某标段隧洞工程TBM施工组织设计方案.docVIP

TBM施工第九章 TBM施工9.1 TBM施工总体安排本标段隧洞工程K3+000K22+965.83采用双护盾硬岩掘进机施工，最小开挖直径5900mm，安装新刀时开挖直径5930mm；开挖后拼装预制钢筋混凝土管片衬砌，管片内径5m，宽度1.5m，厚度350mm，由六块组成；管片与洞壁之间的空隙充填豆砾石，之后回填灌浆。隧洞出渣运输采用有轨运输，采用变频电动机车牵引编组列车。9.1.1 TBM施工组装前的准备工作TBM组装调试TBM滑行通过出口钻爆法施工段TBM始发TBM掘进第一段TBM检修TBM掘进第二段TBM到达TBM拆卸运输双护盾TBM在隧洞出口场地组装，之后滑行通过1200m钻爆法施工段，自K22+965.83开始始发掘进，到达通风竖井位置的检修洞室经全面检修后继续掘进，最终在拆卸洞室完成TBM的拆卸并运出隧洞。总体施工顺序如图9-1所示。图9-1 TBM施工顺序图9.1.2 TBM施工出渣运输隧洞施工采用采用有轨运输出渣，每列编组列车可满足两个掘进循环材料运输及出渣要求，洞内轨道布置为四轨三线，TBM后配套走行两根外轨，后配套尾部设一组“Y”型道岔，只允许一列编组列车进入后配套区域装卸石渣与材料，列车走行中间两根钢轨。随着掘进长度的增加，在隧洞里程K18000、K13000、K8000附近分别设一副“X”型道岔，道岔位置设专职人员职守并安装有线电话和施工调度保持联系。9.1.3 管片拼装及填充灌浆管片与洞壁之间的空隙用粒径为510mm的豆砾石填充，采用TBM配置的喷射机自管片预留的注浆孔以0.20.3MPa的压力注入。在距离尾盾3050m开始注浆，注浆以20环为一个施工单位，注浆压力0.20.3MPa，浆液水灰比按施工图纸要求或监理人的指示确定。9.1.4 施工辅助设施供电:从发包人提供的35kV电源接入，在隧洞出口建立10kV高压开闭所和低压变压器,TBM用电从高压开闭所用电缆沿洞壁向洞内铺设，洞外其他设备由低压变压器提供。给水排水:在隧洞出口建立变频恒压给水系统，分别为洞内外施工及生活给水；施工过程中的排水主要依靠自流；在洞内出现大流量的涌水时在主机部位以水泵抽排，并后配套尾部适当位置以砂袋设置围堰，防止水倒灌；同时沿懂壁铺设一路DN200mm排水管，以加强排水效果。隧洞的污水排入洞外处理池，经沉淀处理后排入宝库河。通风:采用压入式通风，在隧洞出口安装轴流风机，经软风管向工作面通风；TBM掘进通过通风竖井后，将风机安装在通风竖井后，采用风机压入与竖井抽排相结合的方式通风。9.2 TBM现场组装、调试在隧洞出口场地组织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。9.2.1 组装准备9.2.1.1 组装要求（1）制定详细、可行的组装计划（2）提前做好技术培训，使参加组装人员了解TBM的结构性能。（2）制定合理的组装材料、机具、配件计划。（4）严格控制组装质量，做好组装记录。（5）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。9.2.1.2 组装人员准备根据TBM的结构特点，按专业分工并进行岗前培训，经考核合格后方可持证上岗。为保证组装安全与质量，TBM组装期间采用两班制作业，每班工作8小时，白班工作时间为7：0015：00，小夜班工作时间为15：0023：00。大件吊装全部安排在白班，每班设专职人员对组装调试安全与质量进行监督。9.2.1.3 组装场地准备根据组装需要，结合工地出口场地实际情况，主机组装场地从距洞口30m的位置开始，主机与后配套组装场地布置参见图9-2。图9-2 TBM组装场地示意图（1）根据施工组织设计，确保组装的空间和龙门吊安装的位置。（2）地面硬化至要求的接地比压，完成主机部件摆放区域划分、与地面直接接触各主要部件安装位置的确定并标注。（3）完成龙门吊安装的准备工作。（4）完成主机组装基础的施工并达到强度要求，预埋TBM向洞内滑行所需钢轨并保证其标高与钻爆法施工段滑行轨道标高一致。主机组装基础参见图9-3。（5）完成后配套组装用轨道铺设。图9-3 主机组装基础及滑轨示意图9.2.1.4 组装设备准备主机的组装使用1台250t龙门吊，后配套组装使用两台25t汽车吊。组装设备、机具根据组装需要配置，在组装场地内合理位置安排电源、高压风源、水源的接口，并根据要求安排电焊机、气割设备、探伤设备和叉车等。9.2.1.5 组装方案准备为保证组装工作安全、快速、有序进行，首先制定详细的组装方案并付诸实施。内容包括：（1）制定组装顺序。（2）根据组装顺序确定运输到场的顺序。（3）安全措施：制定起重设备安全操作规程、通用与专用工具操作规程、安全用电、消防、保安措施并贯彻落实，对人员进行岗前安全教育，必须使用安全帽、安全带、工作服等，设专职安全员，所有组装工作由组装调试指挥人员统筹安排，按照合理的顺序进行施工，确保人员、设备的安全。（4）消防器材配备：洞内合理配备灭火器、灭火砂等消防器材。