。6.1.3自鉆式中空注漿錨桿的施工特點(diǎn)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(jī)鉆孔，為使鉆孔直且鉆徑精確，采用十字鉆頭鉆孔。對(duì)于 25 錨桿，鉆頭使用 42mm 46mm。 錨桿現(xiàn)場裝配：按設(shè)計(jì)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(shí)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