大直径大坡度连续超小半径转弯TBM关键技术研究及应用.pdf

引用格式:王鹏星,贺飞,宁向可,等.大直径大坡度连续超小半径转弯 TBM 关键技术研究及应用J.隧道建设(中英文),2023,43(9):1614.WANG Pengxing,HE Fei,NING Xiangke,et al.Research and application of key technologies of large diameter tunnel boring machine with large slope and ultra-small turning radiusJ.Tunnel Construction,2023,43(9):1614.收稿日期:2023-02-27;修回日期:2023-08-05第一作者简介:王鹏星(1991),男,河南平顶山人,2013 年毕业于武汉理工大学,机械工程及自动化专业,本科,工程师,现从事 TBM 设计与研究工作。E-mail:1075560934 。大直径大坡度连续超小半径转弯 TBM 关键技术研究及应用王鹏星,贺 飞,宁向可,僧雄飞(中铁工程装备集团有限公司,河南 郑州 450000)摘要:为解决抽水蓄能电站交通洞、通风洞开挖断面大、水平转弯半径小、纵坡坡度大且变化频繁,常规 TBM 无法施工的难题,以抚宁抽水蓄能电站交通洞和通风洞为背景,分析大直径、超小半径转弯、大坡度隧洞采用 TBM 施工的重难点,从整机方案选型、关键部件设计、出渣方式创新等方面入手,设计一种大直径大坡度超小半径转弯 TBM。实践证明:1)在抽水蓄能电站进厂交通洞和通风洞采用大直径超小半径转弯 TBM 施工切实可行,且具有施工效率高、环境破坏小、绿色低碳等优点;2)采用双护盾主机并结合锚喷支护形式创新集成设计的 TBM 能够适应大直径超小半径转弯工况;3)在双护盾 TBM 的支撑盾上集成设计钢筋排存储系统方案可行;4)“旋转栈台+胶轮自卸车”的出渣运输体系能够解决大坡度、连续多次超小半径转弯工况下 TBM 出渣及物料运输难题,且施工成本相对较低,故障率相对较少,但其影响 TBM 掘进速度,出渣时阻碍物料运输及人员通行,不利于文明施工;5)在连续超小半径转弯、大坡度工况下采用组合式皮带机出渣的方案是可行的,且组合式皮带机出渣方案在提高 TBM 掘进速度方面具有突出的优势,但其皮带跑偏调整技术和“多级控制、顺序启停”的控制系统有待进一步研究。关键词:大直径 TBM;大坡度;超小半径转弯;抽水蓄能电站;出渣运输;“组合式”皮带机DOI:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.09.019文章编号:2096-4498(2023)09-1614-09中图分类号:U 45 文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):R Re es se ea ar rc ch h a an nd d A Ap pp pl li ic ca at ti io on n o of f K Ke ey y T Te ec ch hn no ol lo og gi ie es s o of f L La ar rg ge e D Di ia am me et te er r T Tu un nn ne el l B Bo or ri in ng g MMa ac ch hi in ne e w wi it th h L La ar rg ge e S Sl lo op pe e a an nd d U Ul lt tr ra a-S Sm ma al ll l T Tu ur rn ni in ng g R Ra ad di iu us sWANG Pengxing,HE Fei,NING Xiangke,SENG Xiongfei(China Railway Engineering Equipment Group Co.,Ltd.,Zhengzhou 450000,Henan,China)A Ab bs st tr ra ac ct t:The construction of traffic and ventilation tunnels in pumped storage power stations often presents challenges for conventional tunnel boring machines(TBMs)due to their large excavation sections,small horizontal turning