开敞式TBM在隧道与地下工程中的应用PPT课件

1、目 录一 概述二 山岭隧道开敞式TBM的应用三 地铁隧道开敞式TBM的应用四 应用前景第1页/共41页 我公司自1997年参与施工秦岭线隧道以来，在山岭隧道开敞式TBM应用工程中，又先后承建施工了西安南京铁路磨沟岭隧道、大伙房输水工程TBM2标项目和南疆吐库二线SK2标中天山隧道。在各项目施工中，针对各工程的地质情况、设备特性、工期要求和项目边界条件等，各项目均提出了适用于现场施工的技术创新，并形成了各项目特色的技术成果或关键技术，丰富了我国山岭隧道开敞式TBM的施工技术，提高了山岭隧道开敞式TBM的修建技术水平和施工工艺。 特别是重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段开建以来，是国内利用开敞

2、式TBM在地铁隧道中施工的首例，更丰富了我国城市地铁隧道开敞式TBM的施工技术。 可以预计，随着我国隧道及地下工程建设的飞速发展，开敞式TBM施工技术将更加完善和进步。一 概述第2页/共41页 1、西康线秦岭隧道 （1）工程概况 二 山岭隧道开敞式TBM的应用 秦岭线隧道位于陕西省北秦岭山区，长18.456km，最大埋深1600m。施工段长5888.39m，其中预备洞260m， F4断层钻爆法段370m，TBM施工5253.5m。 第3页/共41页 1、西康线秦岭隧道 （1）工程概况 二 山岭隧道开敞式TBM的应用 地质特点：隧道横穿秦岭东西构造带，历经多期构造运动、变质作用、岩浆活动和混合岩

3、化作用，地质构造和地层岩性十分复杂。岩性以混合片麻岩和混合花岗岩为主，岩石最高单轴抗压强度达300MPa，属极硬岩，并发育有55条断层。隧道穿过高地应力、岩爆、地热、断裂带、涌水等不良地质灾害段，堪称“地质博物馆” 。第4页/共41页 1、西康线秦岭隧道 （2）施工情况及技术创新 1997年12月18日开始试掘进， 1999年8月25日全隧贯通，隧道横向贯通误差10mm，纵向贯通误差13mm，高程贯通误差4mm。创造了TBM日掘进40.5m、月掘进528m的施工纪录。 为解决独头施工的难题，创新采用穿行式模板台车进行二次衬砌施工，创造了铁路隧道月砼衬砌1158.4m的记录。 二 山岭隧道开敞式

4、TBM的应用第5页/共41页 1、西康线秦岭隧道 （2）施工情况及技术创新 创新提出了弹性整体道床施工工法，通过在弹性整体道床施工中的完善和使用，效果显著，运用此工法施工弹性整体道床5881.35m，总计用时4.3个月，创造了整体道床施工日灌注125m、月灌注2468.7m的全国最高记录。 二 山岭隧道开敞式TBM的应用轨道排架混凝土施工第6页/共41页 1、西康线秦岭隧道 （3）技术成果 1）建立“以掘进为中心，机械设备状况为前提，地质是条件，管理是关键”为指导思想的系统化管理体系； 2）合理选择掘进模式，在均质硬岩条件下宜选择自动控制推力模式；在节理发育围岩下宜选择自动控制扭矩模式；在不能

5、确定围岩状态或围岩硬度变化不均，节理发育，存在破碎带、断层时，必须选择手动控制模式； 3）合理选择不同地质条件下的掘进参数； 4）建立TBM故障诊断和状态监测站，及时发现和处理故障，提高设备利用率。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第7页/共41页 2、西安南京铁路磨沟岭隧道 （1）工程概况 二 山岭隧道开敞式TBM的应用 磨沟岭隧道隧道全长6114米，最大埋深315m，为一软岩隧道，采用开敞式硬岩掘进机施工是一次大胆尝试，隧道受区域性F2大断裂带的构造挤压、揉皱影响严重，岩体破碎，隐性节理和节理发育，加大了开敞式硬岩掘进机的施工难度，增加了大量辅助工作。 磨沟岭隧道是世界上少有的硬岩掘进机成功应

6、用于软弱地质的成功范例。磨沟岭隧道地质纵断面图磨沟岭隧道地质纵断面图第8页/共41页 2、西安南京铁路磨沟岭隧道 （2）施工情况及技术创新 2000年7月9日试掘进，2002年1月26日顺利贯通,历时18个月。 施工中有效解决了软岩掘进中防坍防剥落、底部清碴困难、施工工序组织优化等问题。有效地拓展了硬岩掘进机在软弱围岩中的适应性，克服了长距离地质破碎软弱、支护量大等困难，完善了TBM施工工法。 施工指标创下新高：在2001年8月至11月份施工的软岩中创月均掘进379米，最高月进475米；在硬岩段施工中不但刷新了秦岭隧道的施工纪录，而且创下日掘进41.3米，月掘进573.9米，日均19.13米的

