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題同步襯砌需要解決的問題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，即通過集中電機(jī)

2、驅(qū)動，使皮帶在支架上連續(xù)運轉(zhuǎn)，裝于皮帶上的隧道碎碴運出洞外的方式。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及同步襯砌簡述1.2 TBM的應(yīng)用發(fā)展 國 外130多年前第一臺巖石掘進(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在國外已廣泛應(yīng)用，有些發(fā)達(dá)國家明確規(guī)定3KM以上的隧道應(yīng)使用TBM施工。 國 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年山西萬家寨引黃入晉南線4、5、6、7號洞使用5臺直徑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，為中國第一臺。1998秦嶺隧道使用德國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 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。 國內(nèi)TBM同步襯砌引進(jìn)初期，與國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。遼寧大火房輸水隧道

4、（是皮帶機(jī)出碴），對同步襯砌進(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)車運輸。 結(jié)論：連續(xù)皮帶機(jī)出碴下TBM同步襯砌在國內(nèi)外均無先例，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個月，準(zhǔn)備及掘進(jìn)需要47個月。 預(yù)防安全隱患：隧道穿越地質(zhì)條件相對復(fù)雜，穿越高地應(yīng)力地層，時間久后易變形，及時進(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，、級圍巖為主；出口級圍巖為主；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，級圍巖為主；級圍巖為主；F6區(qū)域斷層帶區(qū)域斷層帶位于進(jìn)口段，長約位于進(jìn)口段，長約900m，其它個別斷層合計約，其它個別斷層合計約1400m，為，為級圍巖。級圍巖。：、，。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輸建筑限界高7.86m，寬9.10m目前TBM施工進(jìn)展情況時間西秦嶺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合計合計466846683044304455945594338833883.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問題難題一： 臺車、工作臺架軌道放于何處行走。如放在運輸線路的外軌線上將影響運輸；如放在運輸線軌道以外，將另放軌道，且臺車、工作臺架橫梁下的空間應(yīng)保證運輸車輛通行。運輸外軌另放軌道3.連續(xù)皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌需要解決的問題難題二： 襯砌如何分部施工，使襯砌臺車有施工的空間，并且所分布結(jié)構(gòu)符合施工規(guī)范要求。難題三： 臺車及工

8、作臺架如何穿越連續(xù)皮帶機(jī)，穿越時如何支托連續(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題襯砌臺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題難題四：臺車、臺架結(jié)構(gòu)安全性。難題五： 臺車及工作臺架行走的效率如何提高。在臺車、工作臺架平行作業(yè)且間距不大于3米時，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題難題六：襯砌布置。安排多少臺車能保證速度，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題難題七： 砼運輸?shù)慕M織。 TBM掘進(jìn)時需要運輸仰拱預(yù)制塊、支護(hù)材料、鋼軌

9、、運出廢渣，混凝土也有大量的運輸任務(wù)，如何在不影響前方TBM掘進(jìn)運輸?shù)那闆r下保證同步襯砌混凝土運輸及泵送入模，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，襯砌臺車走行軌利用仰拱預(yù)制塊上的外軌，模板臺車下采用浮放道岔使原來雙線運輸?shù)雷儞Q為單線運輸?shù)?。該種方式存在空間小、運輸過臺車?yán)щy。經(jīng)過充分的研究，采用如下方案： 襯砌臺車及作業(yè)臺架通過尺寸優(yōu)化，采用不占用仰拱預(yù)制塊上運輸軌道的方案，在邊墻基礎(chǔ)水溝底上另設(shè)走行軌道；臺車及作業(yè)臺架下部凈空滿足雙線機(jī)車通行

10、要求；風(fēng)管設(shè)在臺車及作業(yè)臺架中上部的圓形托盤中滑行，不影響隨時通風(fēng)的需要。 在臺車、作業(yè)臺架上設(shè)托架軸承滑道做為臺車行走、皮帶機(jī)支撐拆除后的出碴皮帶機(jī)支撐，使臺車、臺架無論行走還是作業(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)。 在臺車、作業(yè)臺架皮帶機(jī)另一側(cè)第一平層上設(shè)滾筒托架，使通訊、電力線路不影響臺車、臺架的作業(yè)與行走。 在前作業(yè)臺架與襯砌臺車之間、在后修補臺架之后設(shè)拉門式支撐臺架，使臺架、臺車行走后所留空間通過支撐臺架拉伸支撐皮帶出碴，在臺車砼灌注時再邊收縮支撐臺架邊固定皮帶機(jī)支撐托架，如此既不影響皮帶機(jī)出碴，又不影響臺車行走就位，達(dá)到真正的同步。 考

