第8章 TBM施工方法要点Word格式文档下载.docx
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整机重量
113t（不含轨道）
轨距
17.1m
大车最大轮压
37.5t
起升高度；
起升速度
15.4m；
4m/min
整机功率
约170kW
大车运行速度
1.2-12m/min
变频调速
操作方式
地面有线控制
小车吊钩最小距离
2.6m
桥机形式
双箱形梁、双运行小车、电动
电源
三相交流、380V、50Hz
供电方式
电缆滑车
表8-240t×
A4
40t＋40t
76t（不含轨道）
约20t
起升高度
约65kW
2.3m
桥吊安装过程如下：
（1）安装准备
人员准备：
选定具有大件安装经验的人员组成现场安装队伍，配备一名专职安全员。
吊点安装：
按照桥吊吊耳板、地锚布置图的规定设置吊点和锚点，并检查所有吊点的位置和起吊承重能力。
并检查所有吊点之间通行位置，确保安装钢丝绳能畅通运作。
场地、道路：
保证吊点下面的场地满足主梁、端梁的放置和拼装，留有8t汽车吊作业位置，并保持汽车运输道路的畅通。
工具、机具准备：
长臂汽车吊（50t）一台；
电动卷扬机（JK-2X、容绳量100m）2台；
滑轮组（HD15-4）3只；
滑轮组（HD5-3）4只；
水准仪、起道器、千斤顶、普通工具若干。
供电电源安装在大车悬挂电缆的一侧，为大、小车的临时移动配置临时电缆100m。
（2）安装过程
桥吊的安装过程见图8-2。
（3）安装注意事项
①大车轨道安装时必须保持水平，最大偏差不超过规程的规定。
主梁组装时安装的拱度必须符合桥吊参数的要求。
②主梁组装的总成以起吊后最小回转为原则，在组装洞内按照斜向布置方式。
③小车起吊时钢丝绳连接在小车的底部，以减小吊点和小车底部的距离。
④大车的悬挂电缆轨道在洞壁上焊接时必须保持轨道的水平，轨道和洞壁之间的距离应保证电缆移动时不和洞壁摩擦。
⑤主梁之间、端梁和主梁之间的高强度螺栓必须按规定扭矩拧紧，并进行校核。
⑥桥吊安装完成后，进行静载试验，按照最大载重量的125%进行超载试验，检查桥吊主梁的挠度是否符合要求。
8.1.1.3组装期间的通风
TBM掘进机的组装工作完全在洞内完成，组装时刀盘焊接、运输车辆等设备将产生大量烟尘。
掘进机组装的同时2#引水洞与前端步进洞也在进行钻爆施工，产生大量的粉尘，相互之间粉尘污染影响较大，通风条件复杂。
图8-2桥吊组装流程图
综合以上情况,我们将采取压入式通风的方案来解决组装期间的通风问题。
在1#支洞口安装2台110KW轴流风机向组装洞压入新鲜空气，污浊空气通过步进洞、3#横通道进入2#引水洞排入施工支洞。
在TBM组装洞后端及1#横通道口设置风门，防止污浊空气进入组装洞。
8.1.1.4TBM的运输
（1）TBM的洞外运输
TBM及连续皮带机的采购由业主完成，并负责将设备运输至漫水湾转运站。
我方根据安装计划负责装卸运输至安装场地，运输道路为业主已修建对外交通专用公路，具体运输线路为：
漫水湾转运站→专用公路→牦牛山隧道→锦屏东桥→1560平台→组装洞。
其中超限物件由发包人委托大件运输公司运抵安装洞由我方负责卸车验收。
考虑组装洞空间的限制，TBM主机的全部部件无法实现在组装洞全部摆放，需要根据组装顺序确定大件的运输批次。
根据TBM供应商计划的组装顺序和组装洞的空间要求，计划运输次序如下：
第一批：
顶护盾
（1）、侧顶护盾
（2）、侧护盾
（2）、主梁中段
（1）、主梁后段
（1）、鞍架
（1）、水平支撑靴
（2）、步进机构
（1）。
第二批：
刀盘中心块
（2）、刀盘边块（4）、机头架
（1）、前下支撑块
（1）、驱动组件
（1）、驱动电机（14）、主梁前段
（1）。
第三批：
推进油缸（4）、后支撑
（1）、水平支撑油缸
（2）、主机施工平台结构件（1组）、连接桥结构件（1组）、主机液压管线、主机电缆。
第四批：
