TBM适应性分析汇报材料

1、1标段工程概况PART一、本标段工程概况：引绰济辽工程是一项从嫩江支流绰尔河引水到西辽河的大型引水工程，设计最大年调水量4.88108m3，线路总长390.263km，由文得根水利枢纽和输水工程组成。输水工程自北向南，沿途经过兴安盟、通辽市等9个旗县区，采用重力流方式输水，最终到达通辽市西辽河干流的旁侧水库莫力庙水库，隧洞段总长173.28km。：本标段位于内蒙古自治区兴安盟乌兰浩特市科右前旗境内，主洞长度21.345km（TBM掘进长度17.577km、钻爆法施工洞段长度3.768km），为无压隧洞，设计流量13.70m/s，洞线比降1/3000，采用钻爆法+TBM法施工。：工程主要营地距离

2、乌兰浩特市19km，距离乌兰浩特机场40km。1.1 工程位置一、本标段工程概况工程平面示意图1.2 工程地理位置及工程范围一、本标段工程概况1.3 地质剖面图一、本标段工程概况1.4 工程地质标段内地貌单元为低山丘陵区，地面起伏较大，地面高程340.0515.0m。隧洞洞线总体走向由北向南，沿线穿越多条冲沟谷地的下部。该段隧洞进口底高程315.28m,出口底高程308.54m,隧洞洞室埋深22.0196.0m，总长度21.37462km。主洞工程沿线地层为为第四系上更新统坡积冲积层(Q3dl+al)）、侏罗系上统上兴安岭组下段(J3sl)、侏罗系上统宝石组(J3b)及燕山期侵入花岗岩（5）。

3、岩性主要为凝灰岩、凝灰砂砾岩、凝灰熔岩、燕山期侵入花岗岩、花岗斑岩，以及部分第四系上更新统坡积冲击低液限粘土层。 该段隧洞全长21.345km，围岩类别主要为类，在断层影响带、强风化段节理密集带主要为类。其中类围岩占该段隧洞90.78%，长度19376.29m；类围岩占9.22%，长度1968.33m。一、本标段工程概况1.4 工程地质工程区断裂带构造总体不太发育，无区域性断裂、活动断裂穿越，遥感物探解译桩号T12+082.67T33+457.29段隧洞沿线分布有3条断裂构造（F12、F13、F14），在DZK14-5（T14+128）孔附近露头进行地质测绘，主要发育三组节理，产状分别为倾向3

4、24，倾角70；倾向225，倾角77；倾向84，倾角14。一、本标段工程概况1.4 工程地质 主洞围岩分类表一、本标段工程概况隧洞的施工适宜性以工程地质勘察成果及围岩基本质量分类为基础，综合考虑岩体完整性、岩石强度、围岩应力环境和不良地质条件等因素，结合TBM施工应用特点综合判断。TBM施工的适宜性分为适宜（A）、基本适宜（B）、适宜性差（C）等级别，其中以类围岩为主的隧洞可判定为不适宜采用TBM施工，该段隧洞TBM施工适宜性分级参照引调水线路工程地质勘察规范附录C.0.3节，经判定：本标段围岩类别以类为主，在断层影响带、强风化段、节理密集带主要以类围岩为主，地质条件适宜性一般，依据隧洞TBM

5、适宜性分级判定该段为基本适宜。1.5 TBM施工适宜性一、本标段工程概况TBM1掘进总长度为17.577km,断面为圆型,断面净尺寸3.90m(直径)，开挖断面尺寸4.72m(直径)。TBM1施工段分两段逆坡掘进,每段有一处转弯,转弯半径均为R=1000m。其中TBMI1掘进第一段长度10358m,桩号范围为T32+817.29T22+458.93；TBMI掘进第二段长度7219m,桩号范围为T21+848.93-T14+630.00；中间设620m的检修洞室,桩号范围为T22+458.93T21+848.93。1.6 TBM段类围岩结构设计图TBM段类围岩结构设计图一、本标段工程概况1.7

6、TBM段典型断面及支护延米工程量 TBM扩大洞室钻爆法施工段长1260m,包括TBM组装洞、TBM步进通过洞、TBM始发洞、TBM检修洞、TBM拆除洞。TBM掘进段为圆型断面，TBM拆卸洞、TBM检修洞、步进洞为城门洞型断面，TBM组装洞为蘑菇型断面。TBM拆卸洞结构设计图TBM检修洞结构设计图TBM组装洞结构设计图TBM服务洞结构设计图一、本标段工程概况1.7 TBM段典型断面及支护延米工程量主洞TBM施工段支护延米工程量表2现场进展及TBM生产情况PART二、现场进展及TBM生产情况2.1 现场施工进度截止2019年3月25日，完成5-2号支洞完成开挖支护227.5m，剩余619.28m，

