第8章-TBM施工方法.doc

雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计

第八章 TBM施工
8。1 TBM组装、调试、步进
8.1。1 组装前准备
8.1.1。1 组装洞室的结构
根据TBM组装的要求及现场实际地质情况，TBM主机组装洞长75米,宽17.6米，高25。2米；后配套附属洞长90米，宽16.4米，高21.8米。步进洞长217m，前端设20米的出发洞，出发洞采用钢筋砼衬砌。组装洞、步进洞、出发洞的位置及具体结构见附图8－1 。其中在组装洞前部主机组装区域和步进洞内提前施工TBM步进行走需要的混凝土基础及预埋的钢梁.组装洞室施工见钻爆法施工部分。
8。1。1.2 组装洞设备配套
本工程TBM的组装采用洞内组装,TBM进场前将完成对组装洞室的衬砌支护和底部硬化并预埋钢梁；安装组装吊机；相关配套风、水、电设施满足TBM组装及步进的需要.配套设施具体布置见图8-1所示。布置一台2000kVA箱式变压器，靠组装洞室入口左侧布置，作防水处理。三台简易配电柜分别布置于洞壁两侧。照明灯具安装间距为10米,在组装桥吊两侧轨道下部另设照明灯具，间隔20米。以满足洞内组装照明的要求。
主机组装洞内设100×2、40×2桥吊各一台，桥吊安装状态如图8-1所示，后配套组装洞内设40T、20T桥吊各一台。设备组装时应注意以下事项：
图8—1 桥吊安装状态示意图
(1） 各部件均需在厂内组装试运转,带有出厂合格证；
（2) 安装调试后，大车，小车运行机构的车轮与轨道之间不得有啃轨现象；
(3） 现场调试时，调好大车，小车的行走极限位置后（图中蓝色位置），将大车限位开关撞尺和小车行程限位装置分别固定在合适位置；
（4） 现场组装完成时，应分别进行空载，静载，动载负荷和1。25倍超载试验。
桥吊安装过程：
组装洞内安装的桥吊为TBM洞内安装、拆卸的专用桥机，由于组装洞内空间狭小，作业环境较差,桥吊组件需要在地面拼装成较大的组件后吊高到洞室上部安装.由于100t×2桥吊和40t×2的桥吊组装过程基本相同，以下对100t×2的桥吊组装过程进行介绍,40t×2的桥吊的组装参照进行。桥吊的技术参数见表8—1,8—2。
表8—1 100t×2桥吊技术参数表
起重机工作级别
A4
小车运行速度
1。3-13m/min（变频调速）
额定起重量
100t＋100t
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—2 40t×2桥吊技术参数表
起重机工作级别
A4
小车运行速度
1.3-13M/MIN（变频调速)
额定起重量
40t＋40t
整机重量
76t(不含轨道）
轨距
17。1m
大车最大轮压
约20t
起升高度
起升速度
15。4m； 4m/min
整机功率
约65kW
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
2.3m
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
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。1.4 TBM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。5 TBM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8-3 TBM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
技术人员:8人
3班作业
技术工人:25人
电气组
技术人员：8人
3班作业
技术工人:25人
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
3班作业
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—4 TBM组装主要设备计划表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
桥吊
100t×2
1台

2
桥吊
40t×2
1台

3
桥吊
40t
1台

4
桥吊
20t
1台

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
叉车
标准
2台

9
变压器
2000KVA
1台
组合变电站
10
空压机
0G08F～11F
1台
包括配套设备
11
电焊机
BX1-400
2台

12
电焊机
SMAW焊机
2台

13
气体切割机

2台
切嘴尺寸0-6#
14
升降台
14米
4个

15
压管机

1套
包括配套切割设备
16
液压扭矩扳手

1套
包括动力站、各类套头
17
空气冲击扳手

1套
包括全套驱动头
18
各类打磨机

若干

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
4套

22
临时液压泵站
45kW
1

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。2 TBM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。
主机部件进场、验收

主机组装

后配套验收、运输

主机的调试

主机步进前移

组装洞轨道铺设

连接桥与1#台车安装
前移

后配套安装

TBM整机步进

皮带机驱动安装、调试

皮带安装

TBM步进到出发洞

香蕉皮带机安装

图8—3 TBM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。
浇筑皮带机平台
皮带机终端的安装
皮带的硫化、存储
安装隧洞皮带支架
安装转渣皮带机
皮带安装、硫化连接

