第3：西秦嶺隧道連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌施工技術(shù)-徐雙永教材

1、西秦嶺隧道連續(xù)皮帶機(jī)出碴西秦嶺隧道連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌施工技術(shù)同步襯砌施工技術(shù) 蘭渝鐵路有限責(zé)任公司 徐雙永目目 錄錄v1.1.前言前言 v2.2.工程概況工程概況v3.3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBMTBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題同步襯砌需要解決的問(wèn)題v4.4.同步襯砌的總體方案同步襯砌的總體方案v5.5.同步襯砌施工的關(guān)鍵技術(shù)同步襯砌施工的關(guān)鍵技術(shù)v6.6.同步襯砌工藝流程同步襯砌工藝流程v7.7.總結(jié)總結(jié)1. 1. 前言前言v TBM全稱為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，分為硬巖和軟巖全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)。蘭渝鐵路西秦嶺隧道使用的是全斷面隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)，出碴方式為連續(xù)皮帶機(jī)出碴，即通過(guò)集中電機(jī)

2、驅(qū)動(dòng)，使皮帶在支架上連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，裝于皮帶上的隧道碎碴運(yùn)出洞外的方式。v TBM同步襯砌指在TBM掘進(jìn)后方，在不干擾前方TBM施工的情況下，基本與TBM掘進(jìn)速度相同進(jìn)行砼作業(yè)。1.1 TBM及同步襯砌簡(jiǎn)述1.2 TBM的應(yīng)用發(fā)展 國(guó) 外130多年前第一臺(tái)巖石掘進(jìn)機(jī)誕生。上世紀(jì)五十年代迅速發(fā)展。上世紀(jì)九十年代50.5KM英法海峽隧道的建成，TBM在國(guó)外已廣泛應(yīng)用，有些發(fā)達(dá)國(guó)家明確規(guī)定3KM以上的隧道應(yīng)使用TBM施工。 國(guó) 內(nèi)1991年甘肅引大入秦工程中，雙護(hù)盾TBM直徑5.53米是第一次使用。1993年山西萬(wàn)家寨引黃入晉南線4、5、6、7號(hào)洞使用5臺(tái)直徑4.88米的掘進(jìn)機(jī)施工，后于1994年7月引進(jìn)

3、當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的全斷面雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)機(jī)，直徑6.125米。1985年，廣西隆林天生橋隧道從羅賓斯引進(jìn)二手TBM直徑10.8米，為中國(guó)第一臺(tái)。1998秦嶺隧道使用德國(guó)TB880-ETBM直徑8.8米，是鐵路上第一次使用TBM。進(jìn)入二十一世紀(jì)TBM在中國(guó)應(yīng)用廣泛，尤其是鐵路，在磨溝嶺、桃花鋪、中天山、西秦嶺均使用。1.3 TBM1.3 TBM同步襯砌的意義同步襯砌的意義國(guó) 外TBM同步襯砌TBM施工起步早，但基于圍巖均為硬巖，穩(wěn)定性較好，一般采用先掘進(jìn)，掘進(jìn)完成后再進(jìn)行襯砌施工，工期較長(zhǎng)。 國(guó)內(nèi)TBM同步襯砌引進(jìn)初期，與國(guó)外一樣均采用先掘進(jìn)后襯砌，如引水隧洞、秦嶺隧道，工期均較長(zhǎng)。遼寧大火房輸水隧道

4、（是皮帶機(jī)出碴），對(duì)同步襯砌進(jìn)行了初步探討。中天山隧道進(jìn)行了TBM同步襯砌，但出碴方式為機(jī)車運(yùn)輸。 結(jié)論：連續(xù)皮帶機(jī)出碴下TBM同步襯砌在國(guó)內(nèi)外均無(wú)先例，TBM同步襯砌不僅可以提高效率，縮短工期，還可以節(jié)約成本。西秦嶺隧道同步襯砌的意義 解決工期問(wèn)題：該工程為線路控制性工程，它的建成標(biāo)志著全線的建成。該隧道總工期61.5個(gè)月，準(zhǔn)備及掘進(jìn)需要47個(gè)月。 預(yù)防安全隱患：隧道穿越地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，穿越高地應(yīng)力地層，時(shí)間久后易變形，及時(shí)進(jìn)行同步襯砌可預(yù)防安全隱患。 科技領(lǐng)先：在TBM施工領(lǐng)域內(nèi)，創(chuàng)造出一種先進(jìn)工法。2.1西秦嶺隧道地理位置圖2.工程概況工程概況2.工程概況工程概況西秦嶺隧道位于甘肅省隴

