TBM施工与常规钻爆法施工比较1.doc
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横江某电站引水隧洞
TBM施工与常规钻爆法施工方案比较
受伊力集团横江发电有限公司委托，四川省水利电力工程局一行人员到甘肃引洮一期供水工程总干渠9#洞、青海引大济湟工程调水总干渠1#洞进行了硬岩全断面掘进机（简称TBM）施工考察。
根据实地考察结果，结合横江流域实际情况编制了TBM施工与常规钻爆法施工进行简单比较,本比较仅作参考，若需进一步论证，需请专业咨询公司或设计院做比较方案。
一、横江某电站引水隧洞工程情况
横江某电站位于云南省昭通市境内，为引水式电站，电站水头约70m，引水隧洞总长16000m，开挖半径R=5.64m（S=100m2）,由于该电站引水隧洞轴线靠近内昆铁路、水麻高速公路，且埋深厚度基本在300m以上，处于陡峭的峡谷中，施工条件受限。
本引水隧洞石方洞挖约160万m3，围岩类别暂按Ⅲ类9.6km（60%）、Ⅳ4.0km（25%）、Ⅴ类2.4km（15%）考虑，本比较方案没有考虑围岩类别变化引起的洞挖半径及砼衬砌的变化。
二、施工方案
1、TBM法施工（双护盾）
采用双护盾、单护盾TBM施工，内燃机车有轨出渣，洞外二次转运1km。
TBM开挖直径为Æ11.28m,采用C40预制管片进行衬砌，管片钢筋按110kg/m3计算，安装好后管片外围与刀具切割的围岩面空隙15cm，空隙采用豆砾石及灌浆充填，强度不得低于C15。
管片采用预制六边形，厚度35cm，管片外弧半径5.49m，内弧半径5.14m，环宽1.6m，每环共6块，预制成品每块重7.79t。
管片之间采用导向杆及定位销连接，管缝之间设置微膨胀止水条。
2、常规钻爆法施工
采用风钻造孔，光面爆破，装载机或挖掘机装自卸汽车运至洞外弃渣场。
因主洞长16km，在施工时考虑4个支洞（平均每个支洞长800m），加进出口共10个工作面，每个工作面平均掘进1.6km。
支洞为城门洞型，成洞宽4.8m，高6.0m，洞身采用临时支护。
主洞洞身砼衬砌采用标号C25砼、钢模台车上半弧240度范围内衬砌，待掘进完成后进行下半弧120度衬砌。
因该隧洞为有压隧洞，砼衬砌厚度考虑为Ⅲ类40cm、Ⅳ类50cm、Ⅴ类60cm。
临时支护参数分别为：
Ⅲ类240度范围内喷射C20砼10cm，系统锚杆（Φ25，L=3.0m）梅花型布置（间距1.5m）；Ⅳ类喷射C20砼15cm，Φ6钢筋网间距20cm，系统锚杆（Φ25，L=4.0m）梅花型布置（间距1.5m），为Ⅳ2类时增设Ⅰ16钢支撑（间距1.2m）；Ⅴ类Ⅰ18钢支撑（间距0.8m），喷射C20砼20cm，Φ6钢筋网间距10cm，系统锚杆（Φ25，L=4.5m）梅花型布置（间距1.5m），增设随机锚杆（Φ25，L=4.5m），必要时采取管棚注浆。
隧洞衬砌每12m设伸缩缝，采用橡胶止水，缝间采用沥青木板填缝（厚2cm），洞身设PVC预埋排水孔，洞顶回填灌浆，岩层破碎处洞身周围采取固结灌浆。
砼拌和系统考虑两套，砼洞外平均运距5km，洞内平均运距1.0km。
三、工期
1、TBM施工（双护盾）
⑴、施工准备期
TBM订货、制造、运输周期约11个月（拟采用国内制造），TBM安装调试3个月。
后配套及配套设备设计、制造和装配，周期与主机相同。
施工场区的各种临时设施修建可与设备制造、运输同期进行。
主要生产设施为管片加工厂，约需5个月，可与设备制造同期进行。
因此施工总准备工期需14个月。
⑵、掘进效率和工期
根据横江流域的岩石特性，主要为灰岩及玄武岩，根据TBM相关技术参数，TBM对该类型的岩石施工最为适合。
根据本次考察资料及结合实际情况，TBM开挖小时的生产率可达3～5m／h。
而受支护方式、运输、物资供应、机械的保养维护、管线安装、设备移动辅助作业、停工、新机组（包括劳动组织）的“磨合”、水电供应的中断、机械故障、特殊地质现象、工作疏漏及校正等因素影响，TBM日纯掘进时间利用率约40％左右。
