西安安康铁路秦岭特长隧道TBM施工

二00二年五月西安安康铁路秦岭特长隧道（修改稿）中国铁路工程总公司西康铁路指挥部中铁隧道局西康铁路指挥部编写委员会李典璜、郝光隆、李际中、刘春、肖万弘、王梦恕、方维鹏、郭大焕、崔原、王福柱、邹振甫、刘军、李才儒、魏忠良、张滋成、陈健编写人员土木：邹振甫、张滋成、彭良增、郭卫社、李友强、卢建伟、谭忠盛、卢智强、孙谋、王培琳、徐军哲、胡新朋、付卫新、胡斌、刘占平、蔡振宇机械；魏忠良、刘军、何其平、沈熙智、谭顺浑、吕建乐、周俊、赵全民、刘占山、曾保、刘瑞庆、何於莲、梁奎生、朱六兵、王守刚、张新伟、董天鸿、王镇春第四章进口工区TBM施工 第一节施工准备 一、洞外场地布置 (一)布置原则与要求 (二)洞外场地布置 二、仰拱块预制厂的建设 ㈠预制工厂是TBM施工的重要组成部分 ㈡仰拱预制块的设计见图3《仰拱预制块的设计》 ㈢对仰拱预制块生产的要求 ㈣仰拱预制块生产工艺（方案）的确定 ㈤仰拱预制厂厂房建设、配套设施及其布置 三、临时电力的设计与施工 ㈠TBM专线的设计与施工 ㈡洞外辅助设备的供电 四、翻碴台的设计与施工 ㈠翻碴机简介 ㈡翻碴台的设计 ㈢翻碴台的施工 ㈣翻碴台的优化改进和建议 五、TBM的进场运输 ㈠进场运输介绍 ㈡TBM进场设备的运输组织工作 ㈢TBM进场设备运输安全事项 六、TBM部（构）件的停放和组装场地布置 ㈡TBM部（构）件的停放场地布置 ㈢组装场布置技术要求 22七、TBM的组装和调试 23㈠TBM组装工作特点 23㈡组装前的准备工作 23㈢组装工作的工艺流程 25㈣TBM组装期间的劳动力组织 ㈤TBM的检测调试工作分析 八、TBM施工预备洞和出发洞的施工 ㈠设置预备洞和出发洞的原因 ㈡预备洞和出发洞概况 ㈢预备洞和出发洞的开挖支护 九、TBM组装用的大型吊装、运送设备的配备 ㈠Q（75+75+15）t×20m—A型双梁门吊 ㈡汽车吊的配备 ㈢二次倒运设备的配备 十、TBM的步进 第二节TBM掘进 一、施工组织的编制 ㈠TBM施工特点 ㈡掘进机施工组织特点 ㈢秦岭隧道施工组织概况 二、TBM控制室的操作要点和经验 ㈠主控室简介 ㈡上机前操作要点 ㈢掘进时的操作要点 ㈣停机时的操作要点 ㈤紧急情况下的操作要点 ㈥TBM操作的几点建议 三、TBM在各类围岩中掘进参数的选择要点和经验 四、地质不良地段的处理 43㈠TB880E为开敞式机型 43㈡秦岭隧道不良地质及其特点 44㈢不良地质的处理 44五、仰拱块的预制、安装和底部处理 45㈠仰拱预制块的试生产 45㈡仰拱块制作及加热养护工艺流程总框图 45㈢施工工艺特点 45㈣工艺操作要点及关键技术 46㈤主要配合比 46㈥主要温度曲线和热工制度 47㈧仰拱块下面回填压力及注浆，仰拱块回填密实度检查 47㈨机具设备及劳动力组织 47㈩质量控制 49(十一)安全措施 六、TBM的换步操作和掘进偏差调整 ㈠测量系统 ㈡ZED—260系统简介 ㈢系统导向原理及TBM操作人员调向原理 ㈣掘进偏差控制 ㈤TBM掘进中换步要点 七、TBM施工的排水 ㈡TBM施工排水系统 ㈢施工排水 ㈣出水、涌水段的排水 ㈤污水处理 ㈥施工经验 八、TBM掘进的其它作业要点和经验 ㈠、设定掘进参数的变化和调整 ㈡、初期支护注变化和调整 ㈢、采用相应的辅助措施 ㈣、通过油水分析，判断故障及确定处理方案 九、通风、除尘和其它配套辅助设备的应用 ㈠通风系统 ㈡除尘系统 ㈢锚杆钻机、钢拱架安装系统 ㈣喷浆系统 ㈦备用发电机 十、TBM施工隧道的供、用电管理 ㈠在供电设备的施工中有专人负责 ㈡加强对供电系统的日常维护，定期检查和预防性试验 ㈢对职工的用电安全教育 十一、TBM在掘进中出现的问题及其处理要点和经验 ㈠TBM掘进中出现的问题 ㈡处理的要点及经验 十二、TBM施工进度（月进度）及其对比分析 ㈠秦岭Ⅰ线隧道北口地质概况 ㈡不同围岩段TBM工作时间统计及掘进速度计算 ㈢不同围岩段TBM施工进度对比分析 ㈣进口工区TBM掘进施工情况汇总表 第三节TBM掘进地段的支护 一、喷、锚、网和闭合钢架支护的施工 ㈠TBM施工初期支护模式的选定 ㈡喷射混凝施施工 ㈢锚杆和挂网施工 ㈣闭合钢架施工 二、地质不良造成围岩坍塌、掉块地段的支护 ㈠TBM施工不良地质的特点 ㈡围岩坍塌、掉块的特点 ㈢支护措施 第四节TBM的出碴、进料运输 一、皮带运输机、翻碴机的安装和调试 ㈠皮带输送机在TBM施工中的作用 ㈡皮带动输送机的工作原理及特点 ㈢TBM皮带机的结构特点及安装工艺 ㈣皮带机皮带的硫化工艺 ㈤皮带机的调试 二、运输轨道铺设、道岔设置、牵引机车和车辆等设备的配置 ㈠洞内轨线布置 ㈡洞外轨线及道岔布置 ㈢轨线铺设标准 ㈣运输设备的配置概况 ㈤机车车辆配置的合理性分析 ㈥TBM掘进中出碴运输车辆的编组 三、主要的运输安全措施和制度 ㈠TBM施工运输系统及特点： ㈡TBM施工运输安全制度和措施： 第五节TBM的检查、保养与维修 一、TBM主机的检查、保养与维修 ㈠油脂分析和机况监测及方法 ㈡维修工作标准化的作业要点 二、TBM后配套设备的检查、保养与维修 ㈠后配套的设备分类 ㈡后配套各类设备的功能特点 ㈢TBM后配套设备的维修、保养特点 ㈣后配套设备的维保内容 ㈤维保制度、方式、方法 三、刀具的检查、更换、维修和保养要点 ㈠运输设备的日常检查 ㈡运输设备的保养、维修 第六节洞内外主要技术工作的配合和物资供应 一、TBM技术室的工作要点和制度 ㈠土木技术室的工作要点和制度 ㈡机电室的工作要点和制度 二、备品、备件的管理和保障供给措施 ㈠施工材料的管理和保障供给措施 ㈡TBM的备件管理和保障供给措施 第七节TBM的拆卸 一、拆卸洞的施工 ㈠设置拆卸洞的目的 ㈡拆卸洞的开挖 ㈢拆卸洞的支护与托梁施工 二、TBM拆卸过程中的技术鉴定、保养以及技术档案工作 ㈠液压系统 ㈢机械部分 三、TBM拆卸洞中的吊装、运输设备的配备 ㈠TBM拆卸洞中的吊装设备要求与选型 ㈡吊装设备的洞内安装要点与安全注意事项 ㈢运输设备的选用 第八节圆形隧道衬砌施工技术 一、台车研制 ㈠穿行原理 ㈡工作原理 ㈢施工工艺 二、施工作业要点 ㈠穿行式模板台车衬砌关键技术 ㈡喷钢钎维混凝土衬砌 三、衬砌施工组织与效率分析 ㈠施工组织 ㈡效益分析 ㈢施工进度分析 第九节施工统计数据 一、刀具的消耗统计与分析 ㈠刀具消耗量统计 ㈡刀具消耗分析 二、劳、材、水电等主要消耗指标的统计与分析 三、采用TBM与钻爆法在劳、材消耗指标的统计与分析 ㈠统计与比较（见表35）单位：延长米 四、采用TBM施工隧道的降造措施 ㈠降造措施 ㈡严格控制工程成本 第四章进口工区TBM施工第一节施工准备一、洞外场地布置(一)布置原则与要求TBM是一多环节紧密联系的联合作业系统，它包括破岩、装碴、转运机构、调车机构以及部分辅助措施。为满足庞大系统的组装和初始运行条件，需要有较大的场地。TBM部件较重且体积庞大，运输吊装也需要较宽阔的场地。与TBM相配套的临时设施也必须满足不同时期TBM施工的要求。对于秦岭Ⅰ线隧道进口洞外场地布置，我们着重考虑了以下几点：1.设计能力满足TBM最高效率要求。2.TBM施工进度指标：最高日进尺45m，平均月进尺350m。3.临时设施兼顾掘进与衬砌要求,考虑不同工点重复使用需要，形成系列、标准化。4.考虑永临结合，减少废弃。5.确保为TBM施工提供全天候服务。6.临时设施具备足够的防灾能力。7.充分利用地形条件，尽量少占耕地，保护土地资源。8.充分考虑环境保护。(二)洞外场地布置秦岭隧道Ⅰ线进口洞外临时设施根据TBM施工的特点和要求，设施布置以运输轨道为主线，根据出碴列车编组顺序和运输方式，相应将TBM洞外临时设施沿运输线路条形布置。