5、南市武都區(qū)境內(nèi)西秦嶺隧道位于甘肅省隴南市武都區(qū)境內(nèi)2.2西秦嶺隧道地質(zhì)情況示意圖 進(jìn)口段鉆爆施工，屬泥盆系千枚巖和砂質(zhì)千枚巖，進(jìn)口段鉆爆施工，屬泥盆系千枚巖和砂質(zhì)千枚巖，、級(jí)圍巖為主；出口級(jí)圍巖為主；出口段段TBM施工，屬下元古界砂質(zhì)千枚巖和變質(zhì)砂巖，施工，屬下元古界砂質(zhì)千枚巖和變質(zhì)砂巖，級(jí)圍巖為主；級(jí)圍巖為主；F6區(qū)域斷層帶區(qū)域斷層帶位于進(jìn)口段，長(zhǎng)約位于進(jìn)口段，長(zhǎng)約900m，其它個(gè)別斷層合計(jì)約，其它個(gè)別斷層合計(jì)約1400m，為，為級(jí)圍巖。級(jí)圍巖。：、，。2.3西秦嶺隧道平面示意及標(biāo)段劃分圖 1標(biāo)段基本為右線，由中鐵標(biāo)段基本為右線，由中鐵18局施工，局施工，2標(biāo)段為左線，由中鐵隧道局施工。標(biāo)段

6、為左線，由中鐵隧道局施工。2.4西秦嶺隧道TBM施工標(biāo)準(zhǔn)隧道建筑限界采用200km/h客貨共線鐵路雙層集裝箱運(yùn)輸建筑限界高7.86m，寬9.10m目前TBM施工進(jìn)展情況時(shí)間西秦嶺XQLS1標(biāo)（右線）西秦嶺XQLS2標(biāo)（左線）TBM掘進(jìn)同步襯砌TBM掘進(jìn)（m）同步襯砌（m）2010年7月19194.32010年8月2583582010年9月34196465992010年10月6021525621472010年11月6083915834012010年12月6344567695122011年1月3784081583542011年2月4173305403912011年3月428385599438201

7、1年4月4683688235532011年5月534458542.7493平均月進(jìn)尺平均月進(jìn)尺466.8466.8338338508.5508.5377377合計(jì)合計(jì)466846683044304455945594338833883.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題難題一： 臺(tái)車、工作臺(tái)架軌道放于何處行走。如放在運(yùn)輸線路的外軌線上將影響運(yùn)輸；如放在運(yùn)輸線軌道以外，將另放軌道，且臺(tái)車、工作臺(tái)架橫梁下的空間應(yīng)保證運(yùn)輸車輛通行。運(yùn)輸外軌另放軌道3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題難題二： 襯砌如何分部施工，使襯砌臺(tái)車有施工的空間，并且所分布結(jié)構(gòu)符合施工規(guī)范要求。難題三： 臺(tái)車及工

8、作臺(tái)架如何穿越連續(xù)皮帶機(jī)，穿越時(shí)如何支托連續(xù)皮帶機(jī)、通風(fēng)管、電纜及通信線，保證施工連續(xù)進(jìn)行。3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題襯砌臺(tái)車需要穿越的部分電纜及通信線通風(fēng)管皮帶機(jī)3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題難題四：臺(tái)車、臺(tái)架結(jié)構(gòu)安全性。難題五： 臺(tái)車及工作臺(tái)架行走的效率如何提高。在臺(tái)車、工作臺(tái)架平行作業(yè)且間距不大于3米時(shí)，采用何種設(shè)備保證連續(xù)皮帶機(jī)支撐。3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題難題六：襯砌布置。安排多少臺(tái)車能保證速度，符合工期要求。3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題難題七： 砼運(yùn)輸?shù)慕M織。 TBM掘進(jìn)時(shí)需要運(yùn)輸仰拱預(yù)制塊、支護(hù)材料、鋼軌

