1、西秦嶺隧道連續(xù)皮帶機出碴TBM同步襯砌施工技術(shù),目 錄,1.前言 2.工程概況 3.連續(xù)皮帶機出碴TBM同步襯砌需要解決的問題 4.同步襯砌的總體方案 5.同步襯砌施工的關(guān)鍵技術(shù) 6.同步襯砌工藝流程 7.總結(jié),1. 前言,TBM全稱為全斷面隧道掘進機，分為硬巖和軟巖全斷面隧道掘進機。蘭渝鐵路西秦嶺隧道使用的是全斷面隧道硬巖掘進機，出碴方式為連續(xù)皮帶機出碴，即通過集中電機驅(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。 TBM同步襯砌指在TBM掘進后方，在不干擾前方TBM施工的情況下，基本與TBM掘進速度相同進行砼作業(yè)。,1.1 TBM及同步襯砌簡述,1.2 TBM的應用發(fā)展

2、,國 外,130多年前第一臺巖石掘進機誕生。,上世紀五十年代迅速發(fā)展。,上世紀九十年代50.5KM英法海峽隧道的建成，TBM在國外已廣泛應用，有些發(fā)達國家明確規(guī)定3KM以上的隧道應使用TBM施工。,國 內(nèi),1991年甘肅引大入秦工程中，雙護盾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米的掘進機施工，后于1994年7月引進當時最先進的全斷面雙護盾TBM掘進機，直徑6.125米。,1985年，廣西隆林天生橋隧道從羅賓斯引進二手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

3、使用TBM。,進入二十一世紀TBM在中國應用廣泛，尤其是鐵路，在磨溝嶺、桃花鋪、中天山、西秦嶺均使用。,1.3 TBM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，掘進完成后再進行襯砌施工，工期較長。,國內(nèi)TBM同步襯砌,引進初期，與國外一樣均采用先掘進后襯砌，如引水隧洞、秦嶺隧道，工期均較長。,遼寧大火房輸水隧道（是皮帶機出碴），對同步襯砌進行了初步探討。,中天山隧道進行了TBM同步襯砌，但出碴方式為機車運輸。,結(jié)論：連續(xù)皮帶機出碴下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

4、同步襯砌的意義,解決工期問題：該工程為線路控制性工程，它的建成標志著全線的建成。該隧道總工期61.5個月，準備及掘進需要47個月。 預防安全隱患：隧道穿越地質(zhì)條件相對復雜，穿越高地應力地層，時間久后易變形，及時進行同步襯砌可預防安全隱患。 科技領(lǐng)先：在TBM施工領(lǐng)域內(nèi)，創(chuàng)造出一種先進工法。,2.1西秦嶺隧道地理位置圖,2.工程概況,2.工程概況,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；出口段TBM施工，屬下元古界砂質(zhì)千枚巖和變質(zhì)砂巖，級圍巖為主；F6區(qū)域斷層帶位于進口段，長約900m，其它個別斷層合計約14

5、00m，為級圍巖。,2.3西秦嶺隧道平面示意及標段劃分圖,1標段基本為右線，由中鐵18局施工，2標段為左線，由中鐵隧道局施工。,2.4西秦嶺隧道TBM施工標準,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施工進展情況,3.連續(xù)皮帶機出碴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保證運輸車輛通行。,運輸外軌,另放軌道,3.連續(xù)皮帶機出碴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

6、的空間，并且所分布結(jié)構(gòu)符合施工規(guī)范要求。,難題三： 臺車及工作臺架如何穿越連續(xù)皮帶機，穿越時如何支托連續(xù)皮帶機、通風管、電纜及通信線，保證施工連續(xù)進行。,3.連續(xù)皮帶機出碴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,通風管,皮帶機,3.連續(xù)皮帶機出碴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，采用何種設備保證連續(xù)皮帶機支撐。,3.連續(xù)皮帶機出碴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)皮帶機出碴TBM同步襯砌需要

7、解決的問題,難題七： 砼運輸?shù)慕M織。 TBM掘進時需要運輸仰拱預制塊、支護材料、鋼軌、運出廢渣，混凝土也有大量的運輸任務，如何在不影響前方TBM掘進運輸?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)皮帶機出碴TBM同步襯砌需要解決的問題,4、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、運輸過臺車困難。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，采用不占用仰拱預制塊上運輸軌道的方案，在邊墻基