图8-4 连续皮带组装流程
8.1。2.6 TBM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—5 TBM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。1.3 TBM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.
8.2 TBM（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—6 TBM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8-5 TBM施工人员配置
工班
工种
人数（人）
掘进一班
工班长
1
TBM司机
1
机械工程师
1
电器工程师
1
土木工程师
1
测量工
1
刀具组
3
锚杆组
7
喷射混凝土组
6
底部清渣、轨枕、轨道铺设组
7
风水及供给保证组
3
连续皮带机组
4
排水组
4
人员小计
40
掘进二班
同掘进一班
40
整备工班
工班长
1
TBM司机
1
机械工程师
2
电器工程师
2
土木工程师
1
测量工程师
1
刀具组
8
土木组
6
连续皮带机组
8
运输组
8
机械保养修理组
8
电器维护组
4
人员小计
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,重复掘进准备工作，开始下一掘进行程。
本标段采用的TBM调向过程可以在换步完成后利用水平撑靴支撑洞壁进行调整，也可以在掘进过程中进行微小的调整.
TBM主司机应该在换步过程中，根据测量导向系统所显示的上一循环结束时TBM的方位,本掘进循环调向参考值调整TBM的姿态，确保掘进方向控制在允许的范围之内。如有必要，可以适时在掘进施工过程中进行调整。
掘进机施工流程如图8—8.
是
否
超前地质预报
进入下一掘进循环
超前预报范围内
轨枕钢梁铺设
换步、调向
不良地质地段超前处理
掘 进
初期支护
连续皮带机出渣
（隧洞底部清渣）
超出超前预报范围
是否实施
超前处理措施