9.2.2 基本技术要求为保证TBM在组装过程的顺利、安全、准确，确保其原有的设计精度，应遵循以下技术要求：（1）平稳吊装，确保安全。（2）拆箱注意保持其原有设计尺寸，避免损伤构件原有加工精度。（3）以适当的方式与材料认真清洗各个安装部件和配件。（4）对照图纸正确安装。（5）根据螺栓的级别按正确的顺序与扭矩紧固。（6）电气与液压件安装应给予高度重视，以免由于错接而导致误动作。（7）专用的设备和工具要根据说明书严格操作，保证安装设备的精度和可靠性。9.2.3 组装顺序主机组装与后配套组装分别在各自的场地同时展开，TBM各部件运输到场，主机部件摆放于主机组装基础之后，后配套部件根据组装顺序，主要摆放于后配套组装区域；经过开箱验收后开始组装，采取边运输边开箱验收边组装的方式。9.2.3.1 主机组装主机组装前在基础的预埋钢轨上涂抹黄油，之后按照TBM组装流程逐步完成组装工作，主机组装流程参见图9-4。9.2.3.2 后配套组装后配套组装在已经铺设好的轨道上进行，组装采用两台25t汽车吊机进行。为最大程度避免与主机组装之间的干涉，从最后一节后配套台车开始组装，两台吊机配合，逐节完成所有后配套的组装工作，按照台车门架在轨道上拼装、安装相关辅助设备、连接电气液压等管线的顺序进行。加工专用的走行式门架支撑连接桥前端，连接桥组检查龙门吊、场地、配套设备等达到组装要求将前盾下半部分放在组装组装底拱上，并安装伸缩盾的下半部分定位吊装支撑盾的下半部分，安装伸缩盾的下半部分安装支撑靴和支撑油缸安装支撑盾的上半部分、扭矩支撑机构安装内伸缩护盾的后半部分、推进油缸和扭矩支撑油缸在前盾上安装驱动组件和驱动电机、吊装前盾的上半部安装溜渣槽、主机皮带机和外伸缩盾上半部分吊装刀盘，并和主驱动组件连接分块安装盾尾、安装管片安装机安装喂片机、连接桥连接主机连接桥和后配套图9-4 主机组装流程图装完成后，首先进行连接桥与主机的连接，之后顺序完成后配套与连接桥的连接，使整套TBM连接为一个整体，最后安装皮带、硫化皮带。组装流程见图9-5。9.2.3.3 主机和后配套连接组装完毕的后配套和主机连接在一起，对接主机与后配套之间的各种管线。整机组装的检查：复核所有设备的安装固定，检查管路、线缆的连接情况。9.2.4 整机调试组装工作完成后，立即进行整机调试，调试前需制订详细地调试方案，分系统进行，以确保TBM性能达到设计标准，主要包括以下几个方面：（1）支撑系统（2）主推进系统（3）辅助推进系统（4）刀盘主驱动（5）刀盘辅助驱动（6）管片拼装（7）豆砾石回填组装后配套尾部平台车组装后部平台车组装卸渣区平台车安装尾部车上给水、排水、高压供电设备组装安装设备平台车4安装前部车上通风设备、除尘器组装设备平台车3安装设备车上空气压缩机、变压器组装设备平台车2安装车上液压泵站、管片运送系统组装设备平台车1安装车上配电柜、豆砾石注浆系统安装连接桥连接桥上设备、操作室安装、连接控制电缆将连接桥和后配套连接图9-5 后配套组装流程图（8）注浆（9）材料运输（10）通风系统（11）供电系统（12）通风系统（13）给水排水（14）PLC程序控制系统（15）皮带机等辅助设备调试过程中，须配备抢修工具、必要的配件等，同时详细记录各系统的运转参数，与制造商提供的设计参数对比，对不相符的项目查找原因并采取相应措施，由制造商负责确保设备性能达到设计标准。9.3 TBM滑行TBM由组装位置到洞口、以及在隧洞出口1200m钻爆法施工段的通过，将采取相同的滑行的方式。在尾盾拼装钢管片，以辅助推进油缸顶推钢管片推动整机向前滑动，主机部分在预埋的滑轨上向前滑动，后配套走行于铺设的钢轨上；每向前滑行一个循环即1.5m，铺设一块钢管片，以12.5m（约8个掘进循环）作为一个完整的滑行工作循环，每个滑行工作循环的第一块钢管片锚固于洞底，其他钢管片与第一块钢管片顺次前后连接，所有钢管片可以循环使用；当整机向前滑行约8个循环后，在连接桥位置铺设钢轨，同时重新锚固下一个滑行工作循环的第一块钢管片，并拆除其他钢管片。9.3.1 滑行准备工作（1）加工滑行专用钢管片，钢管片结构参见图9-6；图9-6 TBM滑行用钢管片（2）TBM进洞前，在洞外组装及滑行基座上预埋钢轨，在钻爆法施工段锚固30100mm钢板作为TBM滑行时主机的滑轨，洞外滑轨位置参见图9-3，洞内滑轨位置如图9-7所示。（3）检查TBM滑轨，对损坏、变形的必须修复。（4）检查滑轨安装位置，如不符合要求，必须进行调整。（5）准备编组列车，满足滑行期间钢轨、电缆、风水管延伸等需要。（6）清理钻爆法施工段，确保洞内没有干涉TBM通过的设施及杂物。（7）复核钻爆法施工段隧洞的轴线误差。