8、礎(chǔ)水溝底上另設走行軌道；臺車及作業(yè)臺架下部凈空滿足雙線機車通行要求；風管設在臺車及作業(yè)臺架中上部的圓形托盤中滑行，不影響隨時通風的需要。,在臺車、作業(yè)臺架上設托架軸承滑道做為臺車行走、皮帶機支撐拆除后的出碴皮帶機支撐，使臺車、臺架無論行走還是作業(yè)均不影響皮帶機出碴。 TBM掘進所需的水管在預制塊上的水溝穿行，不影響其它作業(yè)。 在臺車、作業(yè)臺架皮帶機另一側(cè)第一平層上設滾筒托架，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支撐托架，如此

9、既不影響皮帶機出碴，又不影響臺車行走就位，達到真正的同步。,考慮TBM及后配套長度、邊墻基礎(chǔ)施作空間及強度養(yǎng)護等因素，同步襯砌臺車在TBM掘進面后1.0km左右進行襯砌。同步襯砌臺車長16.5m，因掘進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，混凝土到達強度后拆模養(yǎng)護。 洞內(nèi)運輸采用雙線，襯砌段每500m、已襯段每1km設渡線道岔。 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),5.1臺車臺架尺寸設計,臺車、工作臺架軌道放于邊墻基礎(chǔ)上，下方尺寸滿足雙

10、線運輸通行要求。,5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù),5.1臺車臺架尺寸設計,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 襯砌分部施工 根據(jù)斷面的設計及施工總體方案中臺車采用另設軌道的形式，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)達到設計混凝土強度后鋪放軌道，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 襯砌臺車穿越皮帶機、通風管、及電纜線,將臺車橫梁設于皮帶機的標高處，并在其上設滑道軸承托架，以支撐皮帶機，臺車橫梁間距不大于2米以保證皮帶機的支撐剛度。在臺車范圍內(nèi)設皮帶機防護罩以保證臺車操作人員的安全。,5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù),5.3 襯砌臺

11、車穿越皮帶機、通風管、及電纜線,在臺車、工作臺架上部設置專門的通風滑道，滑道內(nèi)采用橡膠墊以保證風道能自由滑行。,5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù),5.3 襯砌臺車穿越皮帶機、通風管、及電纜線,在臺車、作業(yè)臺架皮帶機另一側(cè)第一平層上設滾筒托架，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 臺車、工作臺架的剛度、強度、穩(wěn)定性,經(jīng)檢算：臺車、工作臺架的剛度、強度、穩(wěn)定性符合要求，襯砌臺車所受浮力完全可以用臺車自重抵抗，不需要另加措施。,5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù),5.5 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

12、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)來承擔臺架、臺車不同步移動，留出空間支撐出碴皮帶機，它的使用將皮帶機支架拆裝、皮帶機支托的影響徹底解除，達到任何臺架、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),5.6

13、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、運輸組織調(diào)配等因素，TBM段同步襯砌臺車宜在TBM掘進面后1.0km左右施工，同步襯砌臺車長16.5m。因掘進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，預備洞段采用1部可變徑的臺車，待到預備洞襯砌完成后變徑進入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1km左右為宜，以便運輸組織 。,5、同步襯砌關(guān)鍵施工技術(shù),5.7混凝土的運輸組織,為了便于洞內(nèi)雙線有軌運輸，每500m設一渡線道岔，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

14、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計能放于混凝土邊墻基礎(chǔ)的輸送泵（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：,5.8通訊、電力設備的布設 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

15、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高壓進洞方式，其它采用10KV高壓進洞方式，TBM范圍內(nèi)有專用的變壓器，在二襯臺車處設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時所需的電量。 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)設移動基站無線通信、關(guān)鍵處設置有線電話等三種聯(lián)絡方式。關(guān)鍵部位設監(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、電力設備的布設,對講機通信,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、同步襯砌施工工藝流程圖,7.總結(jié),1、該技術(shù)的使用，克服了TBM出碴皮帶機、通風管、電纜通信線、材料運輸?shù)母蓴_，使TBM施工在皮帶機出碴情況下，實現(xiàn)了同步進行襯砌，縮短了施工工期，節(jié)約了工程成本。從完成的情況進行統(tǒng)計分析，在扣除前兩個月現(xiàn)場摸索適應的進度外，在完成第一階段掘進段時同步襯砌7個月完成3142米，月平均達449米，達到了施組要求的450米月指標，成功實現(xiàn)了不影響前方掘進時進行同步襯砌。 2、我們在施工中體會到，本技術(shù)最大的優(yōu)點在于同步襯砌臺車的設計及伸縮式支架的使用。臺車的設計克服了皮