图8—8掘进施工流程图
8.2。3 隧洞轴线控制
TBM施工采用PPS自动导向系统对隧洞轴线进行跟踪控制，TBM操作人员工根据导向系统数据和指导调向措施及时调整TBM的掘进方向，因此TBM施工的轴线控制主要是对导向系统的控制、使用。
TBM换步流程如附图8—5所示。
8。2.3.1 影响导向系统正常工作的因素
（1）灰尘：若洞内灰尘太大，导致固定全站仪无法前（后视)视到目标棱镜(定向棱镜）,使系统无法正常工作。
(2）水雾气：由于本标段掘进洞段地下水丰富,可能出现高压喷射水流，会在目标棱镜和全站仪之间形成水雾，将导致无法前视到棱镜内的照准目标，使系统无法正常工作。
(3）TBM设备阻挡全站仪通视到目标棱镜.
（4）洞内照明不能满足条件全站仪无法测量和定向。
（5）导向系统出现线路故障、全站仪故障等会造成系统无法正常工作。
8。2。3。2 测量导向系统的管理
（1）工程技术人员在施工过程中应及时了解系统的工作状态，对操作室内导向显示屏上出现的任何参数和显示问题及时解决。在掘进过程中做好对马达棱镜、全站仪和后视棱镜的防护。
（2）掘进过程中做好掘进偏差的详细记录，以备核查、分析。
8。2.3。3 掘进方向的控制
操作人员熟练掌握掘进机换步调向技术，对调向工作以超前预判、提前实施调向的原则进行。必须根据技术要求严格控制调向幅度，避免对刀盘边缘的刀具和出渣机构产生大的冲击，造成刀具和出渣机构的损伤。
掘进过程中时刻注意刀盘推力状态，了解出渣情况，综合实际情况正确选择掘进模式、掘进速度等掘进参数,并在掘进过程中随时调向，完全掌握对掘进方向的控制，将掘进方向控制在水平和竖向分别为设计轴线的±100 mm;±60 mm之内.
8。2.4 不同围岩类别TBM施工参数的选定
8.2.4。1 节理不发育的Ⅱ类、Ⅲ类围岩
引水隧洞沿线Ⅱ类、Ⅲ类中厚层中细粒砂岩（T3）、Ⅱ类中厚层大理岩（T2y5)段围岩单轴抗压强度较高，分别达到104-152Mpa、98—139Mpa,节理不发育、不易破碎，在此类围岩施工中对TBM的推力的要求为主要要求,首先要保证推力满足破岩的要求，若选择推力小则掘进推进速度太低,将会出现刀圈磨损量很大，而掘进开挖效率不高的效果；如果采用较大推力以获得较高掘进速度，刀具的承载推力较大，可能会造成刀具的超负荷，产生轴承漏油或刀圈偏磨现象，因此，必须选择合理的掘进参数。
根据TBM的设备参数选择电机驱动的高转数进行掘进，正常推力和掘进速度选择TBM全速的35～50％左右.施工过程中应根据需要对刀具择机检查。及时更换磨损刀具，以保证TBM施工的速度发挥。
8。2。4。2 节理发育的Ⅱ类、Ⅲ类围岩
引水隧洞中杂谷脑组大理岩（T2z）、条带状云母大理岩（T2y4）、 互层状砂岩、板岩（T3）、泥质灰岩(T2y6）洞段，围岩抗压强度中等一般在60—90Mpa，破岩需要的掘进推力较小，此时对TBM的主要要求为破岩扭矩的需要，施工应以刀盘的扭矩作为主要参数,随时根据扭矩的需要选择合适的推进速度，并密切观察扭矩变化，调整最佳掘进参数.
8。2.4.3 节理发育且硬度变化较大的Ⅳ类围岩
Ⅳ类围岩段包括板岩（T3）、绿泥石片岩（T1），该段围岩分布不均匀，软硬度变化大，有时会出现较大的振动，所以推力和扭矩的变化范围大,应采用手动控制模式,及时根据观察到的围岩变化和TBM设备的参数变化及时调整刀盘的转数和推进速度.
若刀盘扭矩的变化很大，观察渣料有不规则的块体出现，可将刀盘转速换成低速，并相应降低推进速度，待振动减少并恢复正常后，再将刀盘转换到高速掘进。
当扭矩和推力大幅度变化时,应尽量降低掘进速度，以保护刀具和改善主轴承受力，必要时停机前往掌子面了解围岩和检查刀具。
8.2。4。4 断层带（Ⅳ、Ⅴ类围岩）下的作业
TBM在此类围岩段施工时,应根据观察到的扭矩变化、电流变化及推进力值和围岩状况随时进行掘进参数的调整.
围岩变化通过皮带机上的石渣情况、掘进机状态参数进行观察，当皮带机上出现直径较大的岩块，块体的比例大约占出渣量20～30%时；或TBM掘进施工的推力下降较快、扭矩增加时，应降低掘进速度，控制贯入度。当皮带机上出现连续的不断大量块体输出时，停止掘进,待出渣量稳定后对掌子面围岩进行观察，围岩情况确定后变换刀盘转速和推进力控制贯入度进行掘进。根据招标文件中提供的掘进机参数,各类围岩TBM施工拟采用参数见表8-6。
表8-6 各类围岩施工参数表
岩石类别
（抗压强度）
掘进行程（M）
刀盘转数（R/MIN）
扭矩范围（KNM）
推力范围（KN）
120-150Mpa
1。82
2.24-5。0
7509～16519
11351～22703
90—120Mpa
1。82
2。24—5.0
7509～16519
11351～22703
≤90—120Mpa
1。82、0.91
1.2-4。0
7509～16519
11351～17653
断层、破碎带及软弱围岩
1。82、0。91
1。2—4。0
7509～12319
11351～17653
8.2.5 连续皮带机出渣及材料运输
8.2.5。1 连续皮带机布置
由于TBM掘进速度快，出碴量大，距离长，因此在本工程中采用连续皮带机出碴。连续皮带运输系统主要由主皮带驱动装置、张紧装置(皮带储存仓）、皮带、辅助驱动装置、支撑机构、移动尾部(安装在TBM上）组成。