radii,as well as large and frequently changing longitudinal slope gradients.Therefore,a case study is conducted on the Funing pumped-storage power station to analyze the focal points and difficulties of TBM construction in traffic and ventilation tunnels with large diameters,ultrasmall turning radii,and large slopes.A TBM designed with an ultrasmall turning radius,suitable for large excavation sections and slopes,is designed considering the overall selection scheme,key component design,and innovative slag transportation methods.The study concludes that:(1)The designed TBM is feasible for constructing traffic and ventilation tunnels with a large diameter,an ultrasmall turning radius,and a large slope.It offers environmentally friendly,green,low-carbon,and highly efficient technology.(2)The double-shield main body combined with bolt-shotcrete support can adapt to large diameters and ultrasmall turning radii.(3)The integration of a steel bar storage and discharge system onto the support shield of the double-shield TBM is feasible.(4)The mucking system of the rotating stack platform and rubber-tire self-dumping truck can address the challenges of TBM 第 9 期王鹏星,等:大直径大坡度连续超小半径转弯 TBM 关键技术研究及应用slag and material transportation under conditions of large longitudinal slopes and continuous ultrasmall turning radii,and the construction cost and failure rate are relatively low.However,it affects TBM tunneling speed and hinders material transportation and personnel passage during mucking,resulting in an uncivilized construction phenomenon.(5)The combined belt conveyor system is favorable for slag transportation under continuous ultrasmall turning radii and large slope conditions,considerably improving TBM excavation speed.However,the belt deviation adjustment technology and multilevel control and sequential start and stop control system need to be further investigated.K Ke ey yw wo or rd ds s:large-diameter tunnel boring machine;large slope;ultra-small turning radius;pumped storage power station;mucking and transportation;combined belt conveyor0 引言全断面岩石隧道掘进机(以下简称 TBM)施工具有掘进速度快、成形质量高、安全、环保等多种优点1,已被广泛运用在水利、铁路、市政交通等领域2-4,并积累了大量的 TBM 选型施工经验。