设施设置满足TBM施工（出碴、进料、维修）需要，达到各工序协调动作，合理有序，保证了TBM连续施工、快速掘进。见图1《洞外场地布置》1.仰拱块预制厂：仰拱块预制厂设在青岔车站DK63+797～DK63+857，面积1440m2。预制厂内设2条生产线，一条室内存放线和一个钢结构加工车间。2.仰拱块存放场：仰拱块存放场设在青岔车站DK63+870～DK63+940，场地面积1680m2(70m×24m)，存放能力500块。为便于装车，场地内安装一台起吊能力16t，跨度24m，起吊高度约10m的3.翻碴台：翻碴台设于石砭峪特大桥安康端台后约140m处，里程DK63+619～DK63+635，翻车机下方设一存碴场。设计存碴600m3。存碴由侧卸式装载机装入20t自卸汽车运往弃碴场。4.轨道运输线路布置：运输轨道基本与线路中线平行布置。洞外运输轨道单线总长3.0km。轨道从洞口至翻碴台铺设双线，在仰拱存放场、混凝土工厂处增设材料装车线及调车线，并使轨道通往修理车间。5.TBM拼装场：TBM主机及后配套拼装场利用Ⅰ线洞口平坦场地，场地20m×110m。其中洞口75m长作为主机拼装场地用混凝土硬化30cm，场内安装一台75t×2+15t、跨度为20m的门吊，作为拼装石污安康砭水处峪理厂河物资库房TBM构件运输集装箱（空）存放处青岔村二组石污安康砭水处峪理厂河物资库房TBM构件运输集装箱（空）存放处青岔村二组 图1洞外场地布置图之用。在线路左侧桥头附近预留50t汽车吊位置配合门吊拼装。临时停放场设于Ⅰ线生产区场地下游，场地平整、排水良好。6.生活临时房屋：施工最高峰人数450人，生活服务设施4000m2。房屋全部为砖混结构。7.施工供水、供电：洞内TBM与洞外生产区供水分开供应，自成系统；施工电源引自青岔35KV/10KV变电所，共三个回路。分别供洞内TBM及洞外生产、生活用电，同时建一座256KW×2备用电站。8.便道、便桥：为保证施工期间道路畅通，对原有3.5km弃碴道路进行拓宽改造。并从翻喳台至弃碴间改造成混凝土路面。因正洞施工采用有轨系统：需经Ⅰ线石砭峪中桥和青岔隧道进入青岔车站到达TBM翻碴台，所以必须利用石砭峪中桥的两墩、两台，组装万能杆件支墩、梁部采用装配式公路钢梁，桥面系铺43kg/m、900mm轨距的双线运输轨道，桥面宽5.0m，设单侧人行道，构成TBM施工的出碴、进料有轨系统。公路便道系统：是由弃碴道理路与洞口边通，经石砭峪公路桥跨河后，增修20m长的小南沟便侨和进入TBM集装箱存放场的便道，形成公路运输、组装配件供应系统。9.弃碴场设于距洞口3.5km的黄土梁，设计容碴量60万m3。⒑洞外石砭峪中桥安康端桥台后设TBM工具库及修理间。⒒卫生设施及环境保护：生产污水引至污水处理厂经净化后排入石砭峪河中，生产、生活垃圾远运到弃碴场埋入地下。二、仰拱块预制厂的建设的钢结构厂房，厂房内布置有共17套固定模具组成的两条生产线，一条室内存放线，一个钢结构加工车间以及混凝土运输轨线、吊装、养生、脱模等设施；厂房外有热源、拌合站、室外存放场等配套设施。该预制工厂设计生产能力为每天17块，满足TBM施工掘进计划的要求。㈠预制工厂是TBM施工的重要组成部分采用掘进机施工的特点之一是作业的工厂化。一般在开挖后，随即安装预制的钢筋砼管片，全断面的衬砌即告完成。将隧道衬砌提前进行工厂化预制生产，使工序简化，施工干扰大大减少，进度加快。衬砌预制块（管片）制作及安装是掘进机开挖的重要后配套技术。洞内TBM掘进，洞外预制块生产，都同等重要。秦岭I线隧道衬砌按复合式衬砌结构设计。采用TB880E敞开式掘进机掘进后，只作底部衬砌预制块安装（《隧道横断面设计图2》在全隧开挖全部完成后，要拆除TBM，再完成全圆衬砌。随着TBM每一循环的掘进，仰拱预制块与底部回填作业同步完成，成为衬砌结构的一部分，也是整体道床的基础部分。仰拱预制块在TBM施工中则是为了便于快速铺设满足TBM施工运输要求的施工轨道，起支承轨线（4轨两线）的作用；同时，仰拱的快速铺设，对掘进成形后的围岩稳定，也起很大作用。0044=R50mm图2隧道横断面与仰拱块㈡仰拱预制块的设计见图3《仰拱预制块的设计》秦岭Ⅰ线隧道仰拱预制块设计为钢筋混凝土结构，其混凝土标号为C40，每块用量为4.42m3(用于架设钢支撑地段的仰拱块每块4.31m3因仰拱块留有弧形槽，确保在不良岩层地段架设的钢支撑能形TBM掘进每循环进尺1.8m，仰拱预制块的长度为1.8m；横截面尺寸圆心角55°06′20″，弦长3.6m，弧长4.232m，顶面至仰拱底厚0.9m，预制块上设有承轨槽和螺栓预钢轨，轨距为900mm的双股道。中心水沟和预留泄水孔便于施工排水。设有顶部吊杆和底部吊杆，以便预制、翻转、安装时吊运。㈢对仰拱预制块生产的要求1.进度要求：根据TBM掘进计划每月500m并考虑仰拱预制块存放待用数量，施工高峰期每天需2.生产工艺要求：要有一套完善的生产工艺。3.施工组织要求：根据生产工艺而进行组织的生产设施、劳动力、材料等。4.质量要求：保证高精度、高质量生产的控制系统，组织系统和管理控制措施。其中生产工艺的确定为关键。根据生产工艺确定生产规模，确定预制厂的配套设施及其布置，以及厂房布置等。一套好的生产工艺，既要满足生产需要，满足高精度、高质量的要求，又要充分考虑到混凝土的发展机理，力求达到高效、低耗、操作简单、配套合理。㈣仰拱预制块生产工艺（方案）的确定 1、工艺选择：为选择仰拱预制块生产工艺，查阅了国内外同类型施工的有关资料，进行了有关现场考察。快速养生为常用方法，其施工工艺按生产模具移动与否分为可移式和固定式两种，因热源的不同又可分为蒸汽式、蒸汽暖式、水暖式、太阳能式等多种。(1)移动式的工艺流程为：准备模具→钢骨架就位→移动模板到固定灌注点灌注混凝土→移开灌注点静置→移入养护室→预养→升温→恒温→降温→出窑→起吊脱模(模具清理后进入下一个循环)→修整→存放待用。移动式的特点：整个生产线中模具可移动，混凝土灌注点固定，有固定的养生窑。所需设备，除养生窑外，还需热源、供热系统、模具移动动力、平台、生产线和养护线及联络设备、控温显示设备。(2)固定式的生产工艺流程为：准备模具→钢骨架就位→移动灌注平台（或吊车到待灌模具点）→灌注混凝土→静置→加养生罩→升温→恒温→降温→取罩→起吊脱模(模具清理后进入下一个循环)→修整→存放待用。固定式的特点是：模具固定，灌注点移动。需要设施：养生罩、热源、供热系统、可移动灌注平台、散热片、蒸汽喷咀或电阻丝之类以及温度显示系统。(3)两者比较：前者模具可移动，生产量大，但投入相对高；而后者模具固定，生产量小，投入也少。从管片预制厂生工艺上看：我国“引大入秦”和“引黄入晋”（同为意大利CMC公司）TBM施项目的预制工厂都采用移动式，两条作业线同时进行，其中一条灌注混凝土，另一条修窑养护，养护温度80℃,从入窑到出窑约需7h。该两项工程的衬砌全部由管片安装，管片用量大。英法海峡隧道法国端采用移动式，养护采用电热式，温度30℃左右，瑞士费尔艾那隧道采用固定式，并采用散热片加热养护。国内外各工地所用管片单件轻、厚度小、用量大且为全园拼装式的特点不同，秦岭隧道的只做仰拱预制块，而且块大、重、厚实，每个横断面上仅一块管片，而且是采用进口的附带装运仰拱块拖车和同步养生罩的模具。根据上述秦岭隧道仰拱预制的特点，选择固定式养生法工艺。为避免温度太高影响后期强度发展，养护温度采用稍高于常温的40℃,其优点是：温度易达到要求，投入少。2.