11、慮TBM及后配套長度、邊墻基礎(chǔ)施作空間及強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)等因素，同步襯砌臺車在TBM掘進(jìn)面后1.0km左右進(jìn)行襯砌。同步襯砌臺車長16.5m，因掘進(jìn)速度快于一個臺車砼同步襯砌速度，采用2部臺車，臺車間距以不相互影響為原則。 砼在洞外拌和站集中生產(chǎn)，軌行式砼運輸車運輸，泵送入模，插入式振搗器搗固密實，混凝土到達(dá)強(qiáng)度后拆模養(yǎng)護(hù)。 洞內(nèi)運輸采用雙線，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臺車臺架尺寸設(shè)計臺車臺架尺寸設(shè)計 臺車、工作臺架軌道放于邊墻基礎(chǔ)上，下方尺寸滿足雙線運輸通行要求。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù)

12、 5.15.1臺車臺架尺寸設(shè)計臺車臺架尺寸設(shè)計 組裝的TBM同步襯砌臺車 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)計及施工總體方案中臺車采用另設(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)計混凝土強(qiáng)度后鋪放軌道，移動臺架臺車就位，再行施工拱墻。5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.3 5.3 襯砌臺車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線襯砌臺車穿越皮帶機(jī)、通風(fēng)管、及電纜線 將臺車橫梁設(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)，臺車橫梁間距不大于2米以保證皮帶機(jī)的支撐剛度。在臺車范圍內(nèi)設(shè)皮帶機(jī)防護(hù)罩以保證臺車操作人員的安全。

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

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 提高臺車及工作臺架的工作效率提高臺車及工作臺架的工作效率 在防水臺架與臺車之間、臺車與后工作臺架之間各布置一個伸縮式支架，伸縮支架長度拉開36m，壓縮后18m。伸縮支架每3m為一個單元，共5個單元，該項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。 拉門式支架的作用：要想使襯砌臺車速度加快，就必須將皮帶機(jī)支架拆裝的時間壓縮。工作臺架、襯砌臺車一般不可能同步移動，它們之間存在一組到二組的空間，并且這個空間是變化的數(shù)。拉門式支架就是通過能伸能壓的結(jié)構(gòu)來承擔(dān)臺架、臺車不同步移動，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)到任何臺架、臺車隨時移動與工作，與普通段襯砌相同。使用中的前工作臺架TBM同步襯砌臺車及拉門式支架 5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù) 5.65.6襯砌臺車布置襯砌臺車布置 考慮TBM及后配套長度、邊墻基礎(chǔ)施作空間及養(yǎng)護(hù)、運輸組織調(diào)配等因素，TBM段同步襯砌臺車宜在TBM掘進(jìn)面后1.0km左右施工，同步襯砌臺車長16.5m。因掘進(jìn)速度快于一個臺車砼同步襯砌速度，所以，前期TBM施工段采用2部臺車，預(yù)備洞段采用1部可變徑的臺車，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。臺車與臺車之間間距還要按互不影響原則布置，兩臺車間距1k

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

17、泵（該泵已獲得國家專利），該種形式減少了混凝土泵的長時間占道，并且在長距離的兩罐或三罐運輸時，減少了換道調(diào)位的時間。混凝土輸送泵改進(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托架固定于隧道側(cè)洞壁上，在經(jīng)過臺車、臺架時將線路改至托架滑輪內(nèi)穿過，這樣就不會對通訊和電力線路造成影響。因隧道過長，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，在二襯臺車處設(shè)置一臺可移動式變壓器降低電壓，這樣就可以滿足二次襯砌臺車行走和泵送混凝土?xí)r所需的電量。v 隨著隧道的延伸，通信成為運輸組織的關(guān)鍵因素，采用無線對講、洞內(nèi)設(shè)移動基站無

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)控攝像頭，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)對講機(jī)通信洞口調(diào)度室集中監(jiān)控調(diào)度洞內(nèi)移動基站無線通信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、材料運輸?shù)母蓴_，使TBM施工在皮帶機(jī)出碴情況下，實現(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)計分析，在扣除前兩個月現(xiàn)場摸索適應(yīng)的進(jìn)度外，在完成第一階段掘進(jìn)段時同步襯砌7個月完成3142米，月平均達(dá)449米，達(dá)到了施組要求的450米月指標(biāo)，成功實現(xiàn)了不影響前方掘進(jìn)時進(jìn)行同步襯砌。