9.3.2 滑行（1）在洞外组装基座尾部拱底TBM尾盾管片拼装位置钻50mm孔，孔深50cm，共两排，每排3个孔；（2）将钢管片安装在TBM尾盾位置，用45400mm销子固定在已经钻好的6个孔中；（3）在滑轨上涂抹黄油，以辅助推进油缸顶推钢管片，推动TBM主机在滑轨上向前滑动，后配套在铺设好的钢轨上向前行进；（4）整机向前移动一个掘进行程的距离后，在第一块钢管片的前方铺设第二块钢管片，但拱底部位不钻孔，该管片仅在图9-7中位连接耳板上用螺栓与第一块钢管片固定，以防止TBM前进过程中钢管片翘曲；（5）第二块钢管片铺设完毕，再次以辅助推进油缸推动整机向前行进；（6）以此类推，共铺设89块钢管片后，连接桥前支架后部将会有12.513m的空间，则在此部位铺设钢轨，同时拆除已经铺设好的第一块钢管片，在盾尾重新钻孔锚固；图9-7 钻爆法施工段预埋滑轨安装位置（7）向前推进一个掘进循环的距离后，将目前最后一块钢管片拆除，安装在尾盾部位，并与刚刚锚固的该画性工作循环的第一块钢管片纵向连接；（8）依照上述方法，推动TBM向前行进，同时完成TBM尾部风水管、电缆的延伸。TBM滑行过程参见图9-8。9.3.3 滑行注意事项滑行过程中需注意以下几个方面：（1）滑行过程中，需对主机及后配套加强巡视，确保TBM各部位与洞壁没有干涉，特别是刀盘前方，必须派专人负责观察；（2）加强TBM姿态控制；（3）控制滑行速度，不可太快；（4）滑行过程中，相关部位的人员之间以对讲机相互联系，确保信息畅通；（5）滑行过程中，刀盘前方负责观察的人员与TBM主司机密切联系；图9-8 TBM滑行过程示意图（6）根据复核的钻爆法施工段隧洞轴线误差，确定各组主推进油缸的行程，确保TBM的前进方向；（7）密切观察锚固环钢管片及其他钢管片的工作状态；（8）推进过程中，钢管片范围内不得站人。9.4 TBM始发与试掘进9.4.1 始发与起始环管片安装始发是TBM施工的关键环节之一，必须予以高度重视。9.4.1.1 TBM就位始发前，复核TBM滑轨，确保滑轨顺直，严格控制标高、间距及中心线，调整好TBM的姿态，主机轴线应该与即将开挖的隧洞轴线一致，以保证掘进方向准确。根据“TBM段与钻爆段接头大样”，由于钻爆法施工段与TBM施工段轴线有偏差，断面形式也不能满足TBM始发要求，因此需要进行扩挖，并且滑轨铺设需根据TBM姿态调整的需要施工，TBM始发就位所需空间及滑轨铺设参见图9-9。图9-9 TBM始发就位空间示意图9.4.1.2 钢管片与负环管片拼装由于从钻爆法施工段向TBM施工段过渡部分空间狭小，不具备安装普通反力架的条件，根据该洞段的工程地质条件，TBM掘进将采取双护盾模式，因此需要专门加工部分特殊的钢管片，用以承受始发时拼装管片的反力。TBM始发就位后，由下向上分块将钢管片锚固在洞壁上，将其焊接为一个整体，确保安装位置精确，为负环管片的准确安装做好准备。钢管片为箱型结构，沿圆周方向分为五块，内设筋板，预留两圈交错布置的锚固孔。始发时边掘进边拼装负环混凝土管片，并从左右两侧加以支撑，确保拼装精度，为起始环管片的精确拼装创造条件。待TBM掘进60m之后，拆除钢管片、负环混凝土管片以及接口密封。钢管片与负环管片的拼装参见图9-10，负环管片的加固参见图9-11。图9-10 钢管片与负环管片拼装示意图图9-11 负环管片加固措施9.4.1.3 起始环管片拼装与回填负环管片拼装完毕，从里程22+965.83处开始拼装起始环管片，起始管片应准确定位：定位支撑应锚固牢靠，不变形；上下左右对称，误差不大于1mm；起始环管片拼装完成后，需填充豆砾石并注浆，因而制作安装接口密封，密封结构参见图9-12。9.4.1.4 TBM始发扩挖段断面恢复TBM始发扩挖段钢管片、负环管片及接口密封拆除后，根据TBM段与钻爆段接头断面设计喷射混凝土予以恢复。9.4.2 TBM试掘进本标段工程采用双护盾掘进机施工，试掘进长度为1000m。在试掘进段阶段，施工人员必须熟练的掌握掘进机施工的技术与参数控制，实现信息化施工。在施工过程中，应注意研究掘进参数的设定方法和原理；掘进时推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，为管片拼装创造良好条件；学会根据设计图纸及超前地质预报结果，判断围岩类别、岩性、稳定性、整体性、抗压强度等参数，对掘进时各种设备操作图9-12 起始环管片接口密封示意图及工程地质等技术数据进行采集、统计和分析，争取在1000m内熟练掌握盾构机的操作方法，确定本机在各种地质条件下掘进施工的参数设定范围，形成一套相对完善的施工方法。此阶段工作重点如下：（1）用最短的时间熟悉掌握掘进机的操作方法、机械性能，培训合格的设备操作人员；（2）了解和认识本标段工程地质条件，掌握本机在该地质条件下的操控方法；（3）熟悉管片拼装的操作，掌握拼装质量的控制方法，提高拼装质量与速度；（4）通过试掘进，掌握本机在不同围岩下掘进模式与掘进参数的选择；（5）整合施工组织，使之更加有利于提高施工质量与施工速度。9.5 TBM正常掘进9.5.1 TBM破岩机理双护盾硬岩掘进机使用盘形滚刀，将刀圈的刀刃挤压楔入岩体进行破岩，其破岩形式属于楔入式滚压破碎。刀尖压入岩体，当压力大于岩石的抗压强度时，与刀尖接触部位的岩石被压碎，在刀尖前形成一压碎区，如图9-13。