通过对引洮、引大济湟工程的考察及国内外近些年对TBM施工程统计，每月隧洞掘进天数按25天考虑，每天TBM掘进30m，则隧洞掘进平均进尺按750m／月（双护盾）,TBM施工法在不影响掘进的同时，进行了管片的安装、充填豆砾石及灌浆工作，因此洞身的永久支护基本不占用直线工期。
TBM拆除工期按常规考虑1.5个月。
根据以上数据统计，TBM施工（双护盾）施工期约为37个月（含准备期），详见云南昭通某水电站引水隧洞工程施工进度计划表（TBM法）。
2、常规钻爆法
⑴、施工准备期
考虑进场、施工道路、施工贝蕾桥、洞口挂口、施工供电及其他临建设施布置影响，施工准备期引水隧洞进出口段考虑4个月，支洞考虑3个月。
⑵、工期
根据常规钻爆法施工及结合目前施工单位已施工的中江人民渠七期石垭隧洞工程、泸定沙嘴电站引水隧洞工程及乡城县洞松水电站引水隧洞工程，为缩短施工工期，采用边开挖、边衬砌的施工方案，即在掘进的同时，使用台车对隧洞洞身上半弧进行砼衬砌。
受砼衬砌影响及隧洞长度影响，开挖及洞内临时支护按隧洞长度递减，洞身衬砌按每6天一个循环（12m）即每月60m计算，完成开挖后按每月72m计算，在对洞身上半弧完成衬砌后进行下半弧的砼浇筑及洞内洞内回填及固结灌浆。
根据以上数据统计，常规钻爆法施工期约为58个月（含准备期），详见云南昭通某水电站引水隧洞工程施工进度计划表（钻爆法）。
四、综合比较
TBM施工相对常规钻爆法施工比较而言，具有施工工期短、安全、对环境影响小的特点，虽投资相对钻爆法稍高，但考虑对于本电站引水隧洞所处的自然环境及周围的水麻高速、内昆铁路的影响，且考虑到相邻电站隧洞二次利用TBM、提前发电带来的效益等因素，故本工程引水隧洞推荐使用TBM施工。
TBM施工与钻爆法施工综合对比表
序号
项目名称
钻爆法
TBM法（双护盾）
备注
优点
缺点
优点
缺点
1
工期
58个月，受地质影响情况较大，工期长
掘进速度较快，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，效率较高，施工总工期37个月，每月平均掘进、支护750m，与钻爆法相比可提前工期21个月。
2
安全
安全隐患较大
用TBM施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。
3
开挖质量及地质适应情况
具有机动灵活的优越性
对围岩的扰动破坏性较大，非人为造成的超挖量较大
TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少与钻爆法相比安全、高效，改善了施工作业环境。
地质适应性较差，对于大型的岩溶暗河发育的隧道、高地应力隧道、软岩大变形隧道、可能发生较大规模突水涌泥的隧道等特殊不良地质隧道，不适合采用TBM施工
4
环保
需开设4个支洞，修建道路，对环境影响较大
TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小；减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境；如果使用双护盾TBM还可以减少隧道内水的流失，有利于环境保护和减少水土流失。
5
对周围建筑物影响
对周边的水麻高速公路、内昆铁路影响较大，受外界干扰因素较大
对周边建筑物基本无影响，受外界干扰因素小
6
劳动力及设备投入
人力资源投入大，设备投入台件多，高峰期1080人
人力资源投入小，高峰期250人
7
管理
自动化、信息化程度高，TBM具有施工数据采集功能、TBM姿态管理功能、施工数据管理功能以及施工数据实时远传功能，可实现信息化施工。
7
投资及适用性
投资相对较少，施工造价63850元/m。
相对钻爆法稍高，若该TBM完成本引水隧洞后用于下一级同类型的电站，后期投资较小。
运输困难，对施工场地有特殊要求，设备购置及使用成本大。
TBM施工需要高负荷的电力保证、需要高素质的技术人员和管理队伍、前期购买设备的费用较高。
TBM施工造价高达73869元/m。
二〇一二年六月十三日
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