第3：西秦岭隧道连续皮带机出碴TBM同步衬砌施工技术徐双永

1、西秦岭隧道连续皮带机出碴西秦岭隧道连续皮带机出碴TBM同步衬砌施工技术同步衬砌施工技术 兰渝铁路有限责任公司 徐双永目目 录录v1.1.前言前言 v2.2.工程概况工程概况v3.3.连续皮带机出碴连续皮带机出碴TBMTBM同步衬砌需要解决的问题同步衬砌需要解决的问题v4.4.同步衬砌的总体方案同步衬砌的总体方案v5.5.同步衬砌施工的关键技术同步衬砌施工的关键技术v6.6.同步衬砌工艺流程同步衬砌工艺流程v7.7.总结总结1. 1. 前言前言v TBM全称为全断面隧道掘进机，分为硬岩和软岩全断面隧道掘进机。兰渝铁路西秦岭隧道使用的是全断面隧道硬岩掘进机，出碴方式为连续皮带机出碴，即通过集中电机

2、驱动，使皮带在支架上连续运转，装于皮带上的隧道碎碴运出洞外的方式。v TBM同步衬砌指在TBM掘进后方，在不干扰前方TBM施工的情况下，基本与TBM掘进速度相同进行砼作业。1.1 TBM及同步衬砌简述1.2 TBM的应用发展 国 外130多年前第一台岩石掘进机诞生。上世纪五十年代迅速发展。上世纪九十年代50.5KM英法海峡隧道的建成，TBM在国外已广泛应用，有些发达国家明确规定3KM以上的隧道应使用TBM施工。 国 内1991年甘肃引大入秦工程中，双护盾TBM直径5.53米是第一次使用。1993年山西万家寨引黄入晋南线4、5、6、7号洞使用5台直径4.88米的掘进机施工，后于1994年7月引进

3、当时最先进的全断面双护盾TBM掘进机，直径6.125米。1985年，广西隆林天生桥隧道从罗宾斯引进二手TBM直径10.8米，为中国第一台。1998秦岭隧道使用德国TB880-ETBM直径8.8米，是铁路上第一次使用TBM。进入二十一世纪TBM在中国应用广泛，尤其是铁路，在磨沟岭、桃花铺、中天山、西秦岭均使用。1.3 TBM1.3 TBM同步衬砌的意义同步衬砌的意义国 外TBM同步衬砌TBM施工起步早，但基于围岩均为硬岩，稳定性较好，一般采用先掘进，掘进完成后再进行衬砌施工，工期较长。 国内TBM同步衬砌引进初期，与国外一样均采用先掘进后衬砌，如引水隧洞、秦岭隧道，工期均较长。辽宁大火房输水隧道

4、（是皮带机出碴），对同步衬砌进行了初步探讨。中天山隧道进行了TBM同步衬砌，但出碴方式为机车运输。 结论：连续皮带机出碴下TBM同步衬砌在国内外均无先例，TBM同步衬砌不仅可以提高效率，缩短工期，还可以节约成本。西秦岭隧道同步衬砌的意义 解决工期问题：该工程为线路控制性工程，它的建成标志着全线的建成。该隧道总工期61.5个月，准备及掘进需要47个月。 预防安全隐患：隧道穿越地质条件相对复杂，穿越高地应力地层，时间久后易变形，及时进行同步衬砌可预防安全隐患。 科技领先：在TBM施工领域内，创造出一种先进工法。2.1西秦岭隧道地理位置图2.工程概况工程概况2.工程概况工程概况西秦岭隧道位于甘肃省陇

5、南市武都区境内西秦岭隧道位于甘肃省陇南市武都区境内2.2西秦岭隧道地质情况示意图 进口段钻爆施工，属泥盆系千枚岩和砂质千枚岩，进口段钻爆施工，属泥盆系千枚岩和砂质千枚岩，、级围岩为主；出口级围岩为主；出口段段TBM施工，属下元古界砂质千枚岩和变质砂岩，施工，属下元古界砂质千枚岩和变质砂岩，级围岩为主；级围岩为主；F6区域断层带区域断层带位于进口段，长约位于进口段，长约900m，其它个别断层合计约，其它个别断层合计约1400m，为，为级围岩。级围岩。：、，。2.3西秦岭隧道平面示意及标段划分图 1标段基本为右线，由中铁标段基本为右线，由中铁18局施工，局施工，2标段为左线，由中铁隧道局施工。标段

6、为左线，由中铁隧道局施工。2.4西秦岭隧道TBM施工标准隧道建筑限界采用200km/h客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界高7.86m，宽9.10m目前TBM施工进展情况时间西秦岭XQLS1标（右线）西秦岭XQLS2标（左线）TBM掘进同步衬砌TBM掘进（m）同步衬砌（m）2010年7月19194.32010年8月2583582010年9月34196465992010年10月6021525621472010年11月6083915834012010年12月6344567695122011年1月3784081583542011年2月4173305403912011年3月428385599438201