压碎区向外形成的压力，使压碎区的周边产生裂纹，裂纹随压力增加而扩展，直到渣片形成而剥离，完成一个成渣过程。随刀盘的转动和刀具在岩面上继续向前滚压又开始下一渣片的形成。刀盘上的盘形滚刀在破岩掘进面上形成同心圆的滚动轨迹。刀尖前的岩石被压碎，碾成细小的岩粉，而刀尖两侧的岩体被剥成一块块的渣片。岩渣是一片片形成的，有时在刀圈的内侧形成，有时是在外侧。轨迹之间是鱼鳞状凹坑。刀圈滚压生成的岩渣块形状呈中间厚周边薄的长片形，近似鱼背的形状。渣块的大小与刀间距和切深有关。图9-13 破岩机理9.5.2 掘进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，两班掘进一班整备，掘进工班每班工作9小时，整备工班工作6小时，整备工作安排在每天上午。9.5.2.1 掘进准备（1）接通隧洞内的照明。（2）接通洞外开闭所和TBM主机变压器之间的电源。（3）接通TBM上变压器的主开关，使变压器投入使用。然后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，同时接通TBM及后配套上的照明系统。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。（4）检查气体监测系统、火灾监测系统监测的数据、结果。确定TBM可以进行掘进作业。（5）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。（6）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。（7）确认给水、通风正常。（8）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。（9）确定皮带机风水电管线延伸等各种辅助施工进入掘进工况。（10）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。（11）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，撑紧撑靴达到满足掘进需要的压力，或将辅助推进油缸顶紧在已经安装好的管片上。9.5.2.2 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的进行调整。 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35cm，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。9.5.2.3 双护盾模式掘进双护盾模式掘进是指在硬岩条件下的隧洞开挖时，TBM依靠支撑盾上的支撑靴支撑在洞壁上，掘进的同时可完成在尾盾拼装管片、豆砾石回填等作业。9.5.2.3.1 双护盾模式掘进步骤双护盾模式掘进作业循环主要分为两个阶段：第一阶段，换步与调向。掘进行程完成之后，停止推进、停止刀盘旋转，收回撑靴油缸，刀盘底部支撑于洞底，主推进油缸收回带动支撑盾向前移动，辅助推进油缸撑紧已拼装好的管片；当支撑盾到达预定位置时，调整各位置推进油缸以调整掘进方向，待TBM方向调整完成后，撑靴再次撑紧洞壁，换步完成。第二阶段，掘进的同时拼装管片。推进油缸推动旋转的刀盘向前掘进1.5m，掘进反力传递到撑紧于洞壁的撑靴，出渣列车停放于后配套区域，刀盘切削下来的石渣通过主机皮带机、后配套皮带机卸入渣车。与此同时，实施拼装预制混凝土管片，回填豆砾石、灌浆等作业。9.5.2.3.2 双护盾模式掘进流程双护盾模式下掘进的工艺流程如图9-14所示。（1）判断掌子面围岩状态。根据工程地质图纸，参考上一循环掘进参数、石渣状态判定掌子面围岩状况，通常可据此断定前方围岩的整体性、岩性、发育程度、含水量等。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配备了两套超前地质探测装置，分别可准确预测前方150m、30m范围内围岩地质情况。（2）换步、调向。换步调向操作如前所述，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。（3）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。（4）掘进及拼装管片。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，同时结合施工经验达到掘进参数与围岩状况的最佳匹配。图9-14 双护盾模式掘进工艺流程9.5.2.4 单护盾模式掘进单护盾模式掘进是指在软岩条件下的隧洞开挖时，撑靴全部收回（不再撑紧洞壁），主推进油缸也收回，前盾和支撑盾作为一个整体动作，掘进过程中辅助推进油缸顶紧已经拼装好的管片提供推进力，TBM掘进时无法拼装管片，只能在掘进行程完成之后，停止掘进，待管片拼装及换步调向等工序完成后，方可继续掘进。