后配套结构件、后配套附属设备、连续皮带机驱动装置、皮带储存机构、皮带机结构件。
（2）TBM的场内运输
TBM部件采用无轨运输到组装洞室。
主机部件直接从漫水湾经对外交通专用公路运到组装洞室进行交接卸车并按计划摆放各部件，待主机安装完毕前后配套从漫水湾转运站分批运至组装洞组装。
这样可以最大限度的避免对施工场地的占用。
运输路线为：
小水沟隧道→1560平台→高线公路→东引2#支洞（东引1#支洞）→1#引水隧洞→组装洞。
8.1.1.5TBM的验收
验收以发包人的验收工作为主，我们将在TBM设备到场后积极配合发包人的各项验收工作。
验收工作由项目部组织设备、资料、技术等部门，根据工作计划配合发包人相关部门进行开箱检查和验收，确保TBM设备部件在运输过程中无损坏和缺漏。
开箱检验包括设备内外包装情况、货物数量和规格、货物外表质量、检查实物、技术资料与装箱单是否相符，设备配套是否齐全（包括附件、软件、专用工具、辅料、备品配件等），设备外观有否残损、锈蚀、变形（必要时现场拍照），检验完成后有关各方在开箱检验单会签。
检验验收过程同时进行TBM配套技术资料的验收。
配合发包人完成资料的归档，并征求发包人意见根据施工需要保留必要的份数于投标人TBM技术室存档。
8.1.1.6部件在组装洞室的摆放
考虑到主机超限部件的卸车及主机组装的需要，部分主机大件将直接从漫水湾转运站运至组装洞室卸车。
具体摆放见附图8-2所示。
8.1.1.7组装人员配备
根据招标文件的要求，TBM组装由设备供应商提供技术人员进行指导，我们提供劳力支持，将针对TBM组装的特点按照3班作业的模式，组织专业技术人员和相应专业的专业人员进行如下配置。
见表8-3。
表8-3TBM组装人员计划表
班组
人员配备
备注
技术组
专家人数：
5人
机械组
技术人员：
6人
3班作业
技术工人：
30人
液压组
8人
25人
电气组
保障组
45人
其中总调度1名，调度3名、司机若干
安全员
4人
合计
156人
8.1.1.8组装工作组织
掘进机的组装完全在组装洞中进行，我们将根据TBM供应商的人员安排及工作时间安排组织组装工作，采用二班作业制。
除供应商在现场负责项目外，安排一些非关键项目不在供应商的工作时间内由自己独立完成，以加快组装进度同时保证关键项目有TBM供应商的现场指导确保组装质量。
8.1.1.9组装设备配备表
TBM的组装完全在组装洞内进行，组装时主要将配备设备如表8-4。
表8-4TBM组装主要设备计划表
序号
设备名称
规格型号
数量
1
桥吊
100t×
2
1台
40t×
3
40t
4
20t
5
各类吊具
若干
导链、吊带、钢丝绳等
6
架空支架
15米
4个
可伸缩悬臂式
7
叉车
6吨
2台
全地形
8
标准
9
变压器
2000KVA
组合变电站
10
空压机
0G08F～11F
包括配套设备
11
电焊机
BX1-400
12
SMAW焊机
13
气体切割机
切嘴尺寸0-6#
14
升降台
14米
15
压管机
1套
包括配套切割设备
16
液压扭矩扳手
包括动力站、各类套头
17
空气冲击扳手
包括全套驱动头
18
各类打磨机
19
通用工具
5套
20
水泵
50YW20-7
4套
包括配套水管
21
临时通讯设备
无线对讲机
22
临时液压泵站
45kW
8.1.1.10组装要求
（1）制定详细、可行的主机、后配套、连续皮带机的安装计划。
（2）组装前对各元件进行详细的标识。
（3）提前做好技术培训，使参加组装人员了解TBM的结构性能。
（4）组装时与外方人员紧密配合，做好专职翻译人员配备。
（5）制定合理的组装材料、机具、配件计划。
（6）严格控制组装质量，做好组装记录。
（7）设置专职的质量控制组和安全控制组，全程监控TBM的组装工作。
8.1.2TBM的组装、调试
8.1.2.1设备组装流程
TBM的组装主要分为主机的组装、皮带连接桥的安装、后配套的安装、连续皮带机的安装。