7、全国最新纪录。 二 山岭隧道开敞式TBM的应用第9页/共41页 2、西安南京铁路磨沟岭隧道 （3）技术成果 1）成功攻克了TBM超前导管注浆技术; 2）成功研制了TBM底部清碴系统; 3）总结出了TBM软岩施工中掘进参数与地质的关系及掘进模式的正确选择; 4）研究出了硬岩TBM在软岩隧道施工中掘进速度与支护系统能力的匹配关系。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第10页/共41页 3、大伙房输水工程TBM2标 （1）工程概况 辽宁省大伙房输水工主体为自流输水隧洞，全长85.32km，其中TBM2标段全长22558.42m，采用德国Wirth公司生产的敞开式TBM进行施工，开挖直径为8.0m。二 山岭

8、隧道开敞式TBM的应用 隧洞角闪斜长片麻岩等强度为45109 MPa；角砾熔岩、流纹岩强度为5075MPa；砂岩为3050MPa；凝灰岩为2550MPa。隧洞围岩、a类围岩占61.4，b、类围岩占38.6。 主支洞交叉口第11页/共41页 3、大伙房输水工程TBM2标 （2）施工情况及技术创新 TBM于2004年12月开始掘进，2007年9月完成掘进，累计掘进长度为13010m。 国内首次在隧道内进行TBM设备组装，填补了国内组装洞设计、组装设备安装、TBM洞内组装等技术空白。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第12页/共41页（2）施工情况及技术创新 国内首次采用连续皮带机出碴系统进行隧道修建，

9、为连续皮带机出碴系统的推广奠定了基础。二 山岭隧道开敞式TBM的应用 通过对长大隧道TBM施工连续皮带机出碴系统的研究，弥补了国内连续皮带机与TBM施工配套技术的空白，提出了皮带机应用、保养等方面的技术措施，进一步推动了TBM施工配套技术的发展。第13页/共41页 3、大伙房输水工程TBM2标 （3）技术成果 1）优化了特长隧道TBM施工技术； 2）掌握了TBM洞内转场、洞内组装、洞内更换主轴承、洞内拆卸等一系列施工技术； 3）总结出一套TBM穿越不良地质洞段的施工措施； 4）掌握了TBM在严寒地区的施工经验。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第14页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧道

10、 （1）工程概况 中天山特长隧道右线长22.467km， TBM施工12753m，隧道穿越地区海拔11002950m，最高海拔为2951.6m，地形切割较为剧烈，沟壑纵横，植被稀疏，相对高差8001200m，隧道最大埋深超过1700m，设计坡度为1.1的上坡。 中天山隧道通过的地层岩性主要为志留系变质砂岩夹片岩，志留系角斑岩，华力西期花岗岩等。按照实际施工揭示围岩情况，其中、 级围岩占88.8%；、 级围岩占11.2。 中天山隧道具有TBM独头掘进距离超长、地质条件异常复杂、TBM设备老龄化显著、工期要求十分紧等工程难点。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第15页/共41页 4、南疆吐库二线SK2

11、标中天山隧道 （2）施工情况及技术创新 1）建立了有轨运输模式下开敞式TBM掘进与隧道模筑衬砌同步作业施工技术。 研制了配套的同步衬砌模板台车，台车设计长度16.5m。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第16页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧道 （2）施工情况及技术创新 创建了TBM掘进与二次衬砌同步施工工法。 利用隧道内双线运输模式，同步衬砌占用1条道，另条道正常通车，确保TBM掘进出碴正常；衬砌台车作业区间距离TBM掘进掌子面控制在1Km以上，以保证洞室钻爆作业与TBM掘进使用车辆有足够的调转空间。 二 山岭隧道开敞式TBM的应用第17页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧

12、道 （2）施工情况及技术创新 同步衬砌工法中，革新了边墙基础施工工艺。并优化了供水、供电、通风管（线）路的铺设。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第18页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧道 （2）施工情况及技术创新 2）建立了TBM维修养护中相关主轴承大齿圈轮齿的洞内开仓快速修复技术。 建立了大齿圈轮齿修复工艺:通过对主轴承大齿圈齿轮的掉块进行材质分析，对修复工艺等进行研究，确定了采用仿激光焊机堆焊修复技术。二 山岭隧道开敞式TBM的应用第19页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧道 （2）施工情况及技术创新 提出了齿形修复方法：采用三连齿拓模为标准进行齿形检测。二 山岭隧道开