9.5.2.4.1 单护盾模式掘进步骤单护盾模式下的掘进作业循环可分为三个阶段：第一阶段，调向。上一循环管片拼装完成之后，开始本循环作业，此时辅助推进油缸已经收回，也就是换步已经完成。通过调整辅助推进油缸，使主机以刀盘底部接触洞底的部位作支点在水平和竖直方向旋转，从而调整TBM掘进方向。第二阶段，掘进。辅助推进油缸推动旋转的刀盘向前掘进1.5m，掘进反力传递到拼装好的管片，出渣列车停放于后配套区域，刀盘切削下来的石渣通过主机皮带机、后配套皮带机卸入渣车。与此同时，实施回填豆砾石、灌浆等作业。第三阶段，拼装管片与换步。9.5.2.4.2 单护盾模式掘进流程图9-15 单护盾模式掘进工艺流程单护盾模式下掘进的工艺流程如图9-15所示。单护盾模式适用于软弱围岩、断层破碎带等地质洞段，因而应严格按照工艺流程与施组要求施工，加强超前地质探测预报，积极采取加固、固结灌浆等技术措施，最大程度的保证TBM快速、安全地通过。9.5.2.5 出渣运输TBM施工的掘进施工和出渣运输同时进行，刀盘开挖的石渣通过皮带机卸到停放在后配套上的渣车内，矿车通过牵引机车移动使石渣均匀卸到各节车内。编组列车利用35t变频电动机车牵引出洞，到达卸渣翻车机，将石渣卸到渣场。9.5.2.6 停机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。9.5.2.7 掘进中的注意事项TBM掘进过程中，所有的辅助作业都必须从属于主机的掘进，除特别情况下不能影响掘进的作业。（1）合理安排车辆调度，确保施工用料包括管片、注浆料、豆砾石等及时运送到施工地点。（2）特殊材料的运输（如风管的储藏筒、钢轨）要根据洞内的安排快进快出。（3）出现不良地质条件时，严格按TBM操作技术要求执行，不能因急于施工而造成掘进机的损伤。（4）掘进机设备如电气设备、液压设备、管片安装设备等必须由经培训合格的专人进行操作。（5）施工中要严格遵守TBM的各项技术规定，不能进行盲目的操作施工。（6）施工中一定注意电器设施、液压设备防水防火，电气控制装置防水的同时还必须有防尘措施。（7）有害气体监测报警时，必须立即启动瓦斯洞段施工预案，确保人员、设备及施工生产的安全。9.5.3 TBM施工速度的影响因素TBM施工速度的影响因素包括以下五个方面:（1）地质因素：围岩类别、矿物成分、岩体抗压与抗剪强度、围岩硬度、地应力、涌水、有害气体等。（2）TBM的选型：根据工程地质与水文地质条件、工期、环保等方面的要求，合理选择TBM主机及其附属设备的技术参数。（3）配套设备与设施：根据施工经验，出渣运输、风水电供应等方面对TBM掘进的影响不可忽视，需要予以高度重视。（4）掘进、整备人员的技术水平：在确保设备状况良好的前提下，合理选择掘进参数，才能提高施工速度。（5）组织管理：施组设计与实施、物料供应、技术支持、调度等环节，也要给予充分重视，否则也将直接影响施工速度。9.5.4 不同围岩类型中掘进参数选择9.5.4.1 类围岩II类围岩属硬岩，在围岩节理不发育，整体性、稳定性较好地段，以推力接近刀盘额定推力时相匹配的推进速度推进，可达到较高的施工速度。TBM施工段II类围岩总长6697.83m,占隧洞总长的33%，主要是厚层状结构，以花岗片麻岩、石英片岩、石英岩为主，岩石坚硬，对刀具磨损较为严重，埋深较大，大部分在700m以上，可能存在岩爆。在此类围岩段，以较高的推力和较高的转数进行掘进施工。但在岩爆地段，推进速度不宜过大，须加强刀盘喷水，密切注意刀盘驱动变频电机电流变化，防止刀盘前部会有大块岩块爆出卡滞刀盘，从而导致过载而停机。必要时启动岩爆洞段施工预案。9.5.4.2 类围岩类围岩总长为4171.4m，占隧洞总长的21%，主要是泥岩、砾岩互层夹煤线、砂岩等，以层状结构为主，包含少量为碎裂结构，局部有小断层。围岩硬度不大，其整体性和稳定性也比较好，较适合双护盾TBM掘进。在该围岩洞段掘进，推进速度的可选范围较大，这时应根据具体情况选择一最佳掘进速度范围，既保证掘进速度，又可减小对围岩的扰动，达到既提高纯掘进速度又能减少刀具损耗。9.5.4.3 、类围岩、类围岩总长9096.6m，占隧洞总长的46%，结构复杂，包括块状结构、层状结构、破碎结构、破碎层状等，有较大断层，受断层破碎带影响洞段较多；主要是砂砾岩、泥质粉砂岩、泥岩夹砂岩、砂质结晶灰岩，大部分属于软弱围岩。在此类围岩段，除选择适当的推进速度外，选择合适的刀盘转速也至关重要。在、类围岩洞段掘进遇到塌方、涌水的可能性较大，为减小对岩体的破坏，常采用较低的刀盘转速，同时推进速度不宜过高，原因如下：（1）采用刀盘低转速时，刀盘对周边岩石的扰动较小，利于减少坍塌。（2）撑靴支撑效果不好，推进反力有时需要通过辅助推进系统传递到管片实现。推进速度不宜过高，避免对管片衬砌造成不利影响。（3）因围岩软弱，易发生坍塌，掘进机皮带上石渣会急剧增多，如果掘进速度过快，可能出现皮带超载而停机。9.5.5 轴线控制TBM上配备有激光导向装置，激光发射器安装在已经完成的隧洞洞壁上，接收器安装于TBM主机上。