其中主机大件由汽车直接运至组装洞，后配套、连续皮带机经漫水湾转运站分批运到组装洞组装。
主机组装完成前将后配套运至现场。
后配套与主机渐向变段步进后开始皮带机安装平台及皮带机终端的安装。
皮带机终端与移动尾端完成连接后掘进机开始正式步进。
组装步骤见图8-3。
图8-3TBM组装步骤图
8.1.2.2主机的组装
TBM主机大件直接在组装洞内卸车验收，组装由我方人员在设备供应厂商的专业人员的指导下完成。
主要部件采用无轨运输至组装洞，洞内提前预埋TBM步进轨道，部件在轨道上进行安装。
组装部件可分为刀盘中心块、刀盘边块、竖直下支撑、机头架、主轴承及密封、主梁前段、主梁中段、主梁后段、鞍架、撑靴、推进缸、后支撑总成驱动总成和各类护盾、步进机构等部分。
组装步骤为：
（1）将竖直下支撑放置在组装区域前端。
（2）将机头架水平放置在底板上，将主轴承安放在机头架上，连接后将其竖直放在下支撑上。
（3）将主梁前端安装到机头架上，受料斗和皮带机架安装于机头架内部。
（4）安装支撑鞍架总成到主梁后端，安装上支撑油缸到支撑鞍架上。
（5）安装上支撑油缸、推进缸和撑靴到支撑鞍架，同时安装后支撑总成。
（6）安装主驱动总成和侧支撑到机头架上。
（7）将两块中心刀盘安装在一起并竖直放置，与四个外围块共同方在安装区域前端。
（8）将拼好的两片中心刀盘安装到机头架上。
（9）将步进机构沿轨道推到安装位置并安装到位。
（10）安装环形支架、钻机、超前钻、梯子、脂润滑泵站系统等附属设施。
（11）将刀盘边块与中心刀盘连接，安装顶支撑和侧支撑。
（12）主机皮带机安装。
主机组装具体流程见附图8-3所示。
8.1.2.3后配套的组装
受到现场存放场地和组装场地的限制，后配套组件到达漫水湾转运站经验收和标识后，暂时存放于转运站；
在主机组装即将完成前，分批按计划运往组装洞室组装。
主机步进离开组装洞后，后配套系统可按连接桥、1#台车至斜坡尾段的顺序进行组装，并依次与整机连接。
组装洞内后配套组装区域长90m，垫碴并铺设轨道，后配套在轨道上安装，随主机向前步进。
为了组装轨道与2#支洞轨道平缓连接，轨道设1％坡度。
8.1.2.4连续皮带机驱动装置布置
皮带机驱动装置安装在组装洞室，为了施工运输的需要，在组装洞渐变段逐渐抬升皮带。
组装洞中设皮带终端安装平台，依次将皮带存储机构、张紧机构及泵站、硫化平台、皮带卷筒、主驱动系统安装在平台上，总长度约100米。
在平台一侧设有行走平台，驱动装置连接向东引2#支洞的转渣皮带机。
具体结构见附图8-4。
8.1.2.5连续皮带机组装
当TBM后配套完成安装向步进洞室步进时，在组装洞室浇筑一个连续皮带机安装平台，将皮带存储机构、张紧机构、硫化平台、主驱动系统等设备安装于平台上并逐项调试。
在掘进机完全离开组装洞室后，安装后部的皮带支架及配套滚轮，待皮带机终端全部安装完成后将终端与后配套处移动尾端连接。
具体流程如图8-4。
图8-4连续皮带组装流程
8.1.2.6TBM掘进机的调试
TBM整机组装完成后，需要对掘进机各个系统及整机进行调试，以确保整机在无负载的情况下正常运行。
调试过程可先分系统进行，再对整机的运行进行测试，测试过程中应详细记录各系统的运行参数，对发现的问题及时分析解决。
掘进机的分系统可分为液压系统、电气系统及机械结构件等。
调试流程如图8-5。
电气系统设备的调试内容可分为：
电路检查、分项用电设备空载检查、分项用电设备加载时的检查、各设备急停按钮的检查、控制系统的检查等；
液压系统设备的调试内容可分为：
空载和加载时泵和液压管路的调试、加载时执行机构的运行情况。
步进系统的调试在主机安装完成后就进行，主要分为：
液压泵站负载运行时的状态和步进机械结构运转情况。
其余各分系统调试根据组装和步进程序组织实施。
各系统运转情况正常后再进行整机的空载调试。
8.1.2.7连续皮带机的调试
连续皮带机负责为TBM隧道施工出渣，主要由皮带存储系统、主驱动系统、皮带张紧系统、皮带、和各类托滚等部件组成。