9、、運(yùn)出廢渣，混凝土也有大量的運(yùn)輸任務(wù)，如何在不影響前方TBM掘進(jìn)運(yùn)輸?shù)那闆r下保證同步襯砌混凝土運(yùn)輸及泵送入模，是同步襯砌需要解決的難題。3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問(wèn)題4 4、同步襯砌總體施工方案、同步襯砌總體施工方案 根據(jù)在TBM施工的秦嶺隧道、磨溝嶺隧道和中天山隧道中的施工經(jīng)驗(yàn)，襯砌臺(tái)車走行軌利用仰拱預(yù)制塊上的外軌，模板臺(tái)車下采用浮放道岔使原來(lái)雙線運(yùn)輸?shù)雷儞Q為單線運(yùn)輸?shù)?。該種方式存在空間小、運(yùn)輸過(guò)臺(tái)車?yán)щy。經(jīng)過(guò)充分的研究，采用如下方案： 襯砌臺(tái)車及作業(yè)臺(tái)架通過(guò)尺寸優(yōu)化，采用不占用仰拱預(yù)制塊上運(yùn)輸軌道的方案，在邊墻基礎(chǔ)水溝底上另設(shè)走行軌道；臺(tái)車及作業(yè)臺(tái)架下部?jī)艨諠M足雙線機(jī)車通行

10、要求；風(fēng)管設(shè)在臺(tái)車及作業(yè)臺(tái)架中上部的圓形托盤(pán)中滑行，不影響隨時(shí)通風(fēng)的需要。 在臺(tái)車、作業(yè)臺(tái)架上設(shè)托架軸承滑道做為臺(tái)車行走、皮帶機(jī)支撐拆除后的出碴皮帶機(jī)支撐，使臺(tái)車、臺(tái)架無(wú)論行走還是作業(yè)均不影響皮帶機(jī)出碴。 TBM掘進(jìn)所需的水管在預(yù)制塊上的水溝穿行，不影響其它作業(yè)。 在臺(tái)車、作業(yè)臺(tái)架皮帶機(jī)另一側(cè)第一平層上設(shè)滾筒托架，使通訊、電力線路不影響臺(tái)車、臺(tái)架的作業(yè)與行走。 在前作業(yè)臺(tái)架與襯砌臺(tái)車之間、在后修補(bǔ)臺(tái)架之后設(shè)拉門(mén)式支撐臺(tái)架，使臺(tái)架、臺(tái)車行走后所留空間通過(guò)支撐臺(tái)架拉伸支撐皮帶出碴，在臺(tái)車砼灌注時(shí)再邊收縮支撐臺(tái)架邊固定皮帶機(jī)支撐托架，如此既不影響皮帶機(jī)出碴，又不影響臺(tái)車行走就位，達(dá)到真正的同步。 考

11、慮TBM及后配套長(zhǎng)度、邊墻基礎(chǔ)施作空間及強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)等因素，同步襯砌臺(tái)車在TBM掘進(jìn)面后1.0km左右進(jìn)行襯砌。同步襯砌臺(tái)車長(zhǎng)16.5m，因掘進(jìn)速度快于一個(gè)臺(tái)車砼同步襯砌速度，采用2部臺(tái)車，臺(tái)車間距以不相互影響為原則。 砼在洞外拌和站集中生產(chǎn)，軌行式砼運(yùn)輸車運(yùn)輸，泵送入模，插入式振搗器搗固密實(shí)，混凝土到達(dá)強(qiáng)度后拆模養(yǎng)護(hù)。 洞內(nèi)運(yùn)輸采用雙線，襯砌段每500m、已襯段每1km設(shè)渡線道岔。 其他防水、鋼筋綁扎、砼入模等與鉆爆法中使用的工藝相同。 5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.15.1臺(tái)車臺(tái)架尺寸設(shè)計(jì)臺(tái)車臺(tái)架尺寸設(shè)計(jì) 臺(tái)車、工作臺(tái)架軌道放于邊墻基礎(chǔ)上，下方尺寸滿足雙線運(yùn)輸通行要求。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù)

