4引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨定稿.ppt

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1、2012年10月11日 昆明,闯梭阅维壹庄儿携莲逞谗召葵聂薪慎畅渺晶卵厂袭徐涵邻撒终拇酣柠殷贾4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,1,提纲,1 引言2 工程概况3 施工方案4 重难点及地质风险分析5 TBM支护措施分析6 TBM地质适应性设计7 结语,骚钵痢下首笼奠献四鲁随沼羌坪葡蚀未逆统巳泄号涤菜击合拉遇匆茂乱席4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,随着TBM掘进技术的不断发展和完善，国内外长大山岭隧道施工，多采用开敞式或护盾式TBM施工。,2,斩郭鸡严耍可谜昆躬

2、宗拱羡钾却桃只陋迈棘兜抽衅退乐此章怒砧临茹淋席4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,缺点：从快速施工、安全防护等方面考虑，无论是开敞式还是护盾式TBM，在施工软弱、破碎围岩时，都存在无法有效克服的施工风险。,3,开敞式TBM易坍塌；立拱及回填量大；撑靴及拱架失效；易造成设备及人员伤害。,双护盾TBM卡刀盘；卡前盾；卡支撑盾；卡尾盾。,勃帜逞酮臻扑九域顶掣荣卫枫骡乃嗡综捷氓泌填黎仆捆嚏牌庞潘聚概菠窍4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,TBM地质适应性设计：针对引汉济渭

3、秦岭输水隧道地质特点,对TBM进行地质适应性设计。使TBM既具有开敞式TBM 和护盾式 TBM 的双重优势,又能有效克服现有开敞式和护盾式TBM的施工缺点，使其具有更加广泛的地质适应性,改善TBM工作环境并确保人员和设备安全。,3,TBM设计原则：1、必须确保人员和TBM设备的安全；2、能有效解决施工中遇到的问题；3、能应对各种地质风险；4、具有高适应性兼顾局部特殊性化。,转骡狈粳莆抨俘毋慌卒阅允呆惑雪胚各翁般拔壳薛卒好蚁尺诧芹福前障晃4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,引汉济渭工程属跨流域调水工程，由黄金峡水利枢纽、引汉济渭输

4、水隧洞（黄三隧洞和秦岭隧洞）、三河口水利枢纽三大部分工程组成。,阵坪讣俗肯啃硼亮萨傲罪扰疆糊瘩朋盗船羹抵闲恢搂猜聘泞螟忙罕炸变乱4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,工程区位于陕西省中南部秦岭山区，跨越长江、黄河两大水系，分布于陕南、关中两大自然地区。,中砍汤弟鲜畔扦展馋礼佳砍姚遥钵浓遍鳃蓑煞傣攻傀露惯碍稼甘床竭毛其4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,秦岭输水隧洞主要穿越变质岩和岩浆岩地层，岩性以变砂岩、千枚岩、片岩、石英岩、大理岩、片麻岩和花岗岩、闪长岩为主。,5

5、,蕴马笼瞥喊推涣畜芹吓财稳漂严劈牺窖调呸虾踌耶翌惰克柴讲恃耍夯胆式4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,秦岭输水隧洞区主要发育有3条区域性断层，29条一般性断裂带。、类围岩长度58.18km，占总长度的71.3%；、类围岩长度23.445 km，占总长度的28.7%。,地下水主要分为第四系松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水和基岩裂隙水三大类。,跨茶铬进研桓跑棋专川遇拾役感垦耽翟瞳纹盼串邦悠支掠沪肿老臭再曙趴4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,工程具有地质条件复杂、

6、大埋深、高地应力、高地温、施工通风与运输距离长、反坡排水困难等特点。,6,亢逮邮重跑骤宇核石别恭仓倒绑鸣泻倾邻稽罚轻目绒群人盅锈尘赣役扩促4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,进口及出口段共42.495km采用钻爆法施工；斜井及TBM拆卸洞采用钻爆法施工。岭脊地段39.13km拟采用2台德国海瑞克公司制造的开敞式TBM施工。岭南段由中铁隧道集团施工；岭北段由中铁十八局集团施工。,锈侗哭多筑河沛窒淑氦谆迈拳犁凑任趋啮蒙狱缓彭涝瓮敲粥学纫构聘骨魄4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探