将经测量得到的位置参数输入到发射器自身的计算单元，以使发射器按照隧洞掘进的正确方向确定激光束的方向并发射到接收器，当它接收到激光束后，就可以根据激光在接收器上的入射角度、反射距离确定机器的位置参数数据。所有的位置数据都集中到安装在TBM控制室内的计算机，经过计算机的计算显示到控制室的显示屏上。操作人员根据显示的数据进行TBM的方向调整。（1）TBM掘进时或掘进行程结束时可以进行掘进方向的调整，首先利用TBM上的测量和导向装置，确定掘进当前位置的上下、左右、圆周方向的偏差和TBM当前的位置状况，预测并显示掘进循环结束时TBM的位置和偏差。（2）根据显示在监视屏上的数据，及时调整TBM刀盘的方位。（3）掘进方向的调整可以在掘进一个行程结束后在换步的过程中进行，也可以根据需要在掘进过程中调整。但必须根据技术要求严格控制调整幅度，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。9.5.6 扩挖本次所选TBM的扩挖方式有以下两种，根据扩挖量选用。9.5.6.1 边刀加垫片扩挖法正常情况下， TBM刀盘上安装有2把边刀，在进行扩挖施工时在边刀刀座与滚刀之间增加垫片，以达到扩挖的目的。此种方法扩挖量较小，约为2030mm。9.5.6.2 安装备用边刀扩挖法为应对不良地质可能需要增加扩挖范围，所选TBM刀盘预留两个额外的边刀安装孔，正常掘进过程中，该孔以钢板封堵，必要时，拆除钢板，安装边刀。这样可以达到较大的扩挖范围，提高本机适应能力。9.5.6.3 扩挖施工过程在进行扩挖施工时，首先将刀盘适当后退，在已经开挖的掌子面洞壁处进行小型的爆破，爆破出拆除边刀并重新安装刀具的空间，安装扩挖施工的刀具。利用变频驱动系统缓慢启动刀盘，利用新安装的刀具扩挖洞壁，扩挖完成后开始进行推进作业，完成需要扩挖的洞室。扩挖施工时要注意启动和推进作业应严格按照扩挖施工程序进行，避免启动过猛或推进过快造成新安装刀具的损坏。9.5.6.4 所配置扩挖法的优点上述两种扩挖方法，具有结构简单、故障率低、刀具种类少、扩挖范围大、适应性强、操作简单等优点。9.6 管片安装、豆砾石回填与注浆9.6.1管片拼装管片安装是本标段TBM施工的重要环节，管片作为永久性衬砌，其安装质量好坏直接关系到成洞质量。双护盾掘进模式下，TBM开挖和管片安装这两种施工活动同时进行，单护盾掘进模式下，掘进与管片拼装交替进行。管片拼装流程图参见图9-15。（1）管片拼装顺序：由下部开始，先装最底部A型管片，再对称安装另两块A型管片，之后拼装B、C型管片，最后装D型管片。（2）TBM操作人员要精心操作辅助千斤顶，精确控制其伸缩，使TBM不后退、不变坡、不变向，与管片操作人员密切配合。（3）拼装封口成环的D型管片之前，需检查已拼装管片的开口尺寸，要求略大于D型管片尺寸。（4）D型管片安装前，应对止水条表面进行润滑处理以减小摩擦，避免止水条拉断或由于角部止水条严重挤压和拉伸而影响角部防水。安装时先径向插入23，调整位置后缓慢纵向顶推到位。（5）管片拼装过程中，只回缩要拼装管片部位的推进油缸，管片块安装到位后紧固好螺栓，将回缩的油缸顶紧管片后方可移开管片安装机，然后进行下一块管片的拼装。（6）管片拼装过程中使用可以设定扭矩的风动扳手紧固连接螺栓，以提高效率并保证紧固扭矩。（7）作圆环校正，并全面检查所有纵向螺栓，及时进行复紧，拧紧至规定扭矩。（8）TBM掘进的同时拧紧将出工作车架的环向螺栓。对最后几环管片的总唤醒螺栓应使用规定的长柄扳手予以拧紧或按照扭矩要求调高风动扳手的紧固扭矩。（9）拼装过程中要保持已成环管片环面及拼装管片各个面的清洁。（10）拼装过程中如遇有轻微损坏的管片，应及时用规定的材料按照规定的工艺修补，损坏超标的应该进行调换。9.6.2 管片拼装后的验收标准（1）管片无贯穿裂缝，无大于0.3mm宽度的裂缝及混凝土剥落现象。（2）圆环水平直径与垂直直径允许偏差：3（圆环水平直径与垂直直径的差204图9-16 管片拼装流程图值是指拼装成环后的测量值的差值）。（3）各环向及纵向螺栓必须全部安装并紧固至规定扭矩。（4）纵、环缝错台误差2mm。（5）纵、环缝间隙2mm。9.6.3 管片拼装后的表面处理管片内表面平整度除满足管片制作精度要求和管片安装纵环缝错台误差要求外，需对内表面连接螺栓孔、灌浆孔采用C30预缩砂浆回填抹平，对施工中残留在管片内表面上的硬结浆液进行清除、打磨平整处理。大于要求的纵环缝错台按1：5坡度处理。9.6.4 豆砾石回填和灌浆预制混凝土管片安装后管片与围岩之间缝隙填充豆砾石并灌注水泥浆，灌浆结石强度等级为C20。9.6.4.1 豆砾石填料与灌浆材料（1）豆砾石填料应是经过筛选、清洗干净和坚固的专用骨料，粒径510mm，应使其有符合要求的适当级配，并在灌注时保持湿润。（2）水泥：根据监理人指示选用水泥，其标号不低于425#，符合规定的质量标准，不存在受潮结块现象，出厂期不超过三个月。（3）灌浆用水应符合规范规定，拌浆水的温度不高于40。