连续皮带机的调试先进行单项系统的调试再进行整机的调试。
图8-5TBM调试流程图
单项系统的调试主要分为：
（1）主驱动装置的调试，电机的启动运行调试；
（2）张紧装置的调试，电动张紧装置的试运行及辅助液压系统的调试；
（3）各从动滚和各类托滚的调试，对于可手动转动的托滚应手动逐一检查；
（4）刮渣器、刮渣板的调试，刮渣器应与皮带表面紧密贴合；
（5）检查各注脂口是否已注脂；
（6）移动尾部的调试检查，润滑管路的运行情况，防护罩安装是否干涉；
整机的调试主要是检查皮带机系统控制系统运行情况，皮带机是否接触皮带架，皮带是否有跑偏现象，各皮带滚处有无噪音或过热现象；
整机调试是过程中，应派专门技术人员负责详细记录各系统的运转参数，作为今后的掘进参考依据。
发现问题及时记录、分析解决。
8.1.3TBM的步进
8.1.3.1步进前的准备工作
（1）对后配套组装时的步进过程进行总结，制定详细可行的步进计划；
（2）步进前对轨道的安装就位情况进行检查，防止其发生损坏或变形，如有变形情况的发生应立即修复；
（3）对轨道的标高进行测量检查；
利用辅助泵站校验步进机构的状态；
（4）必要时对TBM步进时可能发生干涉的区域进行修复。
（5）配备专职安全员负责步进阶段的安全工作。
8.1.3.2步进机构
本TBM掘进机采用预埋钢梁进行步进，步进洞长度为197米，坡度为0。
最终进入长度为20米全断面钢筋砼衬砌的出发洞室。
整个步进过程处于平坡段。
8.1.3.3步进至出发洞
出发洞为直径12.5米的圆形结构，钢筋砼衬砌后满足TBM水平支撑靴支撑要求，下部预埋钢轨。
TBM步进至出发洞后，用撑靴撑紧两侧洞壁，撑靴与竖直下支撑共同将机器撑起，步进机构被拆去并从组装洞中运出。
利用自身导向机构对掘进机重新定位，为试掘进做好准备。
TBM步进到出发洞后的状态入图8-6所示。
8.2TBM（掘进）开挖方法说明
8.2.1试掘进
8.2.1.1试掘进组织
图8-6TBM主机进入出发洞状态示意图
TBM掘进机组装完成步进进入出发洞后，拆除步进装置开始试掘进施工。
试掘进长度为2km，前1km由TBM供货商示范操作并负责对承包人完成培训；
试掘进后1km由承包人负责操作，TBM供货商负责技术指导。
针对发包人的安排，项目部将根据将来正常施工的工班组织配备人员，在前1kmTBM供货商示范操作时TBM技术人员和操作人员和供货商进行充分的学习。
同时完成正常的辅助作业，包括锚杆、喷射混凝土、轨道和轨枕的施工。
后1km施工时TBM技术人员和操作人员进行独立操作时，必须按照供货商指定的操作程序进行施工，以保证设备的正常投入运行。
8.2.1.2试掘进的目的
试掘进段主要检验TBM掘进机和连续皮带机的协调情况、液压系统、电器系统和辅助设备的工作情况，完成对设备进行磨合。
试掘进期间为配合发包人对设备的验收工作，将根据发包人的要求完成对各个单项设备进行功能测试。
并通过对各设备系统作进一步的调整，使其达到最佳状态，具备正式快速掘进的能力。
通过TBM试掘进段的施工，使操作人员熟悉TBM各项设备的性能，总结出使用本型号TBM的成功经验以及在引水隧洞地质条件下TBM掘进参数的选择及控制措施。
8.2.2开挖施工
8.2.2.1破岩原理
在完整、密实、均一的岩石中，刀具的刀刃在巨大推力的作用下切入岩体，形成割痕。
刀刃顶部的岩石在巨大压力下急剧压缩，随刀盘的回转和滚刀的滚动，这部分岩石首先破碎成粉状，积聚在刀刃顶部范围内形成粉核区。
刀刃切入岩石和刀刃的两侧劈入岩体，在岩石结合力最薄弱的位置产生多处微裂痕。
随着滚刀切入岩石深度的加大，微裂纹逐渐扩展为显裂纹。
当显裂纹和相邻刀具作用产生的显裂纹交汇或显裂纹发展到岩石表面时，就形成了岩石断裂体和一些碎裂体。
岩石断裂体一般呈：
厚度：
δ≤贯入度mm；
宽度：
a＝λ（刀间距）－b（刀刃宽度）；
长度：
L≤刀间距；
裂纹角：
α＝18°
～30°
见图8-7。
图8-7刀具破岩机理示意图