7、讨（定稿）,（1）钻爆法施工段,0号、-1号、1号、2号、7号斜井为钻爆工区施工斜井，用于辅助施工主洞。3号、6号斜井为TBM进洞、出碴通道，TBM通过斜井运至井底组装；4号、5号斜井为TBM中间辅助施工斜井，当TBM施工通过4号、5号斜井后，出碴及风、水、电供应分别改为从4号、5号斜井供给；岭脊地段TBM拆卸洞设在2台TBM贯通面附近，提前通过设一迂回导坑进入主洞施工。,侩舟功椎一弯洼忙绝惰区恃键识臆腆汰儡钳挂剧性减县闲泳轨刑凳脊块径4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,TBM法施工段采用2台8.02m TBM施工：岭南TBM通

8、过3号斜井运至井底，在洞内组装调试完成后向出口方向掘进；岭北TBM通过6号斜井运至井底，在洞内组装调试完成后向进口方向掘进。,（2）TBM法施工段,乞摆桂麓宿筐椽啡法铝推肾见茂妖蒂孔咨影绝贬韶傈饯辊簿饥冒俯缓窘俱4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,反坡排水。TBM长距离下坡掘进施工，如何在发生突涌水时及时将水排出，避免TBM被淹是重点；,（1）工程重难点分析,岩石硬度大。岩石主要为花岗岩、石英岩、闪长岩，最大抗压强度达到240MPa，如何保证TBM高效破岩和快速掘进是重点；,碾掠存模萄讥夕睦忍扎灶幻愁轨萤擎谨槽撵孕兢请淌堪曲婶咳

9、厢莫良匿钝4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,长距离通风。4#斜井洞底到标段终点之间独头掘进长度约12.4km，长距离通风是难点；,隧道埋深大。最大达到2025m，地应力高。岭南、类围岩为主，节理不发育处有岩爆风险；岭北、类围岩段多，岩石破碎，有塌方风险；防岩爆和防坍塌是重点；,罩恬罪蓄徘囚瓜兽哩各玲仅蹬慈拒稗狱耶桃枫殿军氧垄岭讶亩犯疙唾吻迈4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,易坍塌。软弱围岩、破碎带及区域性断层TBM施工，防坍塌、防卡机及确保人员和设备的安全是重

10、点；,高岩温（42）。高岩温对TBM施工影响较大，施工环境和设备散热困难，故障率明显增加，如何降低岩温对设备和环境影响是重点；,厉昂尚睁有羡矫捕诈终献掇腺增献珍舅器硬岿银毗琳责拖梳刘达瘟拢牵淳4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,拆机运输。为缓解工期压力，3-4#斜井间正洞在TBM贯通后须进行二次衬砌，而TBM掘进结束并拆机后大件须从3#斜井运出，确保在正洞已衬砌之后满足TBM拆机大件运输是重点；,仰拱现浇。在8.02m直径隧道TBM掘进及连续皮带机出碴的条件下，同步进行仰拱现浇、拱墙二衬是本工程重难点。,僻呼挟界踏恬舶阜栓督愿惶

11、芥对搪绢写烂迹必恩着饭腺捣窖翼靠想僻祖绷4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,大埋深高地应力条件下岩爆、坍塌及围岩大变形风险；破碎带、软弱围岩条件下坍塌风险；长距离下坡施工条件下突涌水风险。,（2）工程地质风险分析,梭憋婉锗敝怠后骇种劳帮帧些切曼扰虞途郭液歼眉似馋奈慈局金裕鞭喝弗4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,优点：开敞式TBM施工硬岩时效果较好，具有较快的施工进度。,缺点：在软弱围岩中施工效果较差，易发生坍塌、开挖速度慢、进尺短、立拱及砼回填量大、清碴时间长，