试验确认工艺：为了确认所选择的工艺，进行了模拟试验的主要目的是验证在其它情况基本不变时，温度40℃是否可以使混凝土达到一定的要求。为此，做了以下方面的工作。⑴选地材：无特殊要求。采用工地附近的砂、碎石、普通525R型水泥。⑵外加剂：根据以往使用的外加剂的经验，选出较好的几种，进行室内混凝土试验加以比较，最终确定了质优、价廉的几种早强减水剂。⑶确定配合比试验：按常规方法进行反复试验，主要考虑以个两项内容：①混凝土参数坍落度的确定：从满足施工方便和混凝土强度发展的要求，坍落度先暂定为30mm进行试验，室内操作基本上没问题。②混凝土模拟养生强度发展的试验：先试验30℃、35℃、40℃、45℃等几种温度下的混凝土强度发展情况，最后直接测定40℃恒温定时的强度发展。利用烘干箱，做好的试件不脱模，直接在顶上加罩养护（恒温、保温）测定一天的强度情况。模拟试验的结果为：混凝土经过20h（40℃)的养护，所有试件强度都都达到设计强度的60%以上。因仰拱块本身的设计标号较高，所以可以达到脱模的要求（设计强度的50%以上另外构件的强度发展在同等条件下比试件要快。模拟试验结果证明，方法基本可行。㈤仰拱预制厂厂房建设、配套设施及其布置1.组建预制厂厂房:根据生产工艺及配套生产设施，确定生产规模，自行设计、组建了一座长60m×宽24m×高13.2m的钢结构厂房。厂房墙体为下部砖砌、上部平板石棉瓦、屋架由型钢拼装、屋面盖石棉瓦。2.热源：按养生温度要求，配置两台0.9t/h蒸汽锅炉。3.加热方式：采用赤片式散热片及蒸汽喷头，以达到保温、保湿的目的（供热暖气片与蒸汽喷嘴型式图4、供热系统与模具相对位置图5）主管路主管路图4供热暖汽片与蒸汽喷嘴型式暖气片蒸汽喷嘴图5供热系统与模具相对位置(示意)4.自动计量拌合站:由于该工艺生产要求高，秦岭隧道为重点工程，相应各配套设施也应趋于系统化和标准化，因此购置并改进了一套自动计量设备，以保证所有圬工的质量。5.室内存放养生线:厂房内温度相对厂房外高（特别是在冬季）在室内设置存放线以保证强度的发展。6.室外存放场:室外设存放场以满足一定的预制块储存量，保证生产高峰期供给的连续性，另外也是养生的场所。7.翻转台，由仰拱块固定装置和齿轮翻转装置组成。将预制块翻转后，再进入室外存放。8.桁吊及门吊设置:厂房内设桁吊用于起吊脱模，提升钢骨架，灌注混凝土，预制块存放吊运，室外存放场设门吊吊运预制块。门吊、主桁用贝雷片拼装。9.温度显示设备:温度显示设备可随时显示养生温度，以便及时调整，保证过程控制，并积累资料，完善养生工艺。10.其它辅助设施：如钢筋的截弯设备及钢骨架加工用台模等。由于仰拱块钢筋密度大，分层多，间距小，所以把钢骨架分成许多单元，每单元一个台模，然后组装，从而保证加工质量。11.仰拱预制厂建设包括制定操作工艺流程和基本施工规程：仰拱预制厂布置见图6《仰拱预制厂平面位置示意图》。段面示意图图6仰拱预制厂平面位置示意图三、临时电力的设计与施工秦岭I线隧道施工所需的临时电力由青岔35/10KV变电所提供，变电所内装有两台容量各为5000KVA的变压器，两台变压器并联运行，变压器二次侧10KV经高压配电后分为三路馈出，其中之一为TBM专线，另外两路进入洞口开闭所经分配后供给洞外的其它辅助设备。因此，TBM配套电力的设计与施工可以分为两个部分：㈠TBM专线的设计与施工青岔35/10KV变电所馈出后，为了方便停送电和TBM技术上的要求，决定在洞口开闭所内装置一面高压开关柜。根据WIRTH公司的要求：TBM高压开关柜具备过流，速断，接地保护，电缆接头脱开或电缆拉断自动停电功能。经过各方的讨论，决定采用上海第一开关柜厂的移开式高压开关柜JYN2—10—03Z，在原来设计基础上增加WIRTH提供的监测器IG200R，利用10KV电缆中的软铜皮和钢铠 将TBM和监测器IG200R，以达到电缆接头脱开呈电缆拉断自动停是功能。另外采用零序电流互感器监测零序电流进行接地保护。增加部分的电路设计见图7《电路设计图》。1313 放大器 230V50HZIC200R10KV洞口10KV 芯线软铜带 钢铠U洞内图7电路设计图该电路的工作原理如下：高压电缆变压器侧在UL和SL之间有一个二极管和一个阻值较大的电阻，高压电缆开关柜侧UL和SL接到监测器IG220R相应端子上，整个UL和SL组成一个回路。该回路在平时呈现现一定的阻值，当阻值增大到无穷时，装在开关柜里面的监测IG200R便会动作，使继电器K2得电，触点闭合，31和34导通，从而使跳闸线圈得电，断路器跳闸，实现了电缆拉断和接头脱开自动停电以及洞内远程紧急停电的功能。当高压侧有接地发生时，零序电流互感器产生零序电流经过放大器的放大后，使触点闭合，跳闸线圈得电，断路器跳开，完成了接地保护的功能。高压开关柜经过现场调试成功后投入使用，将10KV高压供给TBM上的两台容量各2700KVA的变压器，保证了TBM的安全可靠供电。㈡洞外辅助设备的供电青岔35/10KV变电所另外两路馈出通过电缆进入洞内的开闭所，一路作为备用另外一路进入高压配电系统。此外还有一路是自备的发电机供电。在发电机房装有两台容量各为256KW并联运行的发电机，当网电停电时，发电机开始工作，经过升压变压器将400V变为10KV的高压，经过核向后将10KV送至整个高压配电系统，以保证网电停电后洞内的通风和照明，以及其它用电等级比较高的设备的供电。高压配电系统经分配后分为四路馈出，以解决洞外辅助设备比较分散的问题。见图8《高压配电系统电路图》进线Ⅱ进线Ⅰ进线Ⅱ SL-630 SL-630SL-630SL-250洞口预制厂洞口存放场洞口预制厂洞口区区图8高压配电系统电路图机洞口两台变压器距离开闭所较近，所以采用电缆供电至洞口的变压器，预制厂和存放场采用电缆馈出后架空至变压器。低压部分采用低压配电屏进行就地配电，以适应用电设备分散的状况。整个供电系统完成后，对高压开关柜进行耐压试验，以及二次回路的动作灵敏度试验，然后根据各回路的负荷确定继电保护值，使高压开关柜真正起到继电保护的功能。此外还对高压电缆进行耐压和泄漏试验，符合技术要求后投入使用。变压器和跌落熔断器以及低压部分的安装和走线严格根据电力安装规范施工。经过各方面的检查验收后，整个洞外供电系统投入使用，为顺利完成施工任务提供了有力的保障。结束语：TBM是我国首次使用的大型隧道掘进机，笔者对其配套电力的设计与施工尚属首次，虽然整个供电系统在秦岭I线隧道近两年的施工中安全有效的为TBM提供了电力供应，但是其中还有一些不够完善的地方，还有待于在今后更多的TBM施工中，不断完善，提高其安全性，可靠性，优质高效地为TBM做好电力供应。四、翻碴台的设计与施工㈠翻碴机简介秦岭隧道翻车机为ROTARYⅡ型翻车机，它是由一个滚筒、一个动力站和5个外部控制站组成。滚筒直接和两个滚筒支架相连接，滚筒支架和翻碴台基础通过40个地锚螺栓栓接在一起，使滚筒、支座、基础形成稳定的整体结构。滚筒为梁式结构，它允许装满岩碴的两节20m3碴车同时翻转，且倾卸时不必脱钩，为了支承滚筒转动，每个滚筒支架由四个带滚子的双支承座支承，转动驱动由两个液压动力驱动装置组成，并通过滚链传递扭矩。翻转时，碴车由六个夹臂固定，当夹臂闭合时，碴车能在滚筒内沿轴向移动。运碴系统由一台机车和最多10节碴车组成。碴车首先由机车定位，误差±0.5m，精确位置由安装在滚筒上的定位机构确定，并由起动器自动控制。翻车机总重量约60t，最大载重量为103t，滚筒长14.6m，直径约5m。㈡翻碴台的设计1.选址：翻碴台的位置选择应考虑到以下因素：地质情况、地形情况、出碴运输系统的轨线布置情况以及岩碴二次倒运的统筹安排等方面。后两种因素为主要因素，前两种能兼顾更好。