12 开敞式TBM仰拱混凝土同步衬砌双通道台车研制及应用.ppt

开敞式TBM仰拱混凝土同步衬砌双通道台车研制及应用汇报材料,中国水利水电第十四工程局有限公司二一八年十月,一研究背景二总体思路三仰拱台车技术要点四研究技术创新点五研究内容主要成果六推广应用情况与经济社会效益情况执行情况,目录,本科研项目依托的是辽宁省重点输供水隧道工程施工三标，主洞长41.09km，钻爆段3.40km、TBM施工段37.69km（洞径8.5m），主洞采用两台德国海瑞克生产的开敞式TBM掘进，TBM1-1段7.35km、TBM1-2段10.02km、TBM2-1段11.45km和TBM2-2段8.89km，施工支洞最长2.4km。,一研究背景,1、依托工程概况,主洞开敞式TBM施工段衬砌成洞断面为圆拱斜墙形，二次衬砌结构包括仰拱砼和边顶拱砼,、a类仰拱（素砼）,b类仰拱（单层钢筋砼）,、类仰拱（双层钢筋砼）,仰拱砼主要技术指标表,一研究背景,1、工程概况,2、TBM同步衬砌技术现状分析,国外开敞式TBM施工隧洞的底部仰拱位置一般采用预制混凝土方案，鲜有采用现浇混凝土衬砌方案。,一、项目背景,2、TBM同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,1、台车后300m设置四轨三线制浮放道岔；2、全环内通式衬砌台车在TBM3标段进行了为期28天的生产性试验,大伙房工程全环内通式衬砌台车+移动式浮放道岔同步衬砌施工技术（刀盘直径8.0m）,2、TBM同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,1、隧洞横通道间距240m；2、衬砌段前后（3个横通道840m间距）布设2套移动式渡线道岔；3、两台台车综合衬砌月进尺431m/月；,中天山铁路隧道有轨运输出渣工况水平面仰拱预制块+矮边墙现浇+双通道渡线同步衬砌施工技术（刀盘直径8.8m）,2、TBM同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,后工作台架,拉门式支架,衬砌台车,防水、钢筋台架,西秦岭铁路隧道水平面仰拱预制块+矮边墙现浇+双通道同步衬砌施工技术（刀盘直径10.23m）,拉门式支架,2、TBM同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,2、TBM同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,引汉济渭内弧面预制仰拱单通道同步衬砌（刀盘直径8.02m）,四轨三线制TBM施工区段总体布置图,边顶拱衬砌台车及衬砌段皮带,钢筋安装台车及前段皮带,皮带机穿行托架,一研究背景,3、研究项目的提出,地质条件情况,类和a类围岩长度28.25km，边顶拱衬砌的比例约为25%，仰拱衬砌施工越快完成，对实现总体工期目标的贡献越大。,施工方案比选,对TBM掘进影响,工程技术实践,TBM施工时系统性强，掘进、出渣、支护、运输等工序平行连续作业，需要在已掘进洞段同步延伸连续皮带、大直径风管、高压电缆、供排水管道、TBM行走及物料运输轨道。全环或边顶拱衬砌与TBM掘进平行作业，隧洞空间限制，难以解决干扰问题。仰拱衬砌断面小，占用空间小，便于施工布置，与TBM掘进平行施工的干扰问题相比较之下较为容易解决，仰拱为后续的边顶拱施工创造有利的交通条件,工期要求,整个工程的关键线路，工期压力巨大。,a、多个工程尝试同步衬砌，技术上可行。b、大伙房输水工程所使用的仰拱台车在升降坡过渡处理、前后坡轨安装与拆除、同步穿行的交通解决方案、仰拱模板定位精确度等方面仍存在诸多有待解决的问题。c、已有成果和工程实例均未能提供行之有效的仰拱跟进衬砌解决方案。,1、边界条件,（1）隧道开挖直径8.5m；（2）沿隧道掘进方向右侧，布置连续皮带出渣系统；（3）沿隧道掘进方向左侧，布置供排水管、供电系统（包括变压器）；（4）隧道顶部，布置2.2m风筒；（5）有轨编组列车（包括内燃机车、混凝土搅拌罐、物料运输车、人员运输车）正常通行，长度60m，满载重量144t；（6）TBM掘进延伸材料及初期支护材料正常运输，其中最大件为储风筒，尺寸为8m2.4m2.4m（长宽高）。,二总体思路,研制设计一种开敞式TBM双通道仰拱砼同步衬砌模板台车（以下简称仰拱台车），实现TBM隧洞掘进与底部仰拱砼现浇同步快速施工。仰拱台车总长131.686m，重138t，采取“前斜坡段+前道岔段+四轨双通道标准段+后道岔段+后斜坡段”的布置方式，前后升降坡段坡度3，主要钢材为HW200、槽16型钢。,二总体思路,2、功能设计方案,二总体思路,3、总体结构设计,道叉段结构简化图标准段的结构简化图,按实际运行情况分以下三种工况对结构进行分析：全部静载+一列编组停放在标准段+另一列编组通过。全部静载+两列编组在标准段同向并列前行。全部静载+同时停放两辆列车+标准段一节四个轮子有一个轮子下面的道轨下沉20mm。