12、 5.15.1臺(tái)車臺(tái)架尺寸設(shè)計(jì)臺(tái)車臺(tái)架尺寸設(shè)計(jì) 組裝的TBM同步襯砌臺(tái)車 5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.2 5.2 襯砌分部施工襯砌分部施工 根據(jù)斷面的設(shè)計(jì)及施工總體方案中臺(tái)車采用另設(shè)軌道的形式，襯砌分為邊墻基礎(chǔ)施工及拱墻襯砌兩部分。先施工邊墻基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度后鋪放軌道，移動(dòng)臺(tái)架臺(tái)車就位，再行施工拱墻。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.3 5.3 襯砌臺(tái)車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線襯砌臺(tái)車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線 將臺(tái)車橫梁設(shè)于皮帶機(jī)的標(biāo)高處，并在其上設(shè)滑道軸承托架，以支撐皮帶機(jī)，臺(tái)車橫梁間距不大于2米以保證皮帶機(jī)的支撐剛度。在臺(tái)車范圍內(nèi)設(shè)皮帶機(jī)防護(hù)罩以保證臺(tái)車操作人員的安全。

13、5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.3 5.3 襯砌臺(tái)車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線襯砌臺(tái)車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線 在臺(tái)車、工作臺(tái)架上部設(shè)置專門(mén)的通風(fēng)滑道，滑道內(nèi)采用橡膠墊以保證風(fēng)道能自由滑行。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.3 5.3 襯砌臺(tái)車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線襯砌臺(tái)車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線 在臺(tái)車、作業(yè)臺(tái)架皮帶機(jī)另一側(cè)第一平層上設(shè)滾筒托架，使通訊、電力線路不影響臺(tái)車、臺(tái)架的作業(yè)與行走。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.4 5.4 臺(tái)車、工作臺(tái)架的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性臺(tái)車、工作臺(tái)架的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性 經(jīng)檢算：臺(tái)車、工作臺(tái)架的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性符合要求，襯砌臺(tái)車所受浮力完全可以用臺(tái)車

14、自重抵抗，不需要另加措施。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.5 5.5 提高臺(tái)車及工作臺(tái)架的工作效率提高臺(tái)車及工作臺(tái)架的工作效率 在防水臺(tái)架與臺(tái)車之間、臺(tái)車與后工作臺(tái)架之間各布置一個(gè)伸縮式支架，伸縮支架長(zhǎng)度拉開(kāi)36m，壓縮后18m。伸縮支架每3m為一個(gè)單元，共5個(gè)單元，該項(xiàng)單元采用工字鋼制作成鋼性支架，單元與單元之間采用3m鋼鏈軟連接及鋼管撐硬連接兩種連接。 拉門(mén)式支架的作用：要想使襯砌臺(tái)車速度加快，就必須將皮帶機(jī)支架拆裝的時(shí)間壓縮。工作臺(tái)架、襯砌臺(tái)車一般不可能同步移動(dòng)，它們之間存在一組到二組的空間，并且這個(gè)空間是變化的數(shù)。拉門(mén)式支架就是通過(guò)能伸能壓的結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)臺(tái)架、臺(tái)車不同步移動(dòng)，留出空間支撐出

15、碴皮帶機(jī)，它的使用將皮帶機(jī)支架拆裝、皮帶機(jī)支托的影響徹底解除，達(dá)到任何臺(tái)架、臺(tái)車隨時(shí)移動(dòng)與工作，與普通段襯砌相同。使用中的前工作臺(tái)架TBM同步襯砌臺(tái)車及拉門(mén)式支架 5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.65.6襯砌臺(tái)車布置襯砌臺(tái)車布置 考慮TBM及后配套長(zhǎng)度、邊墻基礎(chǔ)施作空間及養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸組織調(diào)配等因素，TBM段同步襯砌臺(tái)車宜在TBM掘進(jìn)面后1.0km左右施工，同步襯砌臺(tái)車長(zhǎng)16.5m。因掘進(jìn)速度快于一個(gè)臺(tái)車砼同步襯砌速度，所以，前期TBM施工段采用2部臺(tái)車，預(yù)備洞段采用1部可變徑的臺(tái)車，待到預(yù)備洞襯砌完成后變徑進(jìn)入TBM施工段完成剩余的洞室段落。臺(tái)車與臺(tái)車之間間距還要按互不影響原則布置，兩臺(tái)車間距1k