根据运输线路的布置及距出碴便道的距离，将翻碴台的位置定于DK63+611.5～DK63+642.5，全长31m，距隧道洞口700m，基本位于线路终点，不影响其它运输组织。该段位于石砭峪河西岸斜坡上，涉及地层为中元古界黑云母片岩，颗粒较细，片理发育，节理较发育，岩体经节理切割呈大块状，风化轻微~颇重，Ⅳ级石，抗压强度约0.8MPa。此地段情况可以满足出碴运输线路地基承载力的要求。2.结构设计：翻碴台基本是由倾卸坑、滚筒基坑、滚筒支座基础等组成。⑴倾卸坑的形状可根据现场实际条件做适当的设计，一般是做成坑状形式。因秦岭隧道进口倾卸坑的位置位于斜坡段，考虑到若做倾卸坑的话，需挖出至设计路肩深为27m的大坑，挖方至少为8000m3，且翻车机基础距坑底太高，不利于基础稳定，故改为斜坡形式。坡脚设1:0.25坡度的浆砌⑵滚筒基坑断面为倒梯形结构，上宽下窄，上口宽约19m，下底宽约18m，高约3m，深距筒中线约8m，距护墙面约12m。滚筒基坑的尺寸基本上可把滚筒及护栏通道等附属结构全部包在里面。滚筒支架基础的受力要求很高，每侧承受压力要大于1600KN，水平剪切力须大于120KN，设计考虑采用M24地锚螺栓40个，两侧各20个，锚固深度为混凝土面下约1m。⑶倾卸坑设置成斜坡形式，相应的工程措施有：浆砌片石挡墙。②墙面布设土钉，方向垂直于墙面，长4.0m，沿水平与垂直方向间距均为1.5m布置，土钉孔径48mm。土钉选用Φ20A3钢筋，用300号膨胀水泥砂浆锚固。③重力式路堑挡墙宽2.0m，高5.5m，基础埋于装碴场地面下不少于1.0m。④为便于倒碴及岩碴集中，护墙中间设相当于滚筒长度（14m宽）的坡面为1:1.25的溜碴槽，亦为150号混凝土实体浇筑，土钉设计不变。勻翻碴台的施工1.先进行断面测量，按设计坡度刷坡，再进行挡墙和护墙的施工，最后进行滚筒基坑和支架基础的施工。⑴、因距居民区较近，刷坡爆破时采用小炮松动爆破，并做好防护，确保施工安全。⑵、因翻车机安装精度要求很高，因此务必确保支架基础预埋螺栓的间距以及尺寸精度。3.翻车机的安装和调试：⑴、复测预埋孔及基础标高，处出翻车机安装中线，同时清理预埋孔。⑵、利用吊车精确安放翻车机滚筒支架座板，并锚固、支垫密实、牢靠。⑶、通过吊车将滚筒支架吊装并和支架基础螺栓联接起来。⑷、利用2台吊车安装翻车机滚筒，并安装与滚筒支架联接部件。⑸、将钢轨与翻车机相联接，同时进行通道的安装。⑹、设置动力站和电源装置，安装5个外部控制站。⑺、翻车机的调试、运行。㈣翻碴台的优化改进和建议TBM掘进后，根据围岩情况采取相应的复合衬砌，这需要预先准备二次衬砌的大堆料。如果能充分利用岩碴做为二次衬砌粗、细骨料加工的原材料，这将减少岩碴二次倒运，节省大堆料的购买、运输等费用，可带来可观的经济效益。故可以这样考虑，在翻碴台附近建碎石厂及大堆料存放场，利用岩碴进行骨料加工及细骨料磨制，剩余的不能利用的部分岩碴再进行二次倒运。当然，这样做须充分考虑各方面的因素：相应设备的购置，岩碴的类型及可回收程度、工地与大堆料产地的距离及相应的费用对比分析等，同时也考虑施工的方便及环保方面的问题，需综合考虑。因受地形限制，翻碴台存碴场设计为斜坡面，使存碴量大降低，且因石质硬，TBM掘进弃碴粉尘量大，斜坡面溜碴不畅，因此若条件允许，翻碴台原设计的倾卸坑方案较优。五、TBM的进场运输TBM是台大型隧道施工设备，结构复杂，其（组装后）的总重量达3000t，总长度253m，TBM整体结构可分为TBM主机、TBM辅助设备、后配套、后配套辅助设备四大部分。我们引进的TBM直径为8.8m，属于直径较大的TBM，考虑到我国国内铁路运输与公路运输的通过能力，我们采用了由德国向我国发送时到达口岸一个是上海港，一个是连云港。㈠进场运输介绍TBM是由德国WIRTH公司生产的，但后配套设备及后配套辅助设备中的一部分是由铁道部宝鸡工程机械厂生产的，因此，这部分设备加工制造完毕后，由宝鸡工程机械用汽车直接运往我施工现场。计有7号～18号平台车（含上部构件）12节，20m3出碴矿车26台，其余设备/构件由德国运往我国内港口，凡是能通过铁路运输的，货物到港后就由上海/连云港转换成铁路运抵西安，再改由汽车运达施工现场。凡铁路运输属超限—即超高、超宽、超重、超长的货物到连云港后改由公路运输直达施工现场。为了搞好TBM的大件运输，满足我国铁路、公路运输条件，在TBM购货合同签订之初，部相关单位组成的TBM设计联络小组针对TBM构件的外形尺寸与重量曾多次与WIRTH公司磋商，改变设计，以利于大件运输。如设备桥原设计为总长26m的钢桁架结构，后更改为由三段组合而成，最长的一段仅为10.3m，这大大方便了运输通过能力，最后确定11件到达连云港后改由汽车直接运抵施工现场见表1《江苏省连云港直接运抵工地大件表》）其它设备/部件分别由上海港或连云港转为铁路运输，到西安车站，再转由汽车运输到施工现场。（货物清单见《运输数量清单表2》）江苏省连云港直接运抵工地的大件表表1序号大件名称数量尺寸（长×宽×高mm）重量（t）122主轴承箱13备用主轴承14前内凯15后内凯16外凯（下）27外凯（上）28刀盘护盾1㈡TBM进场设备的运输组织工作为了搞好TBM进场设备的运输，使到货设备万无一失，安全到达目的地。1997年初铁道部西康铁路总指挥部成立了TBM运输协调小组，负责/协调TBM整个运输工作。并多次召集会议，阶段性的布置工作。同时将到港/中转、转运、报关等工作委托铁道部物资总公司承办，事实证明这一举措大大方便了施工现场，减少了中转环节，是成功的经验。隧道局集团西康铁路指挥部也指定专人负责此项工作，并在部西康总指协调组的指导与帮助下开展此项工作。期间参与了大件运输（前期）投标书（草稿）的拟定，大件运输合同的签订，指派专人赴上海、连云港与外方和部相关单位/部门的货物商检等等工作。所有这些都是为了确保TBM完好无损，安全运抵施工现场。根据部西康总指的TBM的大件运输招标书的内容和参与投标单位的综合实力，企业的信誉、资质和对招标书的响应程度等，最后TBM大件运输确定由北京大件运输公司为中标单位，承担TBM大件由运输数量清单表40英尺箱20英尺箱裸装木箱81981942611278855448844222261722411113475*6*2351451341154911242211331199合计14227说明：带“*”者为由连云港直接运抵工地的大件。连云港至施工现场的汽车运输任务。TBM大件自1997年8月17日由连云港启运至1997年9月1日下午2点安全、运抵施工现场。在整个运输过程中，承运单位做到了安全、优质、承运设备完好无损。TBM运输自连云港启运后每天与施工现场保持密切的联系，运输车队抵达西安后，工地即派员和车辆前去接应，进入14KM施工便道后，工地摄像组对其运输过程进行跟踪录像。为了认真做好TBM的接收工作，工地组成了TBM商检小组，负责对到达工地的TBM设备，备件、配件等进行商检工作，工地商检小组成员配合外方工地代表，商检局人员共同认真负责地逐一开箱检查，并将商检中发现的问题，如短缺、损坏，规格不符等逐一记录在案，并请外方工地代表确认，及时向我上级主管部门报告。由于我们一开始重视了这一工作，我们在TBM所有设备、备品，配件的检验中做到了帐目清楚，索赔及时，满足了施工生产，也避免了不应有的损失。㈢TBM进场设备运输安全事项为了确保TBM完好无损，优质安全地运抵工地现场，部西康总指及TBM大件运输协调小组在TBM大件运输的招标书中多次提到工作质量的要求是：将TBM大型部件安全无损地、保质保量地按期运抵秦岭隧道进出口工地。