（验证结构刚度）,二总体思路,3、总体结构设计,荷载组合中第三种为纯静力分析，前两种需要进行动荷载的影响线分析。即在全部静载不变的情况下，标准车队形成的动载序列从驶入台车开始在结构上每移动一个步长后，将整个结构进行一次分析并纪录各杆件的内力和所有节点的位移，至到全部车队驶出台车，动载移动完成后，再从纪录表中检索各个杆件的最大内力及各节点的最大位移，然后对各杆件的强度及刚度的合理性进行分析。为达到此目的，采用了混合节点形式空间杆件结构分析软件进行计算。,有轨列车编组图,标准段单节长度7.9m，高4.106m，宽5.025m，共12架，左侧布置出渣皮带机，故截面为非对称形式。底梁上安装双列机车轨道，每节标准段设置4套（2对）行走轮组，下部有0.45m孔口用于电动葫芦拆除、调运支高架。,三台车技术要点,3.1、正常段结构设计,道岔段也是桁架结构，单节长度7.9m，轨道转弯半径60m，实现双轨并道，满足2.38m储存风筒通行，布置在标准段前后各2节位置，分别用作清渣作业预备段和内燃机车轨道安装段。,三台车技术要点,3.2、前后道岔段结构,前斜坡段分为4.08m的轨道搭接段和21.3m的升坡架段，与支高架轨道搭接，轨距970mm。桁架段前后有行走轮，前后轮中间有一组丝杆支点，前端经改造后的轨道搭接装置可整体推动。后斜坡段也分为7.082m轨道搭接段和14.257m降坡架段。行走轨道铺设在已浇仰拱混凝土面，轨道每3.0m用道钉固定。,三台车技术要点,3.3、前斜坡段,本系统共设置了功率3kw、行走速度3.52m/min的4套驱动装置，分别安装在前后端的道岔段上，减速机使用行星齿轮减速器。,三台车技术要点,3.5、驱动装置,每节安装4组行走轮，轨道由紧贴岩壁的轨道支座提供反向支撑，轨道支座以隧道初期支护钢拱架尺寸设计，采用2根25插筋固定，孔深45cm,岩壁轨道轨距5870mm。,三台车技术要点,3.6、行走机构,三台车技术要点,3.7、仰拱台车组装,仰拱台车组装过程流程图,仰拱台车在检修间拼装（22天）,仰拱台车在掘进段对接调试,1）开敞式TBM仰拱混凝土同步衬砌双通道台车，在非对称方形框架台车结构内满足轨行式列车双通道行驶，整体布置上采取“前斜坡段+前道岔段+六个分节四轨双通道标准段+后道岔段+后斜坡段”的结构和吊物孔的结构布置方式。2）该台车实现了仰拱混凝土的快速连续浇筑，月最高强度实现624延米（52仓）。3）该台车其特征在于不对称台车采取整体轨行式移动运行方式，沿隧洞两侧安装轨道行走，比行走机构安装在仰拱混凝土顶面和仰拱岩面上更灵活，通过升降坡段实现仰拱台车的快速移动，为仰拱混凝土快速施工提供了技术保障。4）升降坡轨道搭接装置，使内燃编组机车实现由隧道标准轨与仰拱台车标准轨的行走过渡，使内燃编组机车安全、高效的通过仰拱台车，避免机车上下坡频繁跳轨。,四研究技术创新点,4.1、创新点,四研究技术创新点,4.2、查新报告,（1）发明了的开敞式TBM仰拱砼同步衬砌双通道台车，第一次在仰拱台车内布置列车双行轨道，使仰拱台车成为又一个错车的平台，满足了列车连续运行的要求，加快了施工进度，使用效果良好。（2）仰拱台车采用轨行式列车双通道结构，保证了TBM配套轨道及支高架快速拆除、双通道运输、仰拱备仓、仰拱浇筑、仰拱养护、台车移位等多工序交叉作业，成功实现了仰拱快速连续浇筑与TBM掘进、皮带出渣连续外运和物料运输正常补给的同步施工。,五研究主要成果,五研究主要成果,拌和系统整体采用“一”字型布置、灰料中转、80m斜长及行走皮带入仓,五研究主要成果,仰拱仓面,6m3仰拱卧式有轨运输罐车,溜槽下料,人工找平、抹面,分层连续入仓振捣,（3）通过对仰拱台车的成功应用，隧道仰拱混凝土月浇筑实现624延米（52仓），支高架等钢结构循环使用，构建了开敞式TBM仰拱同步衬砌双通道台车施工工法。（4）发明了升降坡轨道搭接装置，有效解决了机车由隧道标准轨与仰拱台车标准轨的行走过渡时频繁跳轨的难题，实现了机车安全运行。,五研究主要成果,五研究主要成果,主要成果,五研究主要成果,主要成果,科研课题主要在TBM1-1段和TBM2-1段TBM贯通中转检修前，对1#仰拱台车和2#仰拱台车的应用研究。目前，1#仰拱台车在TBM1两个掘进段浇筑了8868m，2#仰拱台车在TBM2两个掘进段浇筑9992m，应用效果显著。,TBM1段仰拱砼浇筑统计表,TBM2段仰拱砼浇筑统计表,六推广应用情况与经济社会效益,6.1、应用情况,六推广应用情况与经济社会效益,6.2、推广前景,我国隧道施工技术快速发展，采用TBM施工的长大隧道据不完全统计，长约5800km，需TBM设备120150台。在适宜工况条件下采用仰拱衬砌跟进TBM施工技术在长大隧道施工中具有非常大的发展空间，这为仰拱跟进衬砌装置的推广应用和配套相关技术的发展提供了机遇。本项目成果作为TBM施工配套设备，推广应用前景广阔，也将创造出更大的工程经济效益和社会效益。,六推广应用情况与经济社会效益,节约工期：提前启动混凝土施工1.5年，缩短关键线路工期明显。直接效益：TBM配套仰拱混凝土现浇方案，较贯通