13、敞式TBM的应用 开孔图开孔图 打磨、探伤打磨、探伤 三连齿拓模进行精磨三连齿拓模进行精磨 压痕部分打磨压痕部分打磨第20页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧道 （2）施工情况及技术创新 应用效果：通过应用TBM主轴承大齿圈轮齿洞内开仓快速修复技术，修复周期仅需1.5个月。相比采用传统的TBM主轴承大齿圈轮齿更换或洞外修复技术，修复周期缩短4.5个月。二 山岭隧道开敞式TBM的应用修复后的齿背面修复后的齿背面第21页/共41页 4、南疆吐库二线SK2标中天山隧道 （2）施工情况及技术创新 3）提出了适用于老龄期开敞式TBM不同地质条件下快速施工技术。 建立了不同地质条件下TBM施工合

14、理掘进参数：通过对TBM掘进参数与岩石耐磨性、 TBM掘进速度与岩石强度及完整性、 TBM掘进推力与掘进速度相关性等的研究，得出了老龄期开敞式TBM不同地质条件快速掘进参数。二 山岭隧道开敞式TBM的应用围岩名称围岩名称掘进模式掘进模式推进压力（推进压力（bar）平均扭矩平均扭矩(%)掘进速度（掘进速度（m/h）平均掘进平均掘进速度速度(%)刀盘转速刀盘转速(rpm)刀具选择刀具选择变质岩变质岩手动手042.04455.4 进口刀具与国产刀进口刀具与国产刀具配合使用。具配合使用。 高标号（编号为高标号（编号为50#以上的刀具）使以上的刀具）使用进口刀，低标号使用进口刀

15、，低标号使用国产刀用国产刀角斑岩角斑岩手动手781.47505.4花岗岩花岗岩手动手动完整段完整611.48385.4节理密集段节理密集段5060第22页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 本工程为城市硬岩中利用开敞式TBM在地铁隧道中施工的首例，丰富了我国城市地铁隧道的施工技术，提高了城市岩石隧道的修建技术水平和施工工艺，也为岩石地层城市地下工程修建技术提供了发展方向。三 地铁隧道开敞式TBM的应用第23页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （1）工程概况 工程为五里店山羊沟水库段，长12.122km，工程地

16、质主要为级围岩，占99.4%，岩性主要为砂岩、砂质泥岩和泥岩，其中砂质泥岩和泥岩占88%，遇水易软化、结泥。地下水主要为裂隙水，潮湿、滴渗状，部分地段为线流水。 三 地铁隧道开敞式TBM的应用第24页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （2）施工进度情况 右线TBM于2009年12月25日始发，于2011年7月31日全线贯通，累计掘进6679.188m；左线TBM于2010年1月13日始发，于2011年10月8日全线贯通,开累掘进6851.297m。平均月进尺406.76m，平均日进尺13.56m。 本工程TBM打破了全国城市地铁盾构施工月掘进783.6米的纪录，创造了城市轨道

17、交通建设TBM施工单机日掘进46.807米和单机月掘进862米的全国新纪录。三 地铁隧道开敞式TBM的应用第25页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （3）技术成果或关键技术 1）TBM施工对周边环境影响分析 TBM掘进对围岩扰动小、噪音小，且自带除尘风机设备处理粉尘；由于TBM初期支护作业与掘进同步，及时封闭围岩，避免了由于初期支护不及时造成的拱顶沉降及周边位移，TBM掘进对周边建筑物等环境影响较小。 城市隧道TBM施工与钻爆法相比存在以下优点：隧道为圆形断面，隧道成型好；洞周表面光滑，减少了应力集中；TBM对围岩扰动小，能够有效控制超欠挖，并可24小时连续作业，掘进速度快

18、；对周边环境影响小，减少扰民的同时保证了地表建筑物的安全。三 地铁隧道开敞式TBM的应用第26页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （3）技术成果或关键技术 2） 泥岩地质条件下TBM快速掘进技术 泥岩地质情况下，制约掘进的主要因素有两个，其一是掌子面含泥量大，刀盘结泥；其二是围岩完整性差，易掉块。三 地铁隧道开敞式TBM的应用第27页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （3）技术成果或关键技术 2） 泥岩地质条件下TBM快速掘进技术 针对刀盘结泥的问题，在泥岩地段掘进时关闭刀盘喷水，在后部1#皮带机处增设喷水、喷雾装置以降尘；另外每天强制4小时检查清理刀盘，以