16、m左右為宜，以便運(yùn)輸組織 。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.75.7混凝土的運(yùn)輸組織混凝土的運(yùn)輸組織 為了便于洞內(nèi)雙線有軌運(yùn)輸，每500m設(shè)一渡線道岔，在澆筑襯砌時(shí)段封閉一條線，前方TBM所需物料通過(guò)另一條線運(yùn)輸。已襯砌地段為了加快道岔部位的運(yùn)輸速度,每間隔一副道岔拆除一副，道岔間距變?yōu)?000m。由于運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，單罐運(yùn)輸效率較低，加快砼襯砌速度，采用雙罐或三罐運(yùn)輸，由于砼車必須在最前方才能輸送入砼輸送泵，此時(shí)可在道岔處來(lái)回調(diào)車調(diào)整換位。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.7混凝土的運(yùn)輸組織 為減少襯砌時(shí)泵送及運(yùn)輸長(zhǎng)時(shí)間占道，影響前方TBM運(yùn)輸，經(jīng)與混凝土泵廠家共同研究設(shè)計(jì)能放于混凝土邊墻基礎(chǔ)的輸送

17、泵（該泵已獲得國(guó)家專利），該種形式減少了混凝土泵的長(zhǎng)時(shí)間占道，并且在長(zhǎng)距離的兩罐或三罐運(yùn)輸時(shí)，減少了換道調(diào)位的時(shí)間?；炷凛斔捅酶倪M(jìn)：5.85.8通訊、電力設(shè)備的布設(shè)通訊、電力設(shè)備的布設(shè)v 通訊線路與電力線路分別通過(guò)托架固定于隧道側(cè)洞壁上，在經(jīng)過(guò)臺(tái)車、臺(tái)架時(shí)將線路改至托架滑輪內(nèi)穿過(guò)，這樣就不會(huì)對(duì)通訊和電力線路造成影響。因隧道過(guò)長(zhǎng)，TBM采用20KV高壓進(jìn)洞方式，其它采用10KV高壓進(jìn)洞方式，TBM范圍內(nèi)有專用的變壓器，在二襯臺(tái)車處設(shè)置一臺(tái)可移動(dòng)式變壓器降低電壓，這樣就可以滿足二次襯砌臺(tái)車行走和泵送混凝土?xí)r所需的電量。v 隨著隧道的延伸，通信成為運(yùn)輸組織的關(guān)鍵因素，采用無(wú)線對(duì)講、洞內(nèi)設(shè)移動(dòng)基站無(wú)

18、線通信、關(guān)鍵處設(shè)置有線電話等三種聯(lián)絡(luò)方式。關(guān)鍵部位設(shè)監(jiān)控?cái)z像頭，在洞口調(diào)度室集中監(jiān)控調(diào)度。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù)5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù)5.8通訊、電力設(shè)備的布設(shè)通訊、電力設(shè)備的布設(shè)對(duì)講機(jī)通信洞口調(diào)度室集中監(jiān)控調(diào)度洞內(nèi)移動(dòng)基站無(wú)線通信6 6、同步襯砌施工工藝流程圖同步襯砌施工工藝流程圖v 7.總結(jié) 1、該技術(shù)的使用，克服了TBM出碴皮帶機(jī)、通風(fēng)管、電纜通信線、材料運(yùn)輸?shù)母蓴_，使TBM施工在皮帶機(jī)出碴情況下，實(shí)現(xiàn)了同步進(jìn)行襯砌，縮短了施工工期，節(jié)約了工程成本。從完成的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在扣除前兩個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)摸索適應(yīng)的進(jìn)度外，在完成第一階段掘進(jìn)段時(shí)同步襯砌7個(gè)月完成3142米，月平均達(dá)449米，達(dá)到了施組要求的450米月指標(biāo)，成功實(shí)現(xiàn)了不影響前方掘進(jìn)時(shí)進(jìn)行同步襯砌。