厄瓜多尔CCS项目输水隧洞TBM施工

苑淑光

【摘 要】厄瓜多尔CCS项目输水隧洞TBM1标段,采用双护盾硬岩掘进机掘进、连续皮带机出渣,管片安装器安装管片等先进施工技术,并充分利用外部条件,减少洞内干扰,创造了日进尺45 m,月进尺1 000m的大直径隧洞开挖记录,为今后国内外双护盾硬岩掘进机快速掘进施工,积累了丰富施工经验. 【期刊名称】《湖南水利水电》 【年(卷),期】2015(000)002 【总页数】4页(P17-20)

【关键词】TBM双护盾;连续皮带;快速施工 【作 者】苑淑光

【作者单位】中国水利水电第六工程局有限公司 沈阳市 110179 【正文语种】中 文 1 概述

厄瓜多尔CCS 项目输水隧洞TBM1 标段K1+100.95～K9+878.18 及2# 支洞KA0+450～KA1+644.54采用双护盾硬岩掘进机施工，开挖直径9 110 mm，安装新刀时开挖直径9 130 mm；开挖后拼装预制钢筋混凝土管片衬砌，管片内径8.2 m，宽度1.8 m，厚度300 mm，由6+1 块组成；管片与洞壁之间的空隙充填豆砾石，之后回填灌浆。隧洞出渣运输采用连续皮带机运输至洞外经由转渣皮带

机转渣至弃渣场入口后采用自卸汽车运至弃渣场堆存，洞内物料运输采用柴油机车牵引编组列车。

本工程选用德国海瑞克生产的双护盾硬岩掘进机（简称TBM），又称伸缩护盾式TBM，具有两种掘进模式，即单护盾和双护盾掘进模式。TBM 在2#-A 支洞进口场地组装，TBM 安装调试后由2#-A 支洞口滑行通过约450 m 钻爆法施工段，自2#-A 支洞KA0+450开始掘进，至主洞K1+100.95 后与上游钻爆段接口，TBM 继续掘进（上游钻爆段施工时预留底部）并进行管片衬砌，直至K1+100.95 后进入与1#支洞交叉处，通过1#支洞预埋滑轨并安装底拱管片后出洞。 2 设备特点及现场组装调试 2.1 设备特点

（1）刀盘变频驱动。掘进刀盘形式为S355J2G3，开挖直径（新刀）9 100 mm，中心刀4 把（19″）、正滚刀38 把（19″）、边滚刀13 把（19″），前护盾外径为9 040 mm、长2 070 mm，伸缩盾（内盾）外径为8 940 mm、长2 100 mm。刀盘采用变频电动机（VFD）驱动，TBM 主推系统油缸行程为1 900 mm，辅助推进系统油缸行程为2 400 mm（封顶快插入长度500 mm）。

（2）激光导向。TBM 采用PPS 激光导向系统，控制掘进方向。该导向装置包括激光发射器、激光接收器、中心控制电脑、显示装置、记录装置。系统从三维空间来确定TBM 的确切方位和掘进方向，同时也给司机提供了关于机器偏离设计中线的所有信息。掘进司机根据给出的参数，利用调向装置及时调整TBM 的掘进方向。 （3）连续皮带出渣。本工程采用大功率、长距离、可延伸、可控起动的连续皮带机出渣。皮带宽度为914 mm、带速2.9 m/s，输送能力800 t/h。石渣的运输流程为：刀盘铲斗拾起渣料通过刀盘溜渣槽→TBM 主皮带机→连接桥皮带机→后配套皮带机→隧洞连续皮带机→支洞转渣皮带机→临时堆渣场→自卸汽车倒运→弃渣场。连续皮带机头部驱动装置设在洞外或主支洞交叉处，皮带沿洞壁设置，随

TBM 掘进逐步放出储带仓内皮带，一次可延伸300 m，放完后再接长皮带。皮带按“指针法”硫化接头，以保证TBM 连续施工。

（4）有轨机车运输。本工程采用有轨机车运输施工材料。有轨机车轨道为43 kg/m，轨距900 mm，整组列车由一列砂浆车、两列管片车、一列豆砾石罐车、一列管路与载人车、一列水泥车和一个内燃机车牵引车组成。列车在洞内重车11‰上坡运行速度约为8 km/h，空车11‰下坡及其它路段运行速度约为12 km/h，当TBM 掘进至终点，即装车点至卸车点全程为10 km 时，列车运行循环时间约为148 min。

2.2 TBM 现场组装调试

在2#-A 隧洞进口场地组织TBM 组装调试，主机与后配套分别在两个场地同时进行。由承包商和TBM 制造商共同快速、安全地完成组装调试工作。

为使TBM 组装工作顺利进行，保证设备的正常运转及工作人员的工作环境尤为重要，需提前做好附属设备的维修、保养。现场组装为露天作业，逢大雨天气需对TBM 组件进行遮盖。

施工现场组装过程中，实施分部组装、整体调试的方法，从后配套部分开始组装，当后配套台车运至施工现场后，可将主机部分和后配套的台车装配工作进行平行作业；皮带机各区的组装工作可与后配套台车组装进行交叉作业。在组装过程中应注意平行作业、交叉作业和流水线作业完美结合，以达到节约时间，提高总体效率的目的。

3 TBM 掘进施工

双护盾掘进机有双护盾和单护盾两种掘进模式，掘进施工过程中，需根据工程地质图纸、石渣、前序掘进参数、超前地质探测结果等，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。