7、计划于2019年7月14日完成支洞部分开挖支护。二、招标文件对TBM的要求项目段施工所用敞开式TBM（编号DZ535）由业主进行代购，委托铁建重工设计制造，目前采购合同已签订完毕。目前TBM正在生产过程中，图纸设计已基本完成，机头架正在铆焊，按照进度计划预计在四月份进入全面生产阶段。DZ535开挖直径为4750mm（新刀）/4720mm（刀具磨损到极限），TBM整机长度295m，其中主机长度为20m，设备桥、喷浆桥长度为30m，后配套长度为245m，整机重量约为1000t。TBM设备生产周期6月（包括部件加工制造、工厂预组装、工厂调试、工厂验收、设备运输等）。2.2 TBM生产进度二、招标文件

8、对TBM的要求2.2 TBM生产进度3TBM适应性分析PART三、TBM适应性分析3.1 地质适应性岩石的单轴抗压强度是影响掘进效率的关键因素之一，一般掘进机最适合掘进抗压强度为30150MPa的硬岩。岩石的硬度和耐磨性越高，刀具消耗和施工成本就越高，造成停机换刀次数增加，影响掘进速度。岩体的结构面发育程度，即岩体的裂隙化程度或岩体的完整程度与掘进效率有很大的关系。抗压强度、硬度、耐磨性相同或相近的岩体，若结构面发育程度不同，掘进机的纯掘进速度的差异明显。根据设计资料显示，本标段主要以类围岩为主，TBM第一段长10453.24m，全部为类围岩，岩石为弱风化凝灰熔岩，饱和抗压强度为28.869.

9、1MPa。TBM第二段长7218.93m，其中类围岩6857.93，占总长度的95%，其余为类围岩361m，占总长度的5%。第二段洞身地层主要为燕山期侵入花岗岩，局部为凝灰岩、凝灰熔岩，肉红色，中粗粒结构，块状构造，主要矿物为长石、石英，其次为角闪石、黑云母。该段洞室埋深26196m，洞身多在弱风化花岗岩中穿过，岩体完整性属于较破碎完整。开敞式掘进机通常用于围岩稳定隧洞的开挖，鉴于本工程地质条件较好，首选开敞式掘进机。三、TBM适应性分析3.2 长距离掘进适应性本工程TBM掘进长度超过17km，要求TBM的配套设备如运输设备、通风设备、水电供应设备达到相应的要求。拟采取的措施是：TBM出渣系统

10、拟采用长距离连续皮带机系统，它具有经济、高效、环保、安全、便于维护等诸多优点，通过在大伙房、西秦岭工程中的成功使用这些优点尽情地表现了出来，也为项目部积累了丰富的长距离运输皮带机使用经验；主洞内进料运输采用有轨运输方式，机车牵引。连续皮带机运输和有轨运输相互配合达到最佳的运输效果，有效缓解长距离掘进所带来的通风、运输等难题。为了缓解长距离掘进所造成的二次衬砌工期压力，配备四台针梁式模板衬砌台车进行施工。三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性刀盘刀具对快速掘进的适用性刀盘面板耐磨板和滚刀刀轱耐磨块1）刀盘耐磨及小刀间距高效破岩为了满足长距离硬岩隧道的掘进，刀盘易磨损区域都进行了针对性的耐磨设

11、计，并且采用80mm刀间距，高效破岩。特点如下：刀盘面板、过渡弧面及后部焊接20mm的SA1750CR复合耐磨板。大圆环外侧焊有镶嵌合金耐磨板；采用19英寸滚刀，88mm刀间距设计，能更高效开挖硬岩地层；刀座结构采用焊接箱型结构，满足长距离掘进硬岩的需求，可快速修复或更换；刀盘连接螺柱双排布置，结构强度高。边滚刀布置数量多，边刀区域破岩效率更强。 刀盘外环焊接镶嵌合金的耐磨板三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性支护设备对快速掘进的适用性1）护盾配置钢筋快速支护系统，实现边掘进边支护为安全、快速通过断层破碎带，TBM护盾上设计了钢筋排支护系统，最大支护角度260。优化钢拱架安装器结构，可实