8.2.2.2开挖施工
8.2.2.2.1施工组织
本工程TBM施工采取三班制，两班掘进一班整备，掘进工班每班工作9小时，整备工班工作6小时，每天上午8：
00-14：
00整备。
工班配备主要人员见表8-5。
表8-5TBM施工人员配置
工班
工种
人数（人）
掘进一班
工班长
TBM司机
机械工程师
电器工程师
土木工程师
测量工
刀具组
锚杆组
喷射混凝土组
底部清渣、轨枕、轨道铺设组
风水及供给保证组
连续皮带机组
排水组
人员小计
40
掘进二班
同掘进一班
整备工班
测量工程师
土木组
运输组
机械保养修理组
电器维护组
52
合计
132
8.2.2.2.2施工准备
（1）接通隧洞内的照明。
（2）接通TBM主机变压器的电源，使变压器投入使用。
待变压器工作平稳后，接通二次侧的电源输出开关，检查TBM所需的各种电压，并接通TBM及后配套上的照明系统（此项工作在初始掘进施工时进行，除高压电缆接续施工外，一般保持TBM变压器连续工作）。
同时检查TBM上的漏电监测系统，确定接地的绝缘值可以满足各个设备的工作要求。
（3）检查气体、火灾监测系统监测的数据、结果。
确定TBM可以进行掘进作业。
确认所有灯光、声音指示元件工作正常。
所有调速旋钮均在零位。
（4）检查液压系统的液压油油位、润滑系统的润滑油位，如有必要马上添加油料。
确认给水、通风正常。
（5）接通TBM的控制电源，启动液压动力站、通风机、TBM自身的给水（加压）水泵。
根据施工条件，确定是否启动排水水泵。
（6）确定连续皮带机、风、水、电管线延伸等各种辅助施工进入掘进工况。
（7）检查测量导向的仪器工作正常，并提供正确的位置参数和导向参数。
根据测量导向系统提供的TBM的位置参数，调整TBM的姿态，确保方向偏差（水平、垂直、圆周）在允许误差范围内，撑紧水平支撑靴达到满足掘进需要的压力。
8.2.2.2.3掘进作业
（1）TBM在掘进施工过程中，需根据工程地质图纸、石渣情况、上一循环掘进参数、邻近超前隧洞的地质情况等，对掌子面围岩状态作出准确判断，据此选择相应的掘进模式及掘进参数。
如有必要，可采用超前地质探测，进一步确定前方围岩状态。
本TBM配备的超前钻孔探测装置以及采用的可随开挖进行预报的BEAM超前预报系统，可预测前方150m范围内围岩地质情况。
为保证超前预报的准确性，施工中初步考虑每次超前预报实施50～100m的距离。
（2）选择掘进参数。
根据判定的掌子面的围岩状态，选择推力、撑靴压力、刀盘转速等掘进参数。
掘进过程中结合实际掘进参数的变化判断围岩的变化，适时适当调整，同时结合我单位使用TBM的施工经验使掘进参数与围岩状况的最佳匹配。
（3）顺序启动洞内连续皮带机、皮带连接桥皮带机、主机皮带机，并确定其运转正常；
顺序启动刀盘变频驱动电机；
启动主轴承的油润滑系统、各个相对移动部位的润滑系统。
启动掘进机各个部位的声电报警系统，提示进入工作状态。
（4）空载启动刀盘，启动除尘风机，水平支撑撑紧，收起后支撑。
（5）慢速推进刀盘靠紧掌子面，确定刀盘已经靠紧掌子面后选择合适的推进速度、刀盘转数进行掘进作业。
在刀盘和岩石表面接触之前启动刀盘喷水系统对岩石喷水。
（6）操作人员在控制室时刻监控TBM掘进时各种参数的变化、石渣状态等。
掘进时根据TBM的设备掘进参数和预计的前方围岩的情况选择适当的掘进参数，包括刀盘转速、推进力、变频电机频率、推进速度、皮带机转速等。
并根据围岩的状况变化及时的进行调整。
专职安全员进行各设备的运行检查，保证设备运行安全。
（7）换步、调向。
掘进行程完成之后，停止推进并将刀盘后退约3～5cm、停止刀盘旋转，伸出后支撑撑紧洞壁，收回水平撑靴油缸使支撑靴板离开洞壁，收缩推进油缸将水平支撑向前移动一个行程。
撑靴再次撑紧洞壁，利用连接桥和后配套连接油缸拖拉后配套到位，进行换步，重复掘进
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