并在运输合同中加以确认，在整个运输操作过程中，承运方也是本着这一宗旨去执行的。为了把TBM大件运输安全运抵工地的宗旨落实好，承运方在投标前和中标后多次踏勘运输线路，对沿途桥、涵、路况、排障等有阻于安全运输的，同沿途省市公路局，交警等部门协商，并努力寻求沿途交警部门的支持和帮助，事先拟定多套处置方案。对有的桥涵加固，路面排障，提前做好准备，使TBM大件在通过沿途省、市地区时，及时得到了他们的帮助和支持。当地交警主动配合，为通行路段疏通道路，保驾护航，由于运输安全宗旨落到实处，防范措施得当，托运方与承运方互相密切配合，共同执行完好无损按期运抵工地的宗旨。大件到达工地现场后，我们组织力量卸车，根据TBM组装顺序要求，合理安排卸车顺序和存放位置，选调了75t×2+15t门吊制造厂技术最优秀的操作手承担TBM大件的卸车，整个卸车在部西康总全落地，至此整个TBM大件运输装卸工作圆满完成。六、TBM部（构）件的停放和组装场地布置TBM掘进机体积庞大，只能以散件集装箱的形式装运，从港口转运至秦岭I线隧道洞口工地，由于TBM部（构）件种类数量多，因此洞口必须设置足够大的临时停放场地。散件的组装须在洞门附近，待TBM组装调试完成后，沿轨道步进进入正洞施工。组装场地由主机组装场地和后配套系统组装场组成，场地内设置75t×2+15t吊机。TBM主机有较大尺寸的构件有：刀盘（4350×1920×8520mm内部凯氏（10050×3965×3575mm）等。组装场地布点时须考虑这些主要大件的尺寸和摆放，场地应尽可能避免不良地质，做好支挡和排水设施，确保TBM的安全。㈡TBM部（构）件的停放场地布置TBM部（构）件种类多、数量大，因此，合理而有序的存放对于TBM部（构）件的起吊、运输具有重要意义。TBM部（构）件停放场地设于先期已平整过的洞口右侧弃碴场上（具体位置见图一《洞外场地布置图》存放场地一定要确保TBM安全，避免不良地质，且做好支挡结构和排水设施。根据停放场地设于弃碴场上的实际情况，停放前做好场平整和防坍措施，靠河沿石砭峪作全长圬工挡墙，防止冲刷，停放时尽可能靠内侧停放。27个小型散件的停放按照“先用靠外”的原则，并兼顾“重量轻者靠里放”的原则摆放，其它散件集装箱则按进场的顺序依次摆放，20英尺的集装箱从左至右摆放，无位置则置于40英尺不开顶集装箱上。根据需要，此停放场面积为600m2左右。对于TBM主机大件的摆放是整个停放工作的重点。TBM主机大件进场后直接停放于洞口组装场上。按照组装的计划和“先组装的部件靠中”的原则，将主机大件摆放在组装的位置附近。勻组装场布置技术要求TBM由主机、TBM辅助设备、后配套、后配套辅助设备四大部分组成，对于这样庞大复杂的系统，需要有较为充分的组装场地。为满足组装时起吊和运输的需要，场地的长度和宽度都必须达到一定的技术要求。场地的长度应满足TBM主机和后配套的长度要求并有一定的安全距离。一般情况下，可用下式计L≥L1+L2+L3+eL—场地总长度（m）L1—掘进机长度（m）L2—牵引设备和转运设备总长（m）L3—调转轨道长度（m）e—安全距离（m）场地宽度应满足最大件的起装运输的要求，同时应满足吊机的尺寸要求。另外，考虑掘进机步进和地基承载力的要求，组装场内应铺设钢筋混凝土，并达到要求的场地平整要求。㈣洞外组装场布置组装场地由主机组装场和后配套系统组装场组成。其中主机部（构）件的运输、吊装是关键，因 此主机组装场也是整个组装场布置的关键。秦岭I线隧道进口段洞口组装的场地有限，I线洞口与青岔隧道洞口相距约180m，而且中间通过石砭峪中桥，桥长80m，先期采用装配式分路钢梁架设运输便桥（桥上有R=300m的曲线桥面铺设双线运输轨道。在满足主机部（构）件运输、吊装的技术要求下，结合洞口场地实际情况，确定主机组装场为75m×22m（长×宽参见图9《组装场平面布置及主机大件摆放图》，组装时采用75t×2+15t的门吊，门吊基础中线间距为20m。后配套系统组装场地位于主机组装场地后方。因为洞口与青岔隧道洞口相距仅180m左右，故后配套组装场地经过石砭峪中桥延伸进入青岔隧道洞内，组装时先将一部分后配套平台车拼装连接后退入青岔隧道内。根据场地使用要求，在主组装场75m×20m范围内铺设30cm厚的300号钢筋混凝土，要求铺设后场地平整度在3mm以内，混凝土铺底为平坡，施工轨道按线路坡道设计，组装场地线路两侧均按设计施工矩形侧沟，上铺钢筋混凝土盖板，确保车辆通过。七、TBM的组装和调试TBM组装前期，秦岭项目部广大技术人员根据WIRTH公司提供的技术文件，认真消化吸收，编制TBM组装及调试的技术方案，并积极作好前期准备工作。如何合理的组织TBM的组装，首先取决于我们对TBM组装和调试工作的正确分析，通过全面的分析，对TBM的组成构造进行整体性了解，以便在TBM组装中，在具体的局部性工作中进行工作定位，使局部服从于整体，从而提高工效。其次是合理地组织，保证劳动力的最优化组合，协调各个工作面的配合，在确保正确组装的同时，加快TBM组装工作的进程。下面主要针对TBM的组装工作进行分析。㈠TBM组装工作特点TBM主要有TBM主机、主机辅助设备、后配套、后配套辅助设备等四大部分组成。1.TBM组成部分简介：主机的主要组成部分有：刀盘、刀盘护盾、主轴承及驱动组件（主电机、离合器、变速箱、传动轴）、前后内凯、前后外凯及X型撑靴、推进缸、后支撑、主机皮带机及主机液压系统、电器系统、步进机构等。主机辅助设备主要组成部分有：钢拱架运输及安装设备，前后部锚杆钻机及地质超前钻机、底部清碴皮带机等。后配套主要组成部分：1～18号拖车及前后斜坡轨，其上装有双线轨道系统及组合道岔和车辆拖拉装置，用于出碴和材料运输。后配套辅助设备主要组成部分有：液压泵站、混凝土喷射设备、冷却设备和助推风机及通风管道、空压机、应急发电机、电缆卷筒、水管卷筒、储风管筒、通讯电缆卷筒、变压器及各类电器柜、各类主机与后配套通过设备桥相连，其上布置有主控制室、除尘风机、仰拱块吊机、材料吊机、升降平台、钢拱架运输设备等。主控室内有操作控制及显示系统，数据记录系统，导向系统，PLC控制系统，通讯系统及电视监测系统等。2.TBM组装工作特点：TBM作为隧道施工的大型综合机械设备，具有设备庞大、系统复杂、技术先进、机械化程度高等特点，决定了其组装工作具有工艺新、要求高、计划性强、组装时间长、劳动组织严密等特点。并且，在不同的组装时期和对不同的组装对象，又有各自不同的组装特点。3.组装工作对人员的要求：根据不同的组装特点，有不同的要求，详见以下部分描述。㈡组装前的准备工作组装前，根据不同的组装现场和组装条件，编制不同的组装施工设计，优化的组装施工设计，将对组装工作具有重大的指导意义，并可避免组装过程中的失误，保证组装工作的顺利进行。起步洞预备洞15cm起步洞预备洞15cm混凝土在TBM在3mm以内的基础，否下护盾上的1.洞内外临时设施施工⑴预备洞及起步洞的施工①备洞的施工：取决于组装现场和组装条件，对于组装场地能够满足TBM主机及后配套组装条件的现场，即组装现场具有足够的长度，可以容纳得下TBM主机及后配套的长度（约260m）的现场，可以考虑取消预备洞的施工，而仅施作TBM起步洞，对于组装现场不能够满足TBM主机及后配套组装条件的现场，即组装现场没有足够的长度，仅容纳得下TBM主机或部分后配套的长度的现场，则必须事先同时作好预备洞及起步洞的施工，使得洞外具有足够的场地来组装后配套，预备洞的施工长度取决于组装工作的需要。