9.6.4.2豆砾石回填用编组列车将豆砾石运输到洞内，并将其贮入安装于后配套系统的布料器内，这样无论编组列车是否停放于后配套区域，都可以利用平衡布料器内贮放的豆砾石进行回填作业。运输至洞内的豆砾石必须水洗，回填时保持湿润，这样既保证了豆砾石的通透性，又可减少动中的扬尘。用豆砾石输送机将豆砾石从布料器送入风泵，风泵将以0.20.3MPa的压力将豆砾石通过预留于管片上的注浆孔吹入管片与围岩之间的空隙。豆砾石回填首先从左右侧拱的预留空开始，目的主要是充填地宫的空隙；之后从顶拱的两边的孔开始，直到侧拱的孔内有豆砾石相继流出，则暂时封堵，顶拱上两孔喷不进豆砾石时，则断定底拱和侧拱回填完毕，最后在滞后次顶拱5环左右，开始喷顶拱的中孔，以达到完全填充的目的。9.6.4.3 回填灌浆（1）回填灌浆按照监理人的指示，按照环间分序、环内加密的原则进行。计划每隔20环设封闭环，作为一个注浆单元，如果监理人另有指示则按照监理人的指示施工。封闭环的回填灌浆浆液如需加入速凝剂，需经监理人同意，并通过现场试验确定掺量，其掺量必须经过监理人批准。在、类围岩管片安装完成后及时进行灌浆作业。（2）回填灌浆的压力控制在0.20.3MPa。（3）豆砾石灌浆在豆砾石回填后按照灌浆单元施作，灌浆顺序为先底拱、再边拱、后顶拱。（4）在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆后，继续灌注5min即可结束。灌浆的记录使用灌浆设备配置的自动灌浆记录仪，可自动跟踪记录灌浆压力、出浆流量、水泥重量以及外加剂的掺量等相关参数，这样可使灌浆工作得到有效的控制。（5）遇有围岩塌陷、涌水等不良地质洞段，则启动相应的施工预案，并报送监理批准后实施。（6）灌浆结束后后，应排除管片灌浆孔内的积水和污物，采用浓浆封堵密实，并将孔口压抹平整。9.6.4.4 管片豆砾石灌浆质量检查质量检查在该部位灌浆结束7天后进行。灌浆结束后，承包人将灌浆记录及有关资料提交监理人，以便确定检查孔位置。根据招标文件，采用钻孔注浆法进行回填灌浆质量检查，向孔内注入水灰比为2：1的浆液，在规定压力下，初始10min内注入量不超过10L即为合格。否则按监理人指示或批准的措施进行处理。9.7 固结灌浆水泥固结灌浆适用的范围为隧洞堵水或断层破碎带处理而采用固结灌浆，水工建筑物结构的补强等。9.7.1 灌浆材料要求（1）灌浆用水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥，水泥不应存放过久，出厂期超过3个月的水泥不应使用；（2）灌浆用水应符合规范规定，拌浆水的温度不得高于40。（3）经监理人批准，承包人可在水泥浆液中掺入砂、水玻璃等掺合料。各种掺合料质量应符合规范规定，其掺入量应通过试验确定，试验成果报送监理人。（4）经监理人批准，承包人可在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂以及监理人指示或批准的其他外加剂。各种外加剂的质量应符合规范规定，其最优掺量应通过室内试验和现场灌浆试验确定，试验成果报送监理人。所有能溶于水的外加剂应以水溶液状态加入。（5）纯水泥浆的配比：水灰比0.6：11：1，可加入适量的速凝剂。水泥水玻璃双液浆的配比：水泥浆与水玻璃浆液体积比1：0.31：1，凝胶时间13分钟。9.7.2 钻孔与灌浆设备9.7.2.1 钻孔设备（1）使用风钻进行固结灌浆孔的钻孔工作；（2）根据工程地质条件选用钻机和钻头，钻头采用金刚石钻头或硬质合金钻头；（3）采用TBM附属的空压机或20m3电动空压机；（4）在TBM给水管路上每隔约50m安装阀门，给钻孔提供用水，设置移动式水箱和水泵，以便提高给水压力。9.7.2.2 固结灌浆设备（1）采用KBY-50/70注浆泵；（2）配置MS-400浆液搅拌机，其搅拌能力与注浆泵排量相适应，能够实现均匀、连续制浆；（3）配备足够的灌浆管路，选用合格的压力表，并在使用前对压力表进行标定；（4）采用性能可靠的灌浆赛，并易于安装和拆卸；（5）配备足够的灌浆设备、仪器、仪表，保证电力驱动设备的正常工作。9.7.3 钻孔（1）钻孔前按照设计及钻机所在位置，计算出各钻孔在工作面上的坐标，用经纬仪放出灌浆孔的准确位置，固定钻机，保证钻杆中心线与设计灌浆孔中心线相吻合，钻机安装应平整稳固，在钻孔过程中也要及时检查校正钻杆方向。灌浆孔的孔底偏差应不大于孔深的1/40，或符合施工图纸规定。（2）钻孔完毕后安装孔口管，孔口管是一端焊接有法兰盘的钢管，长度根据需要确定。孔口管的作用是测量钻孔出水压力及涌水量，安装灌浆栓塞。全部灌浆钻孔均需安装孔口管。孔口管的安装方法：安装孔口管前，现在钢管上缠绕麻丝，用钻机强力推入孔中并用膨胀螺栓加固，以免测量水压或灌浆室钢管冲出孔外，影响灌浆和危及人身安全。钻孔施工注意事项：（1）灌浆孔的开孔孔位应征的监理人同意，并记录实际孔位；（2）钻机安装平稳，钻空前按照监理人的指示埋设孔口管，钻孔方向应按照要求确定，钻孔必须保证孔向准确；（3）钻孔顺序应按照监理人指示的灌浆程序分序分段进行；（4）钻孔的孔底偏差不大于1/40孔深。