12、现快速支护（一榀钢拱架安装时间15min）。实现边掘进边支护的功能，保证在软弱破碎带地层正常掘进。 三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性支护设备对快速掘进的适用性2）侧护盾加长设计，减少掘进时两侧落渣量 三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性支护设备对快速掘进的适用性3）配置L1区应急喷混系统TBM配置了L1区应急喷混系统，可通过L2区的混凝土输送泵预留管路至主机区域，能及时进行应急喷混或者塌方填充，最大喷混15m/h。保证TBM撑靴快速通过。并单独配置一台品牌为耿力的混凝土湿喷机，型号为：PZ-7,工作能力为7m/h。L1区应急喷混三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性支护设备

13、对快速掘进的适用性4）配置化配置滑车式L2区喷射系统，对围岩进行初次支护。在L2区配置有喷浆桥式喷混系统，移动行程为6m，能对围岩进行初次喷混支护。三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性支护设备对快速掘进的适用性5）主梁内部设置有清渣机构为实现主梁内皮带机底部区域快速清渣，减少皮带机故障率，提高掘进效率。本工程主梁内配置一套清渣系统，更改为皮带式，此系统可以有效清除主梁内部的积渣，减少由于清渣而造成的停机率。三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性支护设备对快速掘进的适用性6）钢拱架拼装器快速拼装拱架钢拱架拼装器由拼装环（齿圈旋转机构）和撑紧环（撑紧臂）两部分组成。钢拱架拼装环采用液压马

14、达驱动，通过小齿轮带动大齿圈，从而实现整个环旋转；撑紧环通过行走油缸实现沿掘进方向前后行走，通过撑紧油缸实现径向撑紧收缩，可快速对围岩进行封闭支护。三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性拖车结构对快速掘进的适用性针对本台TBM，公司、项目与制造厂家共同确定了原有滑车式设计结构变更为连接桥式结构。减少了滑车拱架所产生的导致拱架垮塌的风险，同时，减少了滑车拱架的工序时间和增大了后配套拖拉的安全系数。对TBM的快速掘进起到一定的作用。变更为连接桥形式的后配套，由于拖拉油缸区域位置限制，同时连接桥总长度在35m（其中悬空长度为31.5m），为保证连接桥前方搭接平台的安全性，拖拉油缸长度仅为300m

15、m。项目建议优化后配套拖车布置方案，将原有设计除尘系统延后，主机室和第一节喷浆拖车提前。目的在于第一，减少喷浆料输送距离，由原来的60米降低至50米。第二，减少除尘风机出风口对主机室的干扰。第三，保证液压泵站和主机室拖车可存放钢轨。三、TBM适应性分析3.3 快速掘进适用性皮带出渣系统对快速掘进的适用性TBM掘进所产生的石渣必须快速运出才能保证快速掘进，本TBM采用连续皮带机出渣方式，将掘进产生的石渣快速、连续不断地输出洞外。拟采用的皮带机输渣能力达800t/h，TBM掘进一个行程1.8m，出渣为31.48m3（实方），岩石重度按设计文件中最大重度2.93t/m3（闪长岩）计算，一个掘进行程出

16、渣重量为92.24t。皮带机厂家由集团招标定为湖南省衡阳运输机械有限公司，目前正在进行设计阶段，预计在3月27日与厂家召开第一次设计联络会。4不良地质段处理PART四、不良地质段处理本标段TBM共穿越1条大的断裂断层带，断层影响带宽度379m（桩号T19+375T19+736），推测为正断层，对围岩的稳定性影响较大。超前地质预报的预测，以确定破碎带边缘、长度、破碎程度以及含水情况等。采用TBM所配备的超前钻机，结合TBM自身配备的注浆设备，对隧道前方断层破碎带的围岩进行超前预注浆加固。钻孔前，为防止掌子面出现围岩坍塌和漏浆，可利用人工在刀盘开挖后喷射一层混凝土。在注浆前，先用水冲洗钻孔，注浆时

17、，为防止串浆和漏注，可先从两侧的钻孔向拱顶对称注浆。注浆参数应根据围岩的工程地质和水文地质（如围岩孔隙率、裂隙率、渗透系数、涌水量、水压等）并结合试验来确定。根据破碎带的不同情况采取不同的处理措施。对于轻微破碎地段，对TBM不会造成影响时，可不进行处理；对于一般的破碎地段，采用先掘进，再处理的办法；对于严重破碎地段，掘进机无法施工时，停止掘进，用TBM所配的钻孔注浆设备进行超前加固，然后打超前钻孔检查，证明可行时再向前掘进并进行处理。掘进前四、不良地质段处理本标段TBM共穿越1条大的断裂断层带，断层影响带宽度379m（桩号T19+375T19+736），推测为正断层，对围岩的稳定性影响较大。合