19、确保掘进顺利与正常。三 地铁隧道开敞式TBM的应用喷水降尘雾化除尘第28页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （3）技术成果或关键技术 2） 泥岩地质条件下TBM快速掘进技术 针对遇塌腔、掉块停机支护的问题，在护盾尾部拱顶120设置焊接支撑钢筋，遇掉块时可不必停机支护。三 地铁隧道开敞式TBM的应用第29页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （3）技术成果或关键技术 3） TBM频繁过站技术 分步进过站及掘进过站，若车站具备TBM步进通过条件则直接步进过站；若TBM掘进到达车站时不具备TBM步进通过的条件，则TBM掘进通过车站，然后再进行扩挖车站洞室。三 地铁隧

20、道开敞式TBM的应用平底步进过站弧底步进过站第30页/共41页 重庆轨道交通六号线一期工程TBM试验段 （4）技术创新 1）在国内首次城市地铁TBM施工中，通过对TBM相关设备如：刀盘、刀具、刀盘防尘、刀盘喷水系统、材料运输系统、皮带系统、撑靴系统、降尘设备、溜渣斗系统等优化设计和改造，提高了TBM的适应性和利用效率。 2）通过对城市地铁TBM施工环境影响的监测和数值模拟分析，特别是对周边建筑物及桥台等的振动影响监测，填补了TBM在城市环境中的施工对周边环境振动影响监测的空白，为后续TBM继续在城市环境中的应用提供了可靠的环境振动影响数据。 3）通过对TBM的过站工法及频繁过站技术进行研究，从

21、时间和空间顺序上分析了TBM过站对车站工期及车站后期施工技术的影响，实施了掘进过站、平底步进过站以及弧底步进重叠过站等三种过站方案。三 地铁隧道开敞式TBM的应用第31页/共41页1、辽西北供水工程（二段）施工五标 （1）概况 工程位于辽宁省抚顺市清原县和铁岭市开原市境内，为输水隧洞工程。输水隧洞长35078.18米，纵坡i=0.3115，采用1台TBM+钻爆法施工；TBM施工段采用1台8.5米敞开式TBM掘进施工，总长10060米，其余均为钻爆法施工段。 （2）地形地貌 隧洞在长白山余脉及吉林哈达岭底部通过，多为侵蚀隆起与断褶中低山丘陵地形。高程范围360520m左右，最大高程655m。洞室

22、埋深一般为120300m，最大埋深424m，最小埋深113m。四 应用前景第32页/共41页1、辽西北供水工程（二段）施工五标（3）地层岩性四 应用前景 本段主洞线穿越的地层及岩性主要有中生代白垩纪小南沟组（K1x）和太古代（Ar3o、Ar3v）、晚古生代二叠纪（P2m、P2）、中生代侏罗纪（J2）、中生代白垩纪（K1o）等侵入岩。其主要工程地质特征见下表 ：第33页/共41页1、辽西北供水工程（二段）施工五标 （4）工程重难点 施工进度指标高：工期异常紧张，要求平均进度指标达到719m/月，如何发挥TBM的效能，实现持续、快速掘进是重中之重。 不良地质段施工：隧洞穿越的F65断层宽50m，影

23、响宽度共350m，断层破碎带对掘进的影响较大。 长距离独头通风：最长通风距离8km，并且通过施工支洞向主洞送风，如何保证独头通风效果是本工程的难点。 现浇仰拱同步衬砌施工：开敞式TBM现浇仰拱同步衬砌施工在国内尚无先例，在现浇仰拱同步衬砌模板台车结构设计阶段，必须进行专项设计，防止施工干扰，保证TBM掘进及现浇仰拱的施工效率。另需对现浇仰拱同步衬砌施工工法进行深入研究，切实形成一套成熟的施工工法。 四 应用前景第34页/共41页2、引汉济渭工程TBM段岭南工程项目 （1）概况 该工程位于陕西省宁陕县四亩地镇，标段全长18.717km，为解决TBM长距离出渣和通风问题，标段中间设一座4号支洞。

24、采用一台8.02m敞开式硬岩掘进机施工，隧道内径为7.16m的圆形断面。 （2）地形地貌 为秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地形起伏，高程范围10502420m，洞室最大埋深约2000m。四 应用前景第35页/共41页2、引汉济渭工程TBM段岭南工程项目 （3）地层岩性 主要涉及地层泥盆系中统刘岭群池沟组变砂岩、下元古界长角坝岩群黑龙潭岩组石英岩、印支期花岗岩、华力西期闪长岩以及断层碎裂岩、糜棱岩。四 应用前景序号序号岩性岩性岩性特征岩性特征长度长度1石英岩灰白色，主要矿物成份为石英、长石等，细粒变晶结构，块状构造，岩体表层强风化，风化层厚度13m。7002花岗岩灰白色，主要矿物成份为斜长石、钾长石、石英和少量黑云母及角闪石，粒状变晶结构，块状结构。岩体表层强风化，风化层厚度13m.140373闪长岩灰色及灰白色，主要成份为斜长石、石英、普