受工程需求变化影响,近年来,军工、矿山领域和抽水蓄能电站陆续引入 TBM 工法。与传统水利、铁路等领域不同,抽水蓄能电站、矿山巷道等领域洞室建设普遍存在纵坡坡度大、转弯半径小、掘进路线复杂、单个隧洞掘进长度短等特点,采用常规 TBM 已无法满足工况需求。为推进 TBM 在这些新兴领域的应用,国内外研究者开展了一些研究和应用工作。叶复萌等5总结了抽水蓄能电站地下洞室集群修建 TBM 关键技术,并依据该类地下隧洞的特点,提出大直径小转弯 TBM、“精灵”TBM 和大倾角斜井 TBM 3 项关键技术;施云龙等6借鉴地铁盾构相关规范,首次提出将隧道转弯半径 R10D(D 为隧洞直径)作为超小半径转弯隧洞界定标准;姜礼杰等7针对目前 TBM 转弯半径受限的问题,设计一种可实现 TBM 超小半径转弯的新型推进系统;王洪玉等8介绍了抽水蓄能电站排水廊道、交通洞和斜井 TBM 施工关键技术及其在部分项目的应用情况;王杜娟等9对双护盾 TBM 在适应城市地铁小转弯方面做了相应的研究;陈宝宗等10、路振刚等11以文登抽水蓄能电站排水廊道建设工程为例,介绍了小直径紧凑型超小半径转弯 TBM 的研究及应用情况;李富春等12对在抽水蓄能电站中如何更好地使用 TBM 施工进行了研究。上述研究工作多是针对小直径小转弯 TBM,对于大直径大坡度超小半径转弯 TBM 关键技术并未涉及或深入研究应用。本文以抚宁抽水蓄能电站交通洞和通风洞隧道工程为背景,针对大直径、大坡度、超小半径转弯的工程需求,研究开发出一种大直径大纵坡超小半径转弯 TBM,并通过工程应用验证结论、提出建议,以期为大直径超小半径转弯 TBM 在抽水蓄能电站交通洞及通风洞的后续应用提供参考。1 工程概况及重难点分析1.1 工程概况抚宁抽水蓄能电站位于河北省秦皇岛市抚宁区,电站距秦皇岛市公路里程 70 km。电站安装 4 台单机容量为 300 MW 的立轴单级混流可逆式水泵水轮机,总装机容量为 1 200 MW,额定发电水头 433 m。TBM主要施工进厂交通洞、通风洞及穿越厂房洞段,全长2 243.8 m,隧洞开挖直径为9.53 m。进厂交通洞和通风洞洞口位于下水库拦河坝下游左侧 Y3 公路旁,交通洞 长 886.6 m,最 大 纵 坡 为-9%;通 风 洞 长1 193.2 m,纵坡坡度为 2.5%;厂房段长 164 m。隧洞包括 7 处转弯,厂房段平面转弯半径为 90 m,其余洞段转弯半径为 100 m。交通洞和通风洞隧道纵剖面如图 1 所示,水平线路如图 2 所示。图 1 抚宁抽水蓄能电站交通洞和通风洞隧道纵剖面图Fig.1Longitudinal profile of traffic and ventilation tunnels of Funing pumped storage power station图 2 抚宁抽水蓄能电站交通洞和通风洞隧道水平线路图(单位:m)Fig.2 Horizontal route of traffic and ventilation tunnels of Funing pumped storage power station(unit:m)隧洞埋深为 13300 m,岩性以混合花岗岩和钾长5161隧道建设(中英文)第 43 卷花岗 岩 为 主,围 岩 的 单 轴 饱 和 抗 压 强 度 平 均 为150 MPa,最大 为 240 MPa。隧 洞、类 围 岩 为1 262.4 m,占比 56%;类围岩为 819.2 m,占比37%;类围岩为 162.2 m,占比 7%。各类围岩占比饼状图如图 3 所示。隧洞多位于地下水位以下,岩体具有弱微透水性,断层、节理密集发育部位为中等强透水性,施工过程中局部可能存在暂时性承压水、涌水。推断穿越通风洞和交通洞沿线的断层分别有 13 条和 8 条,断层及影响带宽度 2 m 以上的有 4 条,其中,J1断层影响带宽 5.5 m,J2 断层影响带宽 1015 m。图 3 TBM 掘进段各类围岩占比Fig.3Proportions of each grade of surrounding rock in TBM excavation section1.2 重难点分析 本工程 TBM 施工具有开挖直径大、坡度大且频繁变坡、连续超小半径转弯、不良地质段占比高等特点,采用 TBM 施工存在如下难题:1)连续超小半径转弯 TBM 结构设计难。