18、理选用TBM掘进参数。在不同的地质条件下，TBM所需要的推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩等掘进参数是不同的。在TBM通过断层破碎带时，可适当减少TBM的掘进速度、刀盘转速等掘进参数，这样能有效减小对围岩的扰动，从而减小或避免发生塌方。同时，要根据掘进中部分掘进参数的相对变化，了解前方围岩的变化情况（如通过推力大小可推测围岩强度情况，通过刀盘扭矩的大小可推知围岩的完整性情况），从而及时调整TBM的掘进参数或采用其他措施，使TBM快速、安全通过。掘进中加强支护，对于一般破碎地段，采用人工及时喷射混凝土或喷钢纤维混凝土的支护措施；对于严重破碎地段，可采用加密钢拱架、挂设双层钢筋网、钢筋排等支护措施

19、。对于塌腔范围较大的位置采取灌注喷射混凝土（不含速凝剂）的方式进行填充，并注浆确保密实。掘进后四、不良地质段处理突泥涌水（1）由于隧洞涌水多发生在断层破碎带及侵入岩接触带，故在设计提供的地质勘探资料的基础上，采用TSP203、地质雷达、红外探水等物探手段结合超前地质钻探的综合地质预测预报手段探明前方及隧洞周边可能的突水情况。掘进前，打超前钻孔，结合破碎带探孔，探测钻孔出水量、水压，确定涌水点里程。打超前放水孔进行放水，放水过程中时刻观察水压及水量变化，如水压减小，在做好排水系统的条件下，TBM继续掘进。如排水孔水压及水量不减，开挖后造成工作面及侧壁坍塌或排水设施跟不上，采用注浆堵水。（2）掘进

20、中，根据超前地质预报结果，采用超前探水孔验证的方法，判明涌水量、分布情况、补给方式、变化规律，根据具体情况采取不同的措施，根据探水孔涌水量及水压力来决定采用引、排、封堵和排堵结合的方式做到不出现突水和大的涌水。（3）掘进后，对工作面的涌水或注浆后的剩余水量及时排离工作面。对侧壁的漏水采用挡遮、引排措施，保证喷射混凝土质量。喷射混凝土后，由于水压升高有可能使一次支护破坏，则采用引排方法或壁后注浆法封堵。当水压过高，水量过大时，采用围岩注浆，将水填堵在围岩内部。（4）建立突涌水的预警报警系统和应急预案，确保人员和设备的安全对策5施工计划及组织措施PART五、施工计划及组织措施5.1 施工计划考虑冬

21、季运输大件的难度，TBM计划于2019年10月1日进场，12月28日开始在5-2号主洞内组装。五、施工计划及组织措施5.2 施工进度分析项目TBM掘进段总长17577.29m，其中类围岩17216.29m，占比97.9%；类围岩361m，占比2.1%。结合项目整体施工内容倒排工期，除去试掘进段2000m、类段及会车平台等因素，TBM施工类围岩段平均月进尺需要达到1200m，方可满足项目合同工期。参考引松项目施工参数，TBM月进尺最高为1317.8m，平均进尺为690m/月。因此如何保证本项目TBM掘进类围岩段达到平均月进尺1200m是关键。五、施工计划及组织措施5.2 施工进度分析TBM施工类

22、围岩段以弱风化凝灰熔岩及花岗岩为主，施工长度15216.29m（不含试掘进段），其中凝灰熔岩段长度10840.29m，岩石强度28.869.1MPa；花岗岩段4376m，岩石强度推测为4488MPa。根据地层岩性及工序安排，TBM施工类围岩段施工进度指标为1287m/月。五、施工计划及组织措施5.2 施工进度分析通过对计算指标的分析，TBM的掘进速度和设备利用率是影响施工进度的关键。掘进速度的实现需要TBM各项配套设施及施工组织与掘进速度相匹配，涉及喷混系统、运输系统、皮带系统、通风系统、供电系统的配置及相应的工序控制；设备利用率的实现主要靠日常维修保养，确保TBM保持良好的运转状态。五、施工

23、计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM掘进施工运输方案（1）运力需求计算(本次设计按照月掘进1519m设计运输系统)TBM掘进段出渣采用皮带机出渣，其他材料运输均采用有轨编组列车运输。以满足TBM连续掘进为原则，按月最高1519m/月计算运力需求。根据表5-2，TBM掘进一循环为1.8m，理论用时0.52h，三个掘进循环用时为1.56h。编组列车运行速度平均按10.64km/h计算，第一阶段最长运距按11km计，考虑洞外倒车、装料等时间共计半小时，则编组列车运行一个来回需要11210.64+0.5=2.57h；一列编组满足三个循环的掘进所需的材料与喷浆料。则理论需要编组列车数量为：2.571