9.7.4 钻孔冲洗和压水试验灌浆前应按监理人的指示对所有灌浆孔（段）进行裂隙冲洗和压水试验；9.7.4.1 钻孔冲洗（1）根据监理人指示进行冲洗，采取风水联合冲洗或用导管通入大流量的水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗；（2）冲洗水压为80%灌浆压力，压力超过1MPa时采用1MPa；（3）冲洗风压为50%灌浆压力，压力不超过0.5MPa时采用0.5MPa；（4）裂隙冲洗应冲至回水澄清后10min结束，且总的时间要求单孔不少于30min,串通孔不少于2h，对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20mm；（5）当临近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗；（6）灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）应立即连续进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h者，应在灌浆前重新进行裂隙冲洗。9.7.4.2 压水试验（1）承包人根据监理人的指示进行压水试验，应在裂隙冲洗后进行，承包人可根据监理人指示，采用“简易压水”、“单点法”或“五点法”进行压水试验。（2）简易压水试验应在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa，采用1MPa；压水20min，每隔5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。9.7.5 灌浆试验灌浆作业开工前56天，编制详细的试验大纲，报送监理人审批；灌浆试验结束后，对试验成果进行分析，并将试验的详细记录和试验分析成果报送监理人。承包人将按监理人指示对不同水灰比、不同掺和料和不同外加剂的浆液进行下列项目的试验：（1）浆液配置程序及拌制时间；（2）浆液密度或比重测定；（3）浆液流动性或流变参数；（4）浆液的沉淀稳定性；（5）浆液的凝结时间，包括初凝和终凝时间；（6）浆液结石的容重、强度、弹性模量和渗透性；（7）监理人指示的其它实验内容。用于现场灌浆试验的浆液水灰比及掺和料、外加剂、等的品种及其掺量应通过浆液试验选择，并将试验成果报送监理人。9.7.6 制浆制浆材料必须称重，称重误差应小于5%。水泥等固相材料应采用重量称量法。浆液搅拌应按下列要求进行：（1）各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和黏滞度等参数，并做好记录；（2）纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时应不少于3min；使用高度搅拌机时，应不少于30s。浆液在使用前应过筛，从开始制备至用完的时间宜小于4h；（3）拌制细水泥浆液和稳定浆液，应加入减水剂及用高速搅拌机，高速搅拌机转速应大于1200rpm，搅拌时间应通过实验确定，细水泥浆液的搅拌，从制备至用完的时间宜小于2h；（4）单液水泥浆的配制：先在搅拌机内放入定量清水进行搅拌，同时加入速凝剂，待全部溶解后放入水泥，继续搅拌至规定的时间；（5）双液浆的配制：水泥浆的配制同上，水玻璃浆的配制要先在搅拌桶内加一定量的清水，再放入一定量的浓水玻璃，搅拌均匀即可。两种浆液通过灌浆机在混合器处混合后进入地层。（6）严格按顺序加料，有外加剂的浆液中，外加剂未完全溶解，不得加入水泥；搅拌时不得将绳头、纸片等杂物带入搅拌机内，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入灌浆机；掺有缓凝剂的水泥浆必须在30min内用完；（7）经试验定出不同围岩中的灌浆参数。9.7.7 灌浆9.7.7.1 灌浆准备工作（1）开始灌浆前，首先根据预计的灌浆量，检查灌浆材料的数量、种类能否满足连续灌浆要求，如不能保证连续灌浆要求，则等补足数量后才能开始灌浆；（2）对灌浆系统进行压水检查，压水压力一般为设计灌浆压力的1.2倍，以检查灌浆设备的密封性和完好性，同时检查搅拌机运行状况，发现问题立即解决，以避免在灌浆过程中因机械故障而造成灌浆中断；灌浆泵和灌浆孔口处均要安装压力表，进浆管路同样设有压力表；（3）检查止浆塞的磨损程度，若发现止浆塞不能有效密封止浆，应立即更换，以免导致灌浆结束凝固后灌浆芯管无法拔出，影响正常施工。9.7.7.2 安装止浆塞（1）一般水压的钻孔中，栓塞采用人力或通过机械帮助能够送入孔中的情况下，尽可能使用普通栓塞；（2）水压较高，普通的止水栓赛难以送入孔中，必须选用小直径高膨胀水压式栓赛。9.7.7.3 灌浆（1）全孔一次灌浆法：对于涌水压力较小的灌浆孔，可在灌浆芯管上焊接法兰盘，再安装在孔口管法