洞的施工和技术要求：作为洞的施工和技术要求：作为TBM由步进状态转入掘进状态的起步洞，不仅要求能保证TBM,使刀盘的撑靴进入起步洞室，而且要求能保证撑靴能撑到洞壁，并且衬砌后的混凝土洞的强度，能为TBM的掘进提供足够的反力，推动TBM刀盘掘进。因此，对于起步洞的要求详见TBM预备洞及起步洞结构尺寸和相互关系图10《预备洞及起步洞结构尺寸相互关系》。图10TBM预备洞及起步洞结构尺寸和相互关系组装时，对于组装场地和预备洞的地面要求比较高，即要确保地面平整，相对高差应控制（步进机构通过的区域）。因为组装场地，特别是步进机构的布置，是作为整个组装工作则将造成组装的较大偏差，预备洞的地面不平整，将给TBM的步进带来极大的影响，TBM步进装置连接螺栓被剪断，此情况已在秦岭隧道步进中验证。的顺利通过壁具有足够相对较高。组装场地和预备洞的地面也要求有足够的强度，否则将造成组装和步进时地面开裂或下陷，此情况应引起高度重视。组装时，见表3《步进机构的接触面积和强度》。步进机构的接触面积和强度表3部位面积（cm2）强度（N/mm2）强度（N/mm2）（含设备桥）护盾步进机构7676071．5K1步进机构82100K2步进机构23452后支撑步进机构3240071．5⑵完成用于TBM主机组装的75t×2+15t门吊的安装调试及轨道铺设，如场地允许，可安装一台用于TBM后配套安装的辅助吊机（16t以上以便加快TBM后配套的组装速度。⑶完成TBM主组装场内，用于组装后配套的道床施工及轨道铺设，道床施工要保证道床具有足够的强度，即道床要有一定的宽度，并保证一定的密实度，确保TBM后配套的顺利通过。⑷完成组装期间，所需的风、水、电供应设施的安装工作。⑸完成与TBM组装及步进相关的其他工作，如便桥的架设，仰拱预制块的生产等。2.组装时的零部件供应：TBM组装时的零部件供应工作对于组装十分重要，它直接影响着TBM的组装进度。⑴、组装前的详细标识。⑵、零部件的完整性。⑶、零部件的运输和堆放的计划性和合理有序。⑷、零部件的清洁和功能完好。3.编制组装施工组织设计，用以指导组装工作的有序进行。 4.作好其他人、材、物、机的准备工作。勻组装工作的工艺流程因组装工作具有工艺新、要求高、计划性强、组装时间长、劳动组织严密等特点，且在不同的组装时期和不同的组装对象，又有各自不同的组装特点。主机、后配套、设备桥的组装相互独立，又相互联系，所以，本文从不同的侧面对TBM的组装工作进行分析。图11《见工艺流程部件示意图》图11工艺流程部件图-19m-19m1.TBM主机的组装：组装前，首先要规划好TBM步进机构的布置，其场地要求平整，平整度要求控制在3mm以内，其中线基本对准隧道中线，1～6测点和7～12测点用仪器测量，并相对调平，确保组装基础的平整，详见图12《步进机构布置图》。图12步进机构布置图⑴主机的组装程序见下页⑵主机的组装说明：TBM主机组装要求严格按照组装程序进行组装，否则，将会给下一步组装工作带来困难，甚至有可能造成返工。因这一时期的组装工作是下一步快速组装的基础，所以要求必须将所有的连接螺栓紧固到规定的紧固力矩，确保组装工作万无一失，形成TBM主机的基本骨架。鉴于此时组装部件外形尺寸大，重量重（见《主要组装部件的外形尺寸及重量表4》对吊装要求非常主要组装部件的外形尺寸及重量表4序号名称数量重量（t）L×W×H(mm)122驱动组件13前内凯14后内凯15外凯下部26外凯上部27后支撑18护盾隔板19上护盾1侧护盾2注：表中外形尺寸及重量含外包装，取自TBM货物发运资料。TBM步进机构定位前后外凯下部（带有推进油缸）与步进机构连接在前外凯下部套装4根带防护罩的传动轴，先初步固定在外凯上安装前后内凯于前后外凯上并将前后内凯连接带有步进机构的刀盘下护盾就位TBM步进机构定位前后外凯下部（带有推进油缸）与步进机构连接在前外凯下部套装4根带防护罩的传动轴，先初步固定在外凯上安装前后内凯于前后外凯上并将前后内凯连接带有步进机构的刀盘下护盾就位主机的组装程序将推进油缸与前后外凯相连，并用木支撑将油缸固定，外凯上弧型滑块用螺栓固定传动轴安装好前后联轴器，并安装好前后定位护套。保证内凯和外凯之间的滑动摩擦副的完好，并要保证保证内凯和外凯之间的滑动摩擦副的完好，并要保证两内凯结合面无荷载下密贴，确保在每颗连接螺栓在规定的紧固力矩下，结合面具有均匀的预紧压力。此工作可以在吊装前内凯前进行在前内凯两侧安装锚杆钻机轨道同安装前后外凯下部，当上下外凯合拢时，要注意结合面的状况，确保螺栓的紧固力矩和结合面之间的预紧压力安装前后外凯（带有推进油缸）上部在前外凯下部套装4根带防护罩的传动轴，先初步固定在外凯上事先将钢拱架安装器焊接成环型，并保证其几何尺寸。套放后，临时固定。套放钢拱架安装器保证驱动组件与前内凯连接的相对位置，且下部夹紧缸和支撑缸已安装好。套装于后内凯上，此时，后支撑的步进机构未接触地面，悬挂在内凯上。安装带有步进机构的后支撑于后内凯后部带有设备桥牵引缸和提升缸，确保紧固力矩。将集料斗安装在驱动组件内将8根传动轴和将集料斗安装在驱动组件内将8根传动轴和8根推进缸安装于正确位置安装内凯尾部将主轴承与前内凯前部和下护盾支撑缸连接吊装主轴承安装上护盾支撑架先将两个半块刀盘合拢，连接成一整体，为保证刀盘的吊装过程中的平衡，事先安装41把刀具，使用专用吊具吊装。安装刀盘护盾侧翼及顶部安装8套变速箱，离合器和驱动电机，并与传动轴后部连轴器连接。安装传动机构安装钢拱架安装器及其驱动事先将皮带安装于皮带机上，并作好硫化接头。安装主机皮带机安装主机工作平台和其他工作平台如锚杆钻机，清碴皮带机，剩余刀具等。安装其他辅助设备在主机上，进行必要的电气系统连接和液压系统连接，进一步完善TBM主机的组装，同时，对于主机上的一些辅助设备进行必要的调试和功能性试验。该期间的工作重点是吊装作业，要求有丰富经验的组装人员配合起重工和信号工进行组装，确保各大型部件选择合理的吊点，以正确的方式进行吊装，并缓慢地，准确地将部件组装到设备上，确保组装前准备工作设备桥的地面连接吊装设备桥并与主机连接安装设备桥上的辅助设备安装设备桥上的工作平台安装主控室组装前准备工作设备桥的地面连接吊装设备桥并与主机连接安装设备桥上的辅助设备安装设备桥上的工作平台安装主控室安全吊装，否则将带来不可想象的后果。随着TBM主机大件的安装，TBM主机的基本骨架已初具规模，随之而来的是大量的辅助设备的安装和主机液压及电气系统连接。随着主机组装工作的全面展开，此时，零部件的供应工作量很大，劳动组织管理的难度也相应增大，人员的调配也显得频繁。这一时期，随着组装工作量的增大，技术含量的增高，要求组装人员的技术素质相对较高，对于系统要有足够的了解，熟悉管路和线路的走向，工作时要特别仔细。2.设备桥的组装：设备桥是连接主机与后配套的桥梁，它是有三段框形结构的珩形梁连接而成。其上主要布置有仰拱块吊机，材料吊机，升降平台，除尘风机，主控室，注浆设备和皮带输送机等。⑴设备桥的组装程序选择合适的组装场地，准备合适的支撑，清洁连接表面，确保螺栓的紧固力矩和连接表面的预紧压力。在设备桥上安装两侧及上部辅助框架要保证轨道的铺设质量和道床的密实度。在延伸的轨道上安装设备桥后部支撑吊装时，要选择合适的吊点，因设备桥较长，谨防设备桥弯曲变形或折断。各类吊机，注浆设备，除尘风机等。WDAS系统，ZED系统，PLC系统，电视监控系统等。完善主机与主控室的液压电气连接。各系统与主机的连接完善设备桥的组装⑵设备桥组装说明：设备桥的组装重点是设备桥的连接与吊装，因设备桥长达26m以上，由三段组成，如组装场地不合适，极易造成装配上的困难或设备桥组装后的翘曲，为将来的使用带来不便或危险，另外在吊装过程中，因设备桥较长，必须选择合适的吊点，才能保证设备桥的安全吊装。