在超小半径转弯曲线段,TBM 各系统部件之间、各系统部件与洞壁之间均会产生较大的相对位置变化,容易产生结构干涉,特别是主机,如不能适应超小半径曲线,容易“卡死”,后配套拖车在超小半径转弯曲线段存在倾斜、轮对脱轨等风险。2)连续超小半径转弯 TBM 皮带机出渣难。在超小半径转弯曲线段,由于皮带内弧线与外弧线所受张力不同,皮带容易出现跑偏、漏渣、异常磨损、翻带等现象,影响 TBM 正常掘进。3)连续超小半径转弯 TBM 导向难。在超小半径转弯曲线段,TBM 姿态控制困难,加之为适应小转弯,TBM 主机采用多段式铰接、多自由度空间结构设计,导向系统定位难、解算难、稳定难。4)大坡度频变纵坡、连续多次转弯工况下出渣系统和物料运输系统设计难。TBM 掘进线路最大纵坡坡度为-9%和+6.6%,且整个线路共 7 个转弯。常规有轨列车编组最大适应纵坡坡度约为 4%,无法满足本项目大纵坡坡度要求;常规连续皮带机出渣方式力无法适应连续多次超小半径转弯。5)大直径超小半径转弯隧洞 TBM 通过断层破碎带难。同等地质条件下,直径越大,TBM 在断层破碎带洞段支护工作量越大,围岩收敛变形越大。因此大直径 TBM 在超小半径转弯洞段通过断层破碎带更为困难,更容易与洞壁产生干涉。2 TBM 针对性设计抚宁抽水蓄能电站交通洞和通风洞开挖直径为9 530 mm,线路共设计 7 处转弯,最小转弯半径仅为90 m。直径 8 m 级以上大断面 TBM 最小转弯半径多在 500 m 以上,90 m 超小半径转弯尚属世界首例,如表 1 所示。这种开挖断面大、转弯半径超小、转弯次数多且采用 TBM 施工的工程国内外尚无先例,TBM 的设计也无可参考案例。表 1 国内外部分直径 8 m 级以上 TBM 转弯半径统计Table 1Statistics of turning radii of TBM with diameter more than 8 m in China and abroadm工程名称开挖直径 最小转弯半径辽宁大伙房 TBM8.03500吉林引松供水 TBM8.03500引汉济渭 TBM8.05500珠三角水资源配置工程 TBM8.23500秦岭铁路隧道 TBM8.83500高黎贡山隧道 TBM9.03500瑞士勒奇山基线隧道 TBM9.43500瑞士 Nant de Drance 抽水蓄能电站 TBM9.45500澳大利亚布里斯班克兰姆琼斯隧道 TBM12.4550 同时,该项目纵坡坡度大且变化频繁,、类围岩占比达 44%,存在断层破碎带等不良地质,需要考虑隧洞初期支护后便于 TBM 通过。因此,综合本项目特点,对 TBM 进行针对性设计。2.1 采用“双护盾主机结构+锚网喷支护相结合”的创新整机集成设计 TBM 从结构形式上分为敞开式 TBM 和护盾式TBM。敞开式 TBM 又可细分为水平支撑主梁式 TBM和双 X 型支撑凯式 TBM。大量施工经验表明,敞开式TBM 由于主机刚性结构长,转弯适应能力弱,水平支撑主梁式 TBM 能够适应的最小转弯半径一般不小于50 倍开挖洞径,双 X 型支撑凯式 TBM 能够适应的最小转弯半径一般不小于 30 倍开挖洞径。护盾式 TBM又可细分为单护盾 TBM 和双护盾 TBM,护盾式 TBM由于主机刚性结构短,转弯适应能力强,再通过特殊设计,可实现最小转弯半径小于 10 倍开挖洞径的目标。本项目开挖洞径为 9.53 m,最小转弯半径为90 m,敞开式 TBM 主机结构显然无法满足超小半径转弯需求,因此从转弯适应性方面考虑,宜选用护盾式主6161第 9 期王鹏星,等:大直径大坡度连续超小半径转弯 TBM 关键技术研究及应用机结构。本项目存在断层破碎带等不良地质,按照隧道支护设计要求,类、类、类围岩均需进行初期支护,支护占比达 60%以上。从本工程地质特点、支护结构和施工成本方面考虑,宜采用锚网喷支护形式。单护盾 TBM 必须通过管片提供反力进行掘进,无法适用于锚网喷支护形式。因此,TBM 整机方案采用双护盾主机结构+锚喷支护相结合的创新集成设计。同时,为适应半径 90 m 小转弯,对双护盾式主机结构做如下特殊设计:1)取消尾盾和辅推油缸,缩短主机长度;2)盾体中心与刀盘中心采用下偏心设计,由此获得较大的盾体与洞壁间隙,便于转弯;3)针对性设计盾体尺寸链和内、外伸缩盾间隙,盾体直径前大后小,呈倒锥式结构;4)前盾布置稳定器,掘进时采用低压模式减少震动,换步时采用高压模式稳定盾体,更利于 TBM 在超小半径转弯段掘进换步;5)撑靴采用“三点支撑”结构,增大支撑盾内部空间,为主机皮带机在超小半径转弯段预留足够的跑偏调整空间;6)取消管片拼装机,在支撑盾上集成设计钢筋排存储装置,在支撑盾尾部设计主梁,在主梁上集成设计拱架拼装机、锚杆钻机及超前钻机系统。