7、1年4月4683688235532011年5月534458542.7493平均月进尺平均月进尺466.8466.8338338508.5508.5377377合计合计466846683044304455945594338833883.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题难题一： 台车、工作台架轨道放于何处行走。如放在运输线路的外轨线上将影响运输；如放在运输线轨道以外，将另放轨道，且台车、工作台架横梁下的空间应保证运输车辆通行。运输外轨另放轨道3.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题难题二： 衬砌如何分部施工，使衬砌台车有施工的空间，并且所分布结构符合施工规范要求。难题三： 台车及工

8、作台架如何穿越连续皮带机，穿越时如何支托连续皮带机、通风管、电缆及通信线，保证施工连续进行。3.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题衬砌台车需要穿越的部分电缆及通信线通风管皮带机3.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题难题四：台车、台架结构安全性。难题五： 台车及工作台架行走的效率如何提高。在台车、工作台架平行作业且间距不大于3米时，采用何种设备保证连续皮带机支撑。3.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题难题六：衬砌布置。安排多少台车能保证速度，符合工期要求。3.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题难题七： 砼运输的组织。 TBM掘进时需要运输仰拱预制块、支护材料、钢轨

9、、运出废渣，混凝土也有大量的运输任务，如何在不影响前方TBM掘进运输的情况下保证同步衬砌混凝土运输及泵送入模，是同步衬砌需要解决的难题。3.连续皮带机出碴TBM同步衬砌需要解决的问题4 4、同步衬砌总体施工方案、同步衬砌总体施工方案 根据在TBM施工的秦岭隧道、磨沟岭隧道和中天山隧道中的施工经验，衬砌台车走行轨利用仰拱预制块上的外轨，模板台车下采用浮放道岔使原来双线运输道变换为单线运输道。该种方式存在空间小、运输过台车困难。经过充分的研究，采用如下方案： 衬砌台车及作业台架通过尺寸优化，采用不占用仰拱预制块上运输轨道的方案，在边墙基础水沟底上另设走行轨道；台车及作业台架下部净空满足双线机车通行

10、要求；风管设在台车及作业台架中上部的圆形托盘中滑行，不影响随时通风的需要。 在台车、作业台架上设托架轴承滑道做为台车行走、皮带机支撑拆除后的出碴皮带机支撑，使台车、台架无论行走还是作业均不影响皮带机出碴。 TBM掘进所需的水管在预制块上的水沟穿行，不影响其它作业。 在台车、作业台架皮带机另一侧第一平层上设滚筒托架，使通讯、电力线路不影响台车、台架的作业与行走。 在前作业台架与衬砌台车之间、在后修补台架之后设拉门式支撑台架，使台架、台车行走后所留空间通过支撑台架拉伸支撑皮带出碴，在台车砼灌注时再边收缩支撑台架边固定皮带机支撑托架，如此既不影响皮带机出碴，又不影响台车行走就位，达到真正的同步。 考

11、虑TBM及后配套长度、边墙基础施作空间及强度养护等因素，同步衬砌台车在TBM掘进面后1.0km左右进行衬砌。同步衬砌台车长16.5m，因掘进速度快于一个台车砼同步衬砌速度，采用2部台车，台车间距以不相互影响为原则。 砼在洞外拌和站集中生产，轨行式砼运输车运输，泵送入模，插入式振捣器捣固密实，混凝土到达强度后拆模养护。 洞内运输采用双线，衬砌段每500m、已衬段每1km设渡线道岔。 其他防水、钢筋绑扎、砼入模等与钻爆法中使用的工艺相同。 5、同步衬砌关键施工技术 5.15.1台车台架尺寸设计台车台架尺寸设计 台车、工作台架轨道放于边墙基础上，下方尺寸满足双线运输通行要求。5、同步衬砌关键施工技术

12、 5.15.1台车台架尺寸设计台车台架尺寸设计 组装的TBM同步衬砌台车 5、同步衬砌关键施工技术 5.2 5.2 衬砌分部施工衬砌分部施工 根据断面的设计及施工总体方案中台车采用另设轨道的形式，衬砌分为边墙基础施工及拱墙衬砌两部分。先施工边墙基础，在基础达到设计混凝土强度后铺放轨道，移动台架台车就位，再行施工拱墙。5、同步衬砌关键施工技术 5.3 5.3 衬砌台车穿越皮带机、通风管、及电缆线衬砌台车穿越皮带机、通风管、及电缆线 将台车横梁设于皮带机的标高处，并在其上设滑道轴承托架，以支撑皮带机，台车横梁间距不大于2米以保证皮带机的支撑刚度。在台车范围内设皮带机防护罩以保证台车操作人员的安全。