对于仰拱块吊机的安装，要注意其运行轨道的顺直，并牢固的吊挂在设备桥的下弦梁上，以保证在施工中的安全运行，主控室的安装较为简单，但今后的液压与电气连接工作量较大，要求工作极为细心，并要求一定要标识清楚。3.后配套的组装程序：后配套的组装工作较为简单，它由1～18号拖车组成。根据不同的组装条件，有不同的组装方法，合理的组装方法，能加快组装速度。组装工作的前期，主要是拖车框架的组装和定型设备的安装，后期进入液压与电气系统的连接。4.组装工作综述：组装工作的后期，主要是进行液压与电气系统的连接，并进行各单台设备的功能调试，最后进行TBM整机的各联锁功能调试，必须在确保机器的各项性能指标完全符合TBM技术要求的情况下，确认各设备安装无误的前提条件下，TBM开始步进，进入预备洞和起步洞，准备施工。㈣TBM组装期间的劳动力组织对于参与TBM组装的人员，必须具备一定的专业知识，能熟练的使用用于组装的设备和工具，且有高度的责任心，一丝不苟的敬业态度，严格按照技术要求组装设备，确保组装质量。指挥人员：鉴于TBM的组装工作持续时间长，多班次作业，要求指挥TBM组装的人员必须宏观掌握组装程序，及时发出指令，保证零部件及材料的供应，避免因零部件的供应工作不及时，造成组装工作的延误。组装人员：主要分机械组、液压组、电气组、供应组和协调组。每组以技术人员为龙头，主要负责组装技术与质量，以技术工人为骨干，确保施工计划圆满完成，不因局部的工作延误，造成整个组装工作的延误。协调组的人员统一调配，这样既保证了各组组装的技术骨干，又达到了劳动力合理利用，提高工作效率。在一定程度上取决于供应组工作的到位和指挥人员的指令畅通。㈤TBM的检测调试工作分析为保证TBM组装后，各系统、各设备能正常运转，必须进行系统检查、调试。TBM作为一个庞大的系统设备，要求进行的检测项目很多，总体可分为外观检查，功能测试，技术性能测试和调试调整等。不同的项目又有各自不同的指令。为加快TBM的组装进度，有些检测调试项目在组装期同步进行，主要是外观检查，功能测试，技术性能测试等一些项目，工地上主要使用仪器、仪表有压力表、压力测试仪，油质检测仪，秒表，卷尺等，上述项目较为简单，主要是单一的测试和检查。检测调试项目的重点是调试调整工作，主要是液压系统，电气系统，PLC控制系统（又可分为程序运行调试和互锁、联锁功能调试）。液压系统调试主要是各系统压力进行设定，系统中泵、伐等控制元件，信号测试元件匹配性调整。电气系统调试主要是对输入、输出电压等级的确认，各控制元件动作时间的调定，液压电磁伐动作同步性测试，供用电设备的安全性测试，传感器安装位置检查等。PLC控制系统调试，在保证程序正常进行的前提下，主要是对互锁、联锁功能的调试。此项内容是TBM调试工作的重点，对于TBM能否正常掘进，同时确保设备安全，起至关重要的作用。特别是主机的动作互锁、联锁功能，刀盘、推进缸、撑靴前后支撑等，掘进状态与换步状态的动作互锁，联锁功能，刀盘、推进等与皮带机进行互锁、联锁功能。上述项目主要取决于信号传感器的正确与否。通过WIRTH公司的专家和中方技术人员的共同努力，确保TBM组装和调试作的顺利进行，按计划在三个月内完成了TBM的组装和调试工作。八、TBM施工预备洞和出发洞的施工㈠设置预备洞和出发洞的原因TB880E掘进机的前进是靠16只撑靴支撑于开掘隧道壁上，以其摩擦力克服向前掘进时的刀盘扭矩和换步时的推动力，因此修建一定长度的TBM掘进出发洞是必要的。秦岭隧道进口段场地有限，洞口至石砭峪中桥距离不足100m；因石砭峪中桥还没有架梁，采用装配式钢梁架设施工便桥，桥上设计为R=300m的曲线。因为桥上空间有限，而且TBM要求的最小转弯半径R需=500m，因此桥上不能进行组装工作。总之，洞口场地不能完全满足组装的需要。故必须修建合适长度的掘进预备洞。㈡预备洞和出发洞概况TBM的组装是一个较复杂且耗时的过程，由于洞口组装场地有限，为了提高TBM的组装进度，设计时考虑TBM组装时先组装完毕的即步进进入预备洞，留下空间给后配套组装时用。TBM主机及后配套全长253m，据此拟定掘进预备洞长度为250m，里程为DK64＋369.61～DK64＋619.61；按掘进时需隧道壁提供给撑靴支撑力的要求，出发洞长度应至少能容纳刀盘至前部撑靴段，据此拟定出发洞长度类围岩；DK64＋400～DK64＋629.61为Ⅳ类围岩，进口段预备洞断面尺寸为822cm×1007cm，内轮廓为直径8.30m的圆。因此二次衬砌须待TBM调试通过后才能施作，出发洞断面为直径9.8m的圆，衬砌后直径为8.9m，较TBM直径为大，这是为了TBM始掘进时刀盘转动的方便，减小阻力。预备洞和出发洞断面具体尺寸参见图13《Ⅰ线隧道TBM预备洞断面图》及图14《Ⅰ线隧道TBM出发洞断面图》。对于预备洞,初期支护的净空应满足TBM通行及二次衬砌的要求,在初期支护完成待TBM组装调试通过后，再施作模筑衬砌。应注意初期支护的净空要确保TBM外缘四周的间隙不小于25cm，为了便于TBM步进，预备洞Ⅱ类围岩段先做50cm厚钢混凝土仰拱，再用200号混凝土铺找平，Ⅳ类围岩段铺设30cm厚的200号混凝土铺底，铺底表面平整度控制在3mm之内。主机步进通过后，马上铺设混凝土仰拱块，相邻两仰拱块相接处下设左右和一块混凝土垫块。仰拱块底部与铺底之间浇注200号混凝土.对于出发洞，初期支护后须及时施作模筑衬砌，以确保TBM的安全，其断面净空应满足TBM通行的要求，即在TBM外缘预留5cm的空隙，但空隙不能过大，以免撑靴伸开时达不到隧道洞壁。㈢预备洞和出发洞的开挖支护预备洞和出发洞均采用组合台架钻爆法施工，无输运输出碴，开挖爆破时采取有效的措施以确保按设计尺寸施工，对周边眼的间距和装药量严格控制，尽量减小超欠挖。对于预备洞洞口附近，洞口刷坡时及时清除危石和施作洞门，做好排水设施；开挖中及时做初期支护，加强监控量测。预备洞和出发洞采用复合式衬砌支护形式。初期支护采用网锚喷联合钢拱架支护，二次衬砌采用200号钢筋混凝土（具体内容参见图13《Ⅰ线隧道TBM预备洞断面图》和图14《Ⅰ线隧道TBM出发洞断面图》和表5《预备洞和出发洞支护参数表》）。预备洞和出发洞支护参数表表5类别施工支护模筑衬砌铺底钢架喷混凝土网锚杆~+619.61Ⅱ20cm拱墙50cm50cmⅣ20cm拱墙40cm30cm~+629.61Ⅳ45cm九、TBM组装用的大型吊装、运送设备的配备TBM的组装是一项庞大而又复杂的系统工程，工期紧、任务重。事先经编制详细的组装施组，要求组织严密，各项资源配置到位，技术力量雄厚，准备充分、周到，吊装精确、运输安全，才能实现整个设备的按计划组装和调试。为此，本篇着重从TBM的吊装、运输设备的配备进行详细阐述。首先是吊装设备的配备，为满足TBM大件（刀盘、主轴承、内、外凯）的安全、精密装配，结构件、小型设备倒运及后配套的组装，各部件、设备的调整专门购置了一台Q（75+75+15）t×20m的双梁A型门吊。和不同型号的手拉葫芦，和租用25t、40t汽车吊各一台，其作用、性能如下：㈠Q（75+75+15）t×20m—A型双梁门吊要满足TBM主机及设备桥的吊装，需购置门吊的作业范围是100m×20m，跨度20m，提升高度12m，门吊行走速度4～10m/min；小车行走速度4～10m/min（采用变频无级调速主钩起升速度0.7~2.0m/min（采用可控无级调速双钩最小间距2.2m且能实现同步作业等。经过国内门吊生产厂的资质、产品质量、生产能力、报价等综合评估，并报上级主管部门批准，我们选购了常州矿山机械厂生产的门吊。