“抚宁号”TBM 整机如图 4 所示,主机如图 5 所示,TBM 主要技术参数见表 2。图 4“抚宁号”TBM 整机Fig.4 Diagram of integrate machine of Funing TBM图 5“抚宁号”TBM 主机Fig.5 Funing TBM main machine表 2 TBM 主要技术参数Table 2 Main technical parameters of TBM技术指标参数开挖直径/mm9 530整机长度/m85主机长度/m17最小水平转弯半径/m90适应坡度-10%+10%最小纵向转弯半径/m300刀盘最大扩挖量半径方向 50 mm装机功率/kW5 2002.2 采用“多分段、短机架、机架上下左右可调”的TBM 皮带机设计为适应 R=90 m 超小半径转弯,TBM 皮带机做如下针对性设计:1)皮带机架采用多分段设计,缩短单节皮带架长度,同时皮带机架采用搭接非固定式设计,左右可移动调整,便于小转弯段左右移动皮带架来调整皮带跑偏,如图 6 所示。图 6 搭接非固定式皮带架Fig.6 Lapping non-fixed belt holder 2)皮带机设计上下胶带压辊及挡辊,如图 7 所示,解决小曲线段掘进皮带由于内外存在张力差造成跑偏、翻带问题。3)增大主机皮带机落料斗与后配套皮带机接渣斗左右搭接量,避免超小转弯段两者发生相对位移而造成漏渣,如图 8 所示。2.3 采用“激光靶+双目相机融合”的自动导向系统 为解决超小半径转弯 TBM 掘进导向系统存在的“定位难、解算难、稳定难”3 大难题,采用“激光靶+双目相机融合”的自动导向系统,如图 9 所示。7161隧道建设(中英文)第 43 卷图 7 皮带机挡辊、压辊示意图Fig.7 Photograph of block roll and press roll of belt conveyer图 8 超小半径转弯段落料斗与接渣斗错位示意图Fig.8 Dislocation of hopper and slag bucket in ultra-small turning section 综合解决方案如下:1)传递测量。先用激光靶测量出支撑盾姿态,再用支撑盾姿态测量前盾。2)视觉测量。安装在支撑盾前端的双目相机测量前盾尾的 Mark 灯组,利用布尔莎模型解算前盾 7参数。3)高速捕捉。配置具有高速捕捉功能的相机,可实现对前盾体 Mark 灯组瞬时捕捉,实现瞬时解算前盾姿态的功能。图 9“激光靶+双目相机融合”的自动导向系统Fig.9Automatic guidance system of laser target+binocular camera fusion2.4 采用“旋转栈台+胶轮自卸车”的出渣及物料运输方式 常规有轨列车编组出渣方式及常规连续皮带机出渣方式均无法满足本项目大纵坡坡度、连续多次小半径转弯的实际工况,因此本项目进行创新,首次在TBM 施工上采用“旋转栈台+胶轮自卸车”的出渣及物料运输方式,如图 10 所示。图 10 旋转栈台+胶轮自卸车Fig.10 Rotating stack platform+rubber tire selp-dumping truck 其次,为保障出渣作业连续性,在 TBM 尾部皮带机落渣处设计分渣装置,如图 11 所示。图 11 分渣装置Fig.11 Slag separation device 为保障胶轮自卸车在隧洞内安全行驶和错车,在旋转栈台后部区域配备装载机,利用洞渣及时回填洞底形成平台,如图 12 所示。图 12 装载机铺底作业Fig.12 Bottom laying by loader8161第 9 期王鹏星,等:大直径大坡度连续超小半径转弯 TBM 关键技术研究及应用2.5 采用“宽踏面+可旋转”的后配套轮对设计为适应 R=90 m 超小半径转弯,“抚宁号”后配套轮对采用“宽踏面+可旋转”设计,如图 13 所示。“宽踏面”可使轮对在轨道上具有更大调整量,“可旋转”使轮对与后配套主结构框架具有一定角度调整,两者配合,使后配套更易适应超小半径转弯曲线。图 13“抚宁号”轮对示意图Fig.13 Diagram of wheel pair in Funing TBM2.6 采用“大间隙”铰接耳座设计纵坡发生变化时,铰接耳座前后部件会产生上下高差错位,纵坡坡度变化越大,上下高差错位越多。