TBM 施工采取三班制，两班掘进一班维护，掘进工班每班工作8 h，维护工班工

作4 h，维护工作安排在每天上午。TBM1 掘进施工作业工序见图1。 图1 TBM1 掘进施工作业工序流程图 3.1 掘进作业循环基本步骤

（1）顺序启动后配套皮带机、主机皮带机，并确定运转正常。 （2）启动掘进机各个部位的声电报警系统，提示进入工作状态。 （3）顺序启动变频驱动电机。

（4）启动主轴承的油润滑系统、各个相对移动部位的润滑系统。并确定各个润滑系统正常工作。

（5）调整扭矩反作用油缸支撑扭矩支承梁，使刀盘的转动扭矩可靠传递到支撑护盾。如岩石不能满足支撑护盾的支撑，利用转环转动推进油缸使油缸旋转一定角度来产生抵抗刀盘旋转扭矩的圆周力。以上工作完成后启动刀盘旋转并调整刀盘转速至预先选定的转速。同时启动除尘系统风机。

（6）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（在土层地段施工时，不进行喷水，避免破坏土层的稳定）。

（7）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、驱动变频电机频率、推进速度、皮带机转速等。并根据围岩的状况变化及时地进行调整。如围岩满足双护盾掘进模式的要求，采取双护盾掘进方式，掘进和管片安装、豆砾石回填、注浆、钢轨铺设等同时进行；如围岩状况较差，不能满足双护盾掘进模式的条件，则采取单护盾掘进方式，掘进施工和管片安装不能同时进行，安装完管片后，利用辅助推进油缸完成一个循环推进作业后再进行管片安装。 （8）掘进至行程结束后，停止推进并将刀盘后退约（3～5）cm，顺序停止刀盘喷水、刀盘旋转、驱动电机、皮带机。

（9）伸出前护盾液压支撑机构并撑紧，推进油缸拖动支撑盾前移、拖拉后配套到位，完成换步，重复掘进准备工作，准备开始下一掘进行程。当掘进机采用单护盾形式掘进时，支撑护盾和后配套的前移通过推进油缸和辅助推进油缸共同作用完成。 3.2 TBM 掘进施工工艺

双护盾模式下掘进的工艺流程见图2，单护盾模式下掘进的工艺流程见图3。 3.3 停机操作

TBM 施工的过程中，经常会需要停机，如连续皮带机皮带的硫化、刀具的检查更换、处理不良的地质等情况会需要停止TBM 掘进的作业。停机的操作如下： （1）如当时正进行掘进施工，就必须按操作的规程顺序停止推进、后退刀盘、停止刀盘喷水、停止刀盘旋转、停止驱动电机、顺序停止随机皮带和连续皮带机。在此情况下一定要注意将所有皮带上的石渣输送完毕后才能停止皮带机。

（2）如果需要较长时间的停机，在完成上述步骤后，依次停止除尘、给水、通风系统。

（3）根据施工的需要启动施工所需的设备进行作业。 3.4 管片拼装及填充、灌浆

（1）管片拼装。在洞外管片堆放场采用30 t 门机将7 块预制管片装入2个管片车，管片车随整列列车运输到洞内。在洞内采用行走于桁架结构上的专用管片运输机将管片从管片车上卸入喂片机上，喂片机上能存2 环共14 块管片。

预制管片衬砌在TBM 护盾的尾部安装。在TBM 掘进过程中，以管片吊机将管片由编组列车的管片运输车运至管片小车上或放于连接桥区域，TBM 开挖和管片安装这两种施工活动将同时进行。为精确的安装管片，管片安装器应能完成6个独立的安装动作，采用管片安装器将管片沿洞径向安装，首先安装底管片和侧向管片，然后安装顶管片。

图2 双护盾模式掘进工艺流程

图3 单护盾模式掘进工艺流程

安装中应采取措施，将管片环向接缝控制在适当范围内，并尽可能减小纵向缝的宽度。通过弯道时，要尽可能减少弯道内侧的接缝宽度，以保证弯道外侧接缝内的止水条相互接触，必要时对超过设计缝宽的洞段嵌填GBW 止水条，然后再勾缝，发挥止水作用。管片环安装完成后，回填灌浆后再进行接缝内燕尾槽的无收缩（微膨胀）砂浆勾缝，并将勾缝表面抹平扫光。

（2）填充、灌浆。管片外侧与洞壁之间的环向空隙用粒径为（5～10）mm 的豆砾石填充密实，采用TBM 配置的喷射机自管片预留的注浆孔以（0.2～0.3）MPa 的压力注入。在距离尾盾（30～50）m 开始注浆，注浆以20 环为一个封闭环施工单位，注浆压力（0.2～0.3）MPa，浆液水灰比按施工图纸要求确定。 4 结语

厄瓜多尔CCS 项目输水隧洞TBM1 标段，采用双护盾硬岩掘进机掘进、连续皮带机出渣，管片安装器安装管片等先进施工技术，并充分利用外部条件，减少洞内干扰，创造了日进尺45 m，月进尺1 000 m的大直径隧洞开挖记录，使“中国水电”品牌跻身国际TBM 施工领域，为今后在国内外TBM 施工领域参与竞争创造了有利条件，同时为类似双护盾硬岩掘进机快速掘进施工，积累了丰富的施工经验。 参考文献

【相关文献】

[1]靳思东.双护盾TBM 施工法简述 [J].山西建筑，2010（18）：144-146.