13、5、同步衬砌关键施工技术 5.3 5.3 衬砌台车穿越皮带机、通风管、及电缆线衬砌台车穿越皮带机、通风管、及电缆线 在台车、工作台架上部设置专门的通风滑道，滑道内采用橡胶垫以保证风道能自由滑行。5、同步衬砌关键施工技术 5.3 5.3 衬砌台车穿越皮带机、通风管、及电缆线衬砌台车穿越皮带机、通风管、及电缆线 在台车、作业台架皮带机另一侧第一平层上设滚筒托架，使通讯、电力线路不影响台车、台架的作业与行走。5、同步衬砌关键施工技术 5.4 5.4 台车、工作台架的刚度、强度、稳定性台车、工作台架的刚度、强度、稳定性 经检算：台车、工作台架的刚度、强度、稳定性符合要求，衬砌台车所受浮力完全可以用台车

14、自重抵抗，不需要另加措施。5、同步衬砌关键施工技术 5.5 5.5 提高台车及工作台架的工作效率提高台车及工作台架的工作效率 在防水台架与台车之间、台车与后工作台架之间各布置一个伸缩式支架，伸缩支架长度拉开36m，压缩后18m。伸缩支架每3m为一个单元，共5个单元，该项单元采用工字钢制作成钢性支架，单元与单元之间采用3m钢链软连接及钢管撑硬连接两种连接。 拉门式支架的作用：要想使衬砌台车速度加快，就必须将皮带机支架拆装的时间压缩。工作台架、衬砌台车一般不可能同步移动，它们之间存在一组到二组的空间，并且这个空间是变化的数。拉门式支架就是通过能伸能压的结构来承担台架、台车不同步移动，留出空间支撑出

15、碴皮带机，它的使用将皮带机支架拆装、皮带机支托的影响彻底解除，达到任何台架、台车随时移动与工作，与普通段衬砌相同。使用中的前工作台架TBM同步衬砌台车及拉门式支架 5、同步衬砌关键施工技术 5.65.6衬砌台车布置衬砌台车布置 考虑TBM及后配套长度、边墙基础施作空间及养护、运输组织调配等因素，TBM段同步衬砌台车宜在TBM掘进面后1.0km左右施工，同步衬砌台车长16.5m。因掘进速度快于一个台车砼同步衬砌速度，所以，前期TBM施工段采用2部台车，预备洞段采用1部可变径的台车，待到预备洞衬砌完成后变径进入TBM施工段完成剩余的洞室段落。台车与台车之间间距还要按互不影响原则布置，两台车间距1k

16、m左右为宜，以便运输组织 。5、同步衬砌关键施工技术 5.75.7混凝土的运输组织混凝土的运输组织 为了便于洞内双线有轨运输，每500m设一渡线道岔，在浇筑衬砌时段封闭一条线，前方TBM所需物料通过另一条线运输。已衬砌地段为了加快道岔部位的运输速度,每间隔一副道岔拆除一副，道岔间距变为1000m。由于运输距离较长，单罐运输效率较低，加快砼衬砌速度，采用双罐或三罐运输，由于砼车必须在最前方才能输送入砼输送泵，此时可在道岔处来回调车调整换位。5、同步衬砌关键施工技术 5.7混凝土的运输组织 为减少衬砌时泵送及运输长时间占道，影响前方TBM运输，经与混凝土泵厂家共同研究设计能放于混凝土边墙基础的输送

17、泵（该泵已获得国家专利），该种形式减少了混凝土泵的长时间占道，并且在长距离的两罐或三罐运输时，减少了换道调位的时间。混凝土输送泵改进：5.85.8通讯、电力设备的布设通讯、电力设备的布设v 通讯线路与电力线路分别通过托架固定于隧道侧洞壁上，在经过台车、台架时将线路改至托架滑轮内穿过，这样就不会对通讯和电力线路造成影响。因隧道过长，TBM采用20KV高压进洞方式，其它采用10KV高压进洞方式，TBM范围内有专用的变压器，在二衬台车处设置一台可移动式变压器降低电压，这样就可以满足二次衬砌台车行走和泵送混凝土时所需的电量。v 随着隧道的延伸，通信成为运输组织的关键因素，采用无线对讲、洞内设移动基站无

18、线通信、关键处设置有线电话等三种联络方式。关键部位设监控摄像头，在洞口调度室集中监控调度。5、同步衬砌关键施工技术5、同步衬砌关键施工技术5.8通讯、电力设备的布设通讯、电力设备的布设对讲机通信洞口调度室集中监控调度洞内移动基站无线通信6 6、同步衬砌施工工艺流程图同步衬砌施工工艺流程图v 7.总结 1、该技术的使用，克服了TBM出碴皮带机、通风管、电缆通信线、材料运输的干扰，使TBM施工在皮带机出碴情况下，实现了同步进行衬砌，缩短了施工工期，节约了工程成本。从完成的情况进行统计分析，在扣除前两个月现场摸索适应的进度外，在完成第一阶段掘进段时同步衬砌7个月完成3142米，月平均达449米，达到了施组要求的450米月指标，成功实现了不影响前方掘进时进行同步衬砌。