为适应本工程大坡度频变纵坡工程需求,铰接耳座设计时,耳板之间预留大间隙,如图 14 所示。(a)(b)图 14“大间隙”铰接耳座示意图Fig.14 Diagram of large clearance hinged lug seat3 应用效果3.1 TBM 应用情况“抚宁号”TBM 为国内首台应用于抽水蓄能电站交通洞和通风洞的大直径小转弯 TBM,该 TBM 从 2021 年10 月 25 日始发掘进,历时 1 年,于 2022 年 10 月 24 日贯通,累计掘进 2 243.8 m,最高日进尺 21.2 m,最高月进尺 303 m。TBM 现场施工图片如图 15 所示。(a)TBM 始发(b)90 m U 形转弯(c)支撑盾钢筋排存储系统支护效果(d)TBM 贯通图 15 TBM 施工现场图片Fig.15 Photographs of TBM construction site 实际掘进施工揭露的地质条件好于初设地勘,以、类围岩为主,类围岩约占 85%、类围岩约占15%,无类围岩;交通洞、通风洞沿线实际共穿越断层和破碎带 28 条,主要宽度小于 1.0 m,未发生卡机、9161隧道建设(中英文)第 43 卷突涌水等问题。隧洞围岩如图 16 所示。(a)类围岩(b)类围岩图 16 隧洞围岩图片Fig.16 Photographs of tunnel surrounding rock3.2 出渣运输体系设计优化“旋转栈台+胶轮自卸车”的出渣运输体系设计在施工初期切实解决了大纵坡坡度、连续多次转弯工况下 TBM 出渣及物料运输难题,但随着掘进里程的增加,其缺点也逐渐暴露,主要体现在以下 4 个方面:1)胶轮自卸车在旋转栈台上调头、后退、错车及洞内往返需要时间,运渣效率较低,影响 TBM 掘进速度。2)受洞内空间限制,2 辆自卸胶轮车并排停放时,占用 TBM 尾部进入 TBM 前部的通道,影响支护材料等物料运输,同时也影响施工人员通行,存在施工安全风险。3)自卸车运渣过程中,漏渣漏水,道路泥泞,影响运输安全和文明施工。4)“抚宁号”TBM 整机长约 85 m,属于紧凑机型,旋转栈台长约 70 m,TBM 拖拉旋转栈台后整体长度达到 135 m(设备重合约 20 m),设备整体长度增长,不利于小转弯段设备整体通过性,小转弯时,旋转栈台轮对易脱轨。基于上述原因,在抚宁抽水蓄能电站进厂交通洞和通风洞施工后期,优化设计,改用组合式皮带机出渣。通过实际工程应用,验证在连续小转弯工况下组合式皮带机出渣方案是否可行。抚宁隧洞组合式皮带机整体采用“3 段固定式皮带机+1 段连续式皮带机搭接”的方案,如图 17 所示,组合式皮带机基本参数如表 3 所示。图 17 组合式皮带机方案Fig.17 Scheme of combined belt conveyor表 3 组合式皮带机基本参数Table 3 Basic parameters of combined belt conveyor项目运量/(t/h)带速/(m/s)运距/m带宽/mm功率/kW13 号固定式皮带机5802.5300/540/3401 0001324 号连续皮带机5802.59701 000160 “旋转栈台+胶轮自卸车”与组合式皮带机 2 种出渣方式施工数据统计如表 4 所示。图 18 示出 2 种出渣方式 TBM 掘进利用率分析。表 4 2 种出渣方式施工数据统计Table 4 Data statistics of two mucking methods出渣方式 掘进长度/m施工工期/d平均月进尺/m利用率/%纯掘进时间/h平均掘进速度/(m/h)最高日进尺/m最高月进尺/m平均日掘进/m旋转栈台+胶轮自卸车1 570.8 25218636.17.20.916.32556.2组合式皮带机6737825831.66.31.421.23038.60261第 9 期王鹏星,等:大直径大坡度连续超小半径转弯 TBM 关键技术研究及应用(a)“旋转栈台+胶轮自卸车”出渣(b)组合式皮带机出渣图 18 2 种出渣方式 TBM 掘进利用率分析Fig.18Analysis of TBM excavation utilization rate with two mucking methods 从表 4 和图 18 可知:采用“旋转栈台+胶轮自卸车”出渣,TBM 平均日进尺 6.2 m,最高月进尺 255 m,平均掘进速度为 0.9 m/h;采用组合式皮带机出渣,TBM 平均日进尺 8.6 m,最高月进尺 303 m,平均掘进速度 1.4 m/h,采用组合式皮带机出渣,出渣效率提高55.5%。该数据对比验证了在连续超小半径转弯工况下采用组合式皮带机的出渣方案是可行的,且能够明显提高 TBM 平均掘进速度。