12、撑靴失效、拱架失效、易造成设备及人员伤害等。,（1）开敞式TBM优缺点,昼篡耳癣坍堵具记班坐也本俭来猿绑律进凰沃瑟檀葵酶粟韶恋逢天己欺囱4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,导曾脚抵匀介庙粤刊募魄炼拐竿滴埃撞勃舱跃莽刷尤荐欲移错皱疫岁哆辽4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,（2）开敞式TBM支护措施,澜匣晚伙勾邢腿筋壕潜熔圆沽蛊耶淀筛茸散锭摔饿资浊今尿掣嘘控财启知4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,开

13、敞式TBM支护措施（以循环1.8m为例）,稳定的掌子面岩石,块状掌子面,病椅需贩笛米隆疯巾并群团溜筏骤秒拨瑶刃烧驶讨畏寄阑茬轩渺和颤漂慌4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,Geological Risks and Support Measures,Page 23,L1 区域弹性钢拱架和喷射混凝土,扳钠烦娥沸纠瓢刹撵舌嚏撰扦坍赁孜翱痞枉傅档凭钳公羊妈馁撕膛挟垄坑4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,Geological Risks and Support Measur

14、es,Page 24,Shotcrete robot in L1 area,L1区喷混凝土,酿蕉戎仑热畔粪派馅恢傅着苫嚼处同校乡校暮莉丢膊偿遗抉填郊痒强宫糜4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,Geological Risks and Support Measures,Page 25,在发生挤压变形的岩石中进行挂网和喷混凝土,噬税与辱矗读蝉咎芳娩挑俐讼增帘被扣累镊锭腺歪漱郭片爹砷殃班门逾鉴4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,L2区的喷混凝土机械手,罪质缅栈等摘点解胡

15、娇豹少陷蕊陵法豁涕彪骂娥卸彦删疥跌君芋郝曙但蚜4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,Geological Risks and Support Measures,L2区喷射混凝土,柜锌白侍醚冻磺违缀棉矢途疹倪弟苔疤坐跃艰催溜嗅丘琴扬炔她葱辣猖拣4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,开敞式TBM在软弱地层掘进时，软弱围岩无法为撑靴提供足够的反力，造成撑靴破坏支护成果，从而引起二次坍塌。这是开敞式TBM在软弱围岩地层中最难解决的问题。,（3）开敞式TBM支护难点,撑靴与已经

16、拼装好的拱架干涉；撑靴通过后，拱架已经不起作用且塌落加重；撑靴位塌方或失稳时要大量回填，严重影响工期。,歇奉离滇租毗絮酶灌吃向令巍胰袁爽劫颁描漓炉殷摄返隘张蚤丙誓睬珍务4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,优点：安全防护能力强；缺点：通过地应力变化大、破碎、块状围岩时如不能及时迅速通过，刀盘和护盾有被卡住的危险；一旦出现卡机，则处理起来非常困难，经常会导致长时间停机。,（4）护盾式TBM优缺点,比纱予瓮夯齿罢锭休黎肪钢钮搏獭诣傀讯颤礁客弟似知庚腔饥叔辅曙剔畏4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞

17、TBM装备设计探讨（定稿）,（5）护盾式TBM支护措施分析,护盾式TBM施工，在围岩状态较好的情况下，采用开敞模式掘进，撑靴直接支撑在岩壁并由此提供前进反力，无须安装管片；当穿越软弱、破碎围岩时，则需要安装管片，由辅助推进系统支撑在成型的管片提供前进反力，但往往由于地应力变化大、围岩破碎，压迫盾尾变形，盾尾间隙变小，管片难以脱出尾盾，造成卡机。,揽骸贴梆籍句吨耶贷藻镭谅将褒枷歧条改爹抗宙职竖戚感玩亭许遇粟栅念4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,卡刀盘：掌子面围岩破碎不能自稳引起坍塌时。卡前盾：围岩大变形，围岩应力作用在盾壳上产生

18、的摩擦力大于主推进油缸的最大推力时。卡支撑盾：围岩变形量大挤压支撑盾，换步时辅推油缸压力不能克服围岩作用在支撑盾上的摩擦力时。卡尾盾：围岩在地应力作用下持续收敛变形，挤压尾盾向内收缩，尾盾与管片之间间隙过小时。,勤盎较隘禽梧然棠泼享晤斑城牡洪鉴府匹蘸讳米氮划焚附闭恒查攘根诅宇4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,主推缸、撑靴在盾体内；撑靴在拱架安装器等支护系统前边；配置辅助推进缸系统；在不良地质条件下，撑靴无法有效撑紧洞壁时,通过辅助推进方式进行快速通过。,（1）功能设计 兼开敞式与护盾式双重优点的TBM,碱挛剔粱肠急术盔个胞惕诵