本标段TBM施工段为自TBM出发洞到标段的分界点位置，总长度为13295m，开挖石渣均采用连续皮带机运输.开挖石渣通过安装在TBM本身的皮带机运送到安装在后配套连续皮带移动尾部，通过连续皮带机运送石渣到东引2＃支洞的固定皮带机转运到弃渣场。连续皮带运行示意图见图8—9.
图8—9 连续皮带机出渣示意图
8。2.5。2 连续皮带机辅助驱动安装
由于1＃引水隧洞掘进距离达到13km以上，单独依靠一个连续皮带机驱动装置无法实现皮带的正常运行,因此需要在隧洞掘进距离达到6～7km左右时安装连续皮带的辅助驱动。
辅助驱动根据招标文件提供资料，其尺寸、功率和终端的驱动装置相同.安装前需要在设计好的安装位置上设置的固定结构（结构强度可以保证辅助驱动的正常运行），并适当扩挖洞室保证变压器及配电柜的安装。如图8-10。
图8-10 辅助驱动安装位置示意图
该固定位置安装连续皮带的框架结构时根据辅助驱动的需要设置起伏过渡段,保证辅助驱动安装后不会出现皮带的剧烈起伏.
辅助驱动在洞外组装好，截取一段皮带在驱动的滚筒上按照皮带正常工作的缠绕方式进行缠绕，并在皮带两端预留硫化的接头。辅助驱动安装时首先将运行皮带按照硫化接头的要求断开,辅助驱动安装完成后,将驱动滚筒上的皮带和运行皮带的两个接头进行硫化连接。通过皮带储存机构在试运行皮带的同时完成皮带的张紧。
连续皮带的支撑钢结构在TBM后配套连续皮带移动尾端位置进行安装，安装完成后通过隧洞预先施工的锚杆焊接固定，在皮带结构脱离出后配套后，检查并完善安装的支撑。安装状态如图8-11。
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图8-11 连续皮带机钢结构安装示意图
8.2.5.3 皮带添加
在连续皮带储存机构中储存的皮带即将使用完前，利用卷扬机构将500m皮带缠绕成规整的一卷放在硫化台位置,在硫化台位置断开连续皮带，并硫化第一个接头，而后利用皮带储存机构将500m皮带平缓、规则的输送到皮带仓内储存，而后在硫化台完成第二个接头的硫化,硫化完成后利用皮带储存机构的张紧装置将皮带调整张紧到正常施工状态。
8.2。5.4 连续皮带机使用注意事项
(1）设专门人员沿途检查连续皮带机的固定支架、皮带托辊，固定支架必须稳固、托辊必须保证完好，发现问题及时处理,避免因此而影响施工进度。
（2）皮带沿途布置紧急停机拉线和急停开关,以在发现胶带损坏、石渣溢出等情况下按连续皮带机、TBM皮带机的顺序及时停机。另外在皮带机终端的石渣转接位置和辅助驱动石渣转接位置设立防护罩，防止石渣掉落。
(3）由于连续皮带机的参数可反映在TBM操作室内,TBM操作人员在掘进过程中一方面要和连续皮带机的监控人员保持联系，同时要监控皮带驱动马达压力的变化,发现异常要停机检查，对损坏、断裂、失效的托辊等进行更换.
（4)掘进超过一定距离后，皮带将出现一定程度的磨损，可能出现局部胶层剥落，甚至皮带被砸穿,要利用整备时间对破损处及时修补，以延长皮带寿命。
8。2。5。5 钻爆法石渣在连续皮带上的运输
钻爆法施工的石渣破碎后通过2#隧洞内的连续皮带机和施工横通道内的支洞皮带机将石渣倒运到1＃隧洞的连续皮带机上运出，由于2＃隧洞钻爆法的石渣可能会有部分作为砂石料的料源，对于该部分的石渣将通过破碎站破碎后从2#隧洞经横通道利用支洞皮带机运到1＃隧洞TBM连续皮带,利用连续皮带运行出渣间隙择机进行运输，通过连续皮带机、转渣皮带机、分料机构、固定皮带机输送到料场。
8.2。5.6 施工材料运输
(1）每循环掘进施工运输量统计
TBM掘进1m初期支护喷射混凝土量为5。8m3，另外考虑回弹量为混凝土总量的20%，完成1m隧洞的喷射需要混凝土量为7。3m3.每个掘进循环（1.82m）需要喷射混凝土量约为13.5m3.即每个掘进循环需要喷射混凝土3罐车(7。5m3混凝土罐车一次可装载6.5m3混凝土）,另外的其它材料还包括有锚杆、钢拱架、钢轨、轨枕等。
(2）TBM运输轨道及道岔的安设
为满足TBM快速施工的要求，施工中TBM开挖洞内采用有轨运输材料。为了保证TBM在全速掘进中所需供应材料(喷射混凝土、锚杆、钢拱架、钢轨、轨枕等)及时运到现场，洞内布置四轨两线，钢轨采用43kg/m标准轨;轨距为900mm。为满足排放施工可能遇到的突发大流量涌水的需要，运输轨线支撑轨枕底面抬高到隧底以上1.2m.为此,轨枕采用I25a工字钢，中间加设竖向支撑,轨枕间距按照平均500mm布置,以满足结构受力的需要.TBM施工段衬砌施工时需要布置道岔以满足多台台车同时施工，需要在衬砌台车前后各布置一组道岔,以保证轨道运输的畅通.洞内轨道布置见图8—12.
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图8-12洞内轨道布置示意图
轨面高度确定：
①过水断面的计算
隧洞直径D：12.4m；隧洞纵坡i：0.365％;假定隧洞内水深h：1。0m；1m深的过水面积A：4。58m2;湿周X：7.14m;水力半径R＝A/X＝0。641
糙率n：0。025；
谢才系数C＝R1/6/n＝37.1
过流量Q＝AC（Ri)1/2＝8.2m3/s
由此计算当隧洞中的水面高度到达1m高度时，可以满足隧洞中8.2m3/s的水量顺利的流出。
②型钢长度的要求
型钢作为轨道的支撑和衬砌台车的支撑，一方面要满足洞内双线轨道