通过数据对比还可看出,采用“旋转栈台+胶轮自卸车”出渣 TBM 掘进利用率为 36.1%,采用组合式皮带机出渣 TBM 掘进利用率为 31.6%,主要原因在于:1)组合式皮带机属于首次应用,附带试验性质,初期使用阶段,转弯段皮带跑偏调整不彻底,特别是 4 号连续皮带,进出转弯段掘进换步时需频繁对皮带进行跑偏调整,耗时较长;2)组合式皮带机采用较为复杂的“多级控制、顺序启停”控制系统,前期使用出现多次故障,这 2 点主要因素影响了 TBM掘进利用率。同时,改为组合式皮带机的出渣方案后,TBM 出渣与物料运输及人员通行互不干涉,文明施工显著提高。图 19 示出了采用 2 种出渣方式时洞内文明施工对比。(a)“旋转栈台+胶轮自卸车”出渣(b)组合式皮带机出渣图 19 2 种出渣方式洞内文明施工对比Fig.19 Comparison of civilized construction in tunnel with two mucking methods4 结论与建议“抚宁号”TBM 是大直径连续超小半径转弯TBM 首次成功应用在抽水蓄能电站交通洞、通风洞领域,为后续类似大直径连续超小半径转弯 TBM 施工应用积累了经验。同时,施工后期组合式皮带机出渣方案的成功应用,验证了其在连续超小转弯工况下的可行性,为后续连续超小半径转弯隧洞施工出渣方式的选择提供了新的参考。主要结论与建议如下:1)在抽水蓄能电站进厂交通洞和通风洞采用大直径超小半径转弯 TBM 施工切实可行,且具有施工效率高、环境破坏小、绿色低碳等优点。2)采用双护盾主机并结合锚喷支护形式创新集成设计的 TBM 能够适应大直径超小半径转弯工况。3)在双护盾 TBM 的支撑盾上集成设计钢筋排存储系统的方案是可行的。4)“旋转栈台+胶轮自卸车”的出渣运输体系设计能够解决大纵坡坡度、连续多次转弯工况下 TBM 出渣及物料运输难题,且施工成本相对较低,故障率相对较少,但影响 TBM 掘进速度、阻碍物料运输及人员通行、文明施工较差。5)在连续超小半径转弯工况下采用组合式皮带机的出渣方案是可行的,且组合式皮带机出渣方案在提高 TBM 掘进速度方面具有突出的优势,但超小半径转弯皮带跑偏调整技术和“多级控制、顺序启停”的控制系统有待进一步研究。针对后续抽水蓄能电站交通洞及通风洞隧洞建设,如采用 TBM 施工,建议进一步加强对施工配套技术的研究,如对“双向驾驶物料运输车+连续皮带机”1261隧道建设(中英文)第 43 卷的物料运输体系进行研究。同时,建议加强对 TBM 智能化的研究,如研究智能喷浆系统、刀具状态实时监测等。参考文献(R Re ef fe er re en nc ce es s):1 杜彦良,杜立杰.全断面岩石隧道掘进机系统原理与集成设计M.武汉:华中科技大学出版社,2010.DU Yanliang,DU Lijie.Full face hard rock tunnel boring machine:System principles and integrated design M.Wuhan:Huazhong University of Science&Technology Press,2010.2 洪开荣,王杜娟,郭如军.我国硬岩掘进机的创新与实 践J.隧道建设(中英文),2018,38(4):519.HONG Kairong,WANG Dujuan,GUO Rujun.Innovation and practice of hard rock TBM in China J.Tunnel Construction,2018,38(4):519.3 王梦恕,李典璜,张镜剑,等.岩石隧道掘进机(TBM)施工及工程实例M.北京:中国铁道出版社,2004.WANG Mengshu,LI Dianhuang,ZHANG Jingjian,et al.Construction and engineering example of rock tunnel boring machine(TBM)M.Beijing:China Railway Publishing House,2004.4 荆留杰,张娜,杨晨.TBM 及其施工技术在中国的发展 与趋势J.隧道建设,2016,36(3):331.JING Liujie,ZHANG Na,YANG Chen.Development of TBM and its construction technologies in ChinaJ.Tunnel 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