24、.56=1.65列，取2列。若以TBM最大掘进能力计算，TBM最大掘进速度8cm/min，TBM掘进一循环为1.8m，则理论用时1808=22.5min（0.38h）,TBM换步时间为5分钟（0.08h）则理论需要编组列车数量为：2.573（0.38+0.08）=2.96列，取3列。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM掘进施工运输方案（2）列车编组安排列车编组按三个掘进循环的施工要求配置，按由前到后顺序配置如下：1）材料平板车两辆：主要存放锚杆、钢筋网、轨排、钢架及钢架连接筋等初支材料；平板车为满足TBM运输尺寸要求，同时兼顾运输储风筒，采用下凹式平板。2）喷射混凝土罐车1辆：初期

25、支护按快速掘进的类围岩计算（、类围岩破碎，进度缓慢，喷射混凝土满足需要），喷混凝土工程量为0.72m/m，三循环5.4m共需喷混凝土0.725.4=3.88m，按照30%回弹量计算，则每趟编组运输量为3.881.3=5.05m，采用5.5m容量罐车，配置1辆；3）牵引机车一台：采用25T锂电池电动机车；4）人车一辆：用于工人上下班。人多时加挂一辆，人车以满足人员进出需要配置。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM掘进施工运输方案（3）斜井运输喷浆料采用砼罐车运输到交叉口，将喷浆料转移到轨道式砼罐车运输到TBM喷浆设备附近，其他材料采用平板汽车运输到支洞交叉口，再用有轨式平板车运输到T

26、BM上使用。根据计算，需在掘进5公里时设置道岔以方便列车编组进行交汇，来保证TBM顺利掘进。具体详见第一阶段极限位置运输方案动态分析图。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM通风方案（1）通风边界条件TBM掘进时，施工通风采用压入式通风，分两阶段进行通风布置。根据设计文件，列出通风的边界条件如下：隧洞开挖面积：17.49空气密度：1.2kg/m隧洞回风风速： 0.5m/s隧洞最大通风距离：11690mTBM设备二次风机需求的最小风量：522m/minTBM设备二次风机需求的最小风压：100Pa五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM通风方案（2）通风方案通风阻力因选择的风管直

27、径和风机型号以及送风距离的不同会有很大差距，针对#5-2支洞及控制主洞钻爆段的实际情况，结合风机特性曲线和送风长度对通风阻力进行模拟计算，同时也对风机和风管进行选型匹配。风管阻力曲线计算公式如下：式中：风管沿程阻力，Pa；摩阻系数，0.02；空气密度，kg/m；风管直径，m；风管平均百米漏风率，0.015；管路长度，m；风机工作点风量，m/s。通过与备选风机性能曲线匹配得出如下结果：TBM段施工通风选择475kW风机与1.5m风管匹配可满足通风要求。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM通风方案（3）通风布置隧洞独头掘进长，通风难度较大，根据总体施工方案安排，将隧洞施工期间通风分为两

28、个阶段。第一阶段施工通风第一阶段：施工通风采用压入式通风，通风机安放在5-2号支洞口，通过风管将新鲜风压入作业面，TBM施工段可根据通风质量利用TBM后配套上的接力风机向掌子面供风。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM通风方案第二阶段施工通风第二阶段：通风机安放在安放在5-1号处支洞口，通过风管将新鲜风压入作业面。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM排水方案（1）总体排水方案分别在5-2号支洞底、5-1号支洞底设置三级水仓（经充分沉淀，减少污水处理加药量），TBM-1、TBM-2掘进段均采用顺坡自流排水，TBM-1、TBM-2段分别自流至5-2号支洞、5-1号支洞底水仓

29、，由支洞底泵站一泵到顶，抽排至洞外污水处理系统，经处理达标后回用或洒水降尘。五、施工计划及组织措施5.3 施工组织方案TBM排水方案（2）TBM第一掘进段排水方案1）排水量及水泵排水能力计算根据设计提供的水文地质资料，主洞正常涌水量3.4746.66L/minl0m，TBM长度295m，涌水出露TBM后配套具备作业空间后即进行堵水注浆，涌水段出露长度按照500m计算，即500m*46.66（L/minl0m）/1000*14403500m/d，按照3500m/d的2倍即7000m/d配置应急排水系统。正常施工排水按照1500m/d，TBM冷却水等施工用水按照500m/d。水泵抽水能力=涌水+正常排水+施工用水=9000m/d。2）排水管路及管径选择考虑工作1趟正常排水管路和2趟应急排水管路，共布置3趟管路，工作和备用管路的总抽水能力保证20h排出24h的隧洞涌水量及施工用水量，按照经济流速1.72.5m/s计算，排水管路管径为DN200m