型号为Q（75+75+15）t×20m—A型双钩双梁门吊，经过为期三个月的制造，厂家按购置合同要求，按期完成门吊的加工，于1997年8月上旬分批、分项的将部件运至秦岭隧道TBM组装场进行拼装。⑴组装前的准备工作①具备适合该门吊20m跨，18m高，28m宽的拼装空间，及轨道的铺设。轨道铺设要求平整（相对不平度<10mm）牢靠。且轨夹板必须按设计加工和安装，轨道两头设防撞头，路轨应该有接地。②料具的准备见表6料具的准备表6序号名称规格单位数量备注1揽风绳φ8mmM2M3φ18mmM4千斤顶台5开口扳手套16梅花扳手套17扭力扳手个18个49安全带套麻绳φ30mmM台2脚手架φ40mm×6mm根木板40mmM31方木（油枕）140mm×160mm×2.5mm根电工工具套1③在整个门吊的组装过程中，有1台25t的汽车吊进行作业。但在吊主梁及小车时，必须另租用2台40t的汽车吊进行抬吊：时间为两天。④可靠的动力，照明电源⑵组装工序：完成了上述准备工作后进行门吊的拼装，工序如下：①大车行走机构的组装：a.安装大车行走台车及平衡梁。先将台车及平衡梁吊放在轨道上，调整单边两行走台车中心间距为6m，而后调整另一轨道上的两行走台车和平衡梁，使之相互对应，再用方木支撑，防止台车侧b.将两下横梁分别吊装在对应的平衡梁上，用螺栓连接，不需预紧，以方便随后调整。②支腿安装：采用单边吊装法，用25t汽车吊装好单边支腿，而后揽风绳固定，用同样办法装配另外一边支腿，但应注意揽风绳应连接1t导链，可以进行适当调整。装好支腿后，在其上焊接安全作业的扶梯，并搭好脚手架，放上木板，为下一步工作好准备。③主梁安装：a.根据主梁的分段（五段先用方木搭成相应的工作平台，而后在地面拼装主梁，两主梁同时作业。在拼装时要求安全、可靠。还应注意各段梁间配钻的夹板及高强度螺栓的连接口不应预紧。b.主梁拼装时的技术测量：按门吊设计规范，分段主梁拼装时要有一定的上拱，该门吊上拱为20mm左右，预紧螺栓时，用水平仪测梁的上拱并不断调整，直到满足设计要求，方可在55kg·m的扭矩下紧固螺栓。c.两根26m主梁吊装：用2台40t汽车吊在同一方向抬吊单片主梁，并及时调整支腿使主梁与支腿正确对位，最后连接螺栓。用同样办法安装另外一片主梁。两主梁就位后，预紧系梁连接螺栓，使两主梁成一整体。a.调整两主梁上的小车行走轨距，用40t汽车吊将两台75t主小车吊放在固定位置，为安全起见，应放在主梁中间，再向两侧同步滑移，确保行走无误后，预紧门吊各部件连接螺栓。c.给起升小车变速箱内加油，并吊装各自防雨罩⑤门吊辅助设施安装：门吊辅助设施包括：操作室、扶梯、栏杆、工作平台、吊钩、电缆卷筒、副小车导电轨、大小车限位、防撞设施、夹轨器等，进行全面安装。⑥电器系统安装：该门吊电器系统较为复杂，有变频调速，涡流制动，双钩同步起升且可实现高、低速转换等。且大部分电器元件必须防腐、防潮，只能安装在主梁的框形架内，所以，它与结构件的组装应同步进行，一般按照从下往上的顺序工作，但要注意布线的整齐、安全和可靠性。3.门吊的调试：对组装好的门吊不能立即投入使用，应进行各项性能指标的测试和静、动载荷的试验，各项测试数据符合设计要求，经当地劳动部门检验合格的门吊方可发证。⑴性能指标测试：①大车行走速度、制动可靠性、平稳性及同步性测试。②两主钩起升速度，同步性，制动可靠性、稳定性、最小间距、上、下限位，起升变速等性能测试。③副小车起升速度，上、下限位，制动性、稳定性能测试。④三小车行走速度、平稳性、制动可靠性等性能测试。⑵静载试验：静载试验是指两主钩在不同静载（配重块）下的主梁挠度。对（75+75）t主钩进行三次静载试验，第一次静吊50t配重，起吊时间1min，测量主梁拱度，第二次静吊70t配重，测量主梁拱度，第三次静吊85t配重，测量主梁拱度，将三次测量进行比较、分析，所得梁的挠度≤25mm时，应为合格。⑶动载试验：动载试验是指两主钩起吊不同的荷载，并在20m跨内往复运动，对主梁挠进行验证，≤25mm应为合格。⑷双钩合吊静、动载试验：基本原理同上述试验，在荷载作用下主梁挠度≤25mm视为合格。4.投入运转：门吊经地方劳动局检验合格，并取得颁发的证书方可进行试运转，开始起吊小型设备。等设备各部运转完好后，可进行正常运转，并按门吊安全操作规程作业，为TBM卸车和拼装TBM。㈡汽车吊的配备在庞大的TBM组装过程中，单靠1台门吊是无法完成253m长的设备拼装任务，为安全准确的装配后配套，考虑后配套拖车重为14t，优选了一台25t汽车吊作组装用。TBM设备是进口德国WIRTH公司，设备运往工地时，80%采用集装箱装运，所以必须配备一台有足够能力，且不延误组装的汽车吊作开箱工作。为按期完成组装，选用了一台40t汽车吊实现设备的倒运，其作业范围为32m。㈢二次倒运设备的配备秦岭隧道I线北口场地较小，只能存放TBM设备大件，作组装场用，其余大部分部件及集装箱存放在距组装场300m远的存放场，若要拼装设备，就存在二次倒运，二次倒运的设备如下：1.载重汽车：选用5t、10t汽车各一台，主要倒运TBM小型物件，附属设备。2.运输拖车：选用15t平板拖车，鉴于拖车底盘低，运输吨位大，主要倒运TBM设备的后配套拖车，高压电缆卷筒，主泵站，电器配电柜等重要设备。3.叉车：TBM设备到工地，有63个40英尺集装箱，如何将集装箱里的部件，设备取出，除上述汽车吊外，购置了一台3t叉车可进入集装箱，来完成集装箱内设备的倒运。秦岭隧道TBM设备的组装，吊装、倒运共配备大型设备六台，小型机具若干将不一一列举，从拼装整个过程来看，吊装很安全，倒运也及时，设备的配备是节俭和合理的。在以后TBM组装时，若拼装场地较大，在降低成本，不耽误工期的前提下，可以采用边运输边组装的办法，这样必须要有严格的管理，但可以减少倒运的工作量，减少设备的投入。十、TBM的步进所谓TBM步进施工，实质就是TBM不掘进的移动前进过程中的施工。不同条件下的步进有不同的方式，基本上分三种情况：第一种情况：当TBM在组装场地组装完成后，要进洞去施工了，需要步进，这时是在步进架的支撑状态下，走一步支一步的前进。场地空出后，铺设道碴、枕木，每走12.5m接一次长轨。第二种情况：当TBM进洞后（即是进了预备洞）形成了铺设钢筋混凝土仰拱支撑块的步进，在仰拱块上接轨的方式，这种步进也是在步行架的帮助下进行的。第三种情况：当TBM进入F4断层段时的步进，采用掘进换步的方式步进。当TBM通过通道口时，必须将通道口浆砌片石封闭。TBM步进施工的主要工作有仰拱块铺设、仰拱块底部注浆、风管、供水管路、10KV电缆、施工轨道延伸等工作。下面分步进施工准备和TBM步进施工概述如下：㈠TBM步进施工准备⒈预备洞铺底：预备洞铺底要求同TBM拼装场，并提前一个月进行，强度、平整度满足TBM步进需求。⒉块预制：因预备洞铺底低于TBM掘进施工断面仰拱15cm，需要较大的楔形块，楔形块预制也应提前进行，为便于仰拱块快速铺设施工，楔形块提前摆放于预备洞两侧（不影响TBM主机步⒊测量准备：为便于TBM步进导向仰拱块铺设施工，在TBM步时前，必须先在预备洞铺底顶面提前测设出隧道设计中线。㈡TBM步进施工⒈拼装场段步进施工：在TBM通过拼装场时，主要是施工轨道延伸工作，轨下为枕木，碎石路基（1.0m厚TBM每步进12.5m，延伸一次长轨道。在洞口进入预备洞前，为满足排水需要，铺设一块中心水沟过渡至侧面的钢筋混凝土仰拱块。⒉预务洞段步进施工：进入预备洞后，TBM每步进1.8m，铺设一块仰拱预制块，每铺3~5块仰拱块进行一次仰拱块底部注浆；每铺7块仰拱预制块延伸一次轨道；每前进50m，延伸一次水管路；在T