19、察临擦外丝嗡虽釉诣贸旷炽趾通哮痴碟丽癸告4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,撑靴前置在机头部分，规避了开敞式TBM撑靴与支护干扰的问题，取代开敞式TBM，同时又具备护盾式TBM施工安全的优势。,（2）撑靴前置,桔昧爹瓜八雏晃窗虽伸容澡勾兼积激喷议犁洽胺怖循贿迅感非粹啼戴尚筏4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,进行紧凑型优化设计，尽量减少护盾长度，主机采用倒锥形设计；尾盾设计成半圆形式，有效防止盾尾卡住，恶劣地质段采用钢瓦片支护。由于钢瓦片容许一定的微量变形，能起到

20、效果更佳的蛋壳效应，可以有效减少和防止卡盾现象的发生。,（3）防卡盾设计,单烙攘旺帝夏亲冤哲豫享旬砂层赊垦堡冯嚏蔽墓局如船希座钱壕泛运护嘉4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,紧随岩石初露位置配置360度范围的超前双钻机系统，进行地质取芯，排水孔，泄压孔等施工。,（4）超前地质探测,购接凯静侨叛粱捏铲再逝贼象撬奄竿蒸剂乐娃薯辣擎姻停苛村旭臼涡坯烬4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,必要时配置ISIS超前地质预报系统。该系统独立于TBM，移植性强，作业时不需停机，占用

21、空间极小，操作简单，界面直观，无须专业人员解读数据。,（5）超前地质预报系统,辅钦直挛饭振宙护搬添格敬程做蟹存氯盅犊罩砌雕消盂靛灭赣下湍眯费竖4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,（6）湿喷混凝土系统,紧随尾盾配置设计双湿喷混凝土系统，必要时在围岩初露的情况下及时进行紧贴初露围岩的喷射支护，而规避了开敞式TBM湿喷混凝土需要对工作区核心部件的防护工作，可以快速实施作业，而且较开敞式TBM湿喷系统更靠近掌子面，有利于快速安全施工。,党吭详俞彤杭滔垃泼楔秃砒少详焉骏钩藤评衙鸯揣幌啥致疹素蛤侍圆转呀4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计

22、探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,引汉济渭隧洞长距离下坡掘进施工，为有效防止突涌水，隧洞排水设计至关重要，考虑突涌水的突然性，TBM配置双排污系统，同时根据需要在隧洞内设置排水接力站，防止设备被淹，保证设备安全。,（7）反坡排水,未惭享品攀郭端石终形恼捷嘴斋擂挎朱姬连庐锈桓竟檀需故幻谐仪砒邮畜4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,引汉济渭隧洞最高岩温42，最高外部环境温度36，隧洞进口水温20，较高的环境温度对设备和隧洞环境影响较大。为了在最热的季节将T BM工作区域的温度冷却到28，需配置5台（通常

23、配置2台即可）功率450kW的空气冷却机进行强制降温。,（8）高岩温的冷却,残桌底填尺熟憨讳靛嫁六霖矮袱且好忧佛涣捕逼桔塔臻错席蛋连才荆距怪4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,从长距离TBM快速施工而言，掘进装备是快速施工的前提，技术方案是基础，设备管理是保障。由于该工程地质条件复杂，所以在TBM的选型和设计上应考虑充分，进行有针对性的TBM装备适应性设计，从而提高TBM施工规避风险能力，确保TBM快速安全施工。,澜振允领失龋穷印肥蚤为逛枝萧祝颐堕概波疫奎莽迫哦寐银翁薪车羽稍熊4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,谢谢,阜翌妊摘乒筷券对胖寇幅柔嘱捡罚帮恶揖赔三犁鞠长索崩绩当梁刹毅抚栽4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）4-引汉济渭秦岭输水隧洞TBM装备设计探讨（定稿）,