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1、 . . . TBM施工方案锦屏二级水电站3#引水隧洞采用直径12.4m的TBM施工,施工长度12785.205m,衬砌后直径为11.2m,引水隧洞立面为缓坡布置,底坡3.65,引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深15002000m,最大埋深约为2525m,具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。本文简述了大直径TBM的技术参数和原理,以及在锦屏深埋高地应力特长隧洞的施工技术应用。1.施工概况锦屏二级电站由我联合体采用TBM法施工的3#隧洞自桩号2+50015+285.205,全长12785.205m,自东向西施工,隧洞开挖直径为12.4的圆形,衬砌后的直径为11.2m。水电站引水系统采用4洞8机布置形
2、式,从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km,中心距60m,洞主轴线方位角为N58W。引水隧洞立面为缓坡布置,底坡3.65,由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深15002000m,最大埋深约为2525m,具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。本标段的主体工程项目为东端3#、4#引水隧洞施工,引水隧洞施工采用钻爆法和TBM法相结合的施工方案,3#引水隧洞主要采用TBM法施工,4#引水隧洞主要采用钻爆法施工。锦屏电站的建成对完善西南电网及对灾后重建都具有十分重要的意义。本标段布置示意图见图1。图1 本标段布置示意图2.TB
3、M的施工原理及施工工艺TBM设备施工技术是集成机械原理、电子学原理、机器人原理和土工学原理的一套系统化设备,施工工艺主要围绕TBM设备掘进、出渣及初期支护三个施工工序的基础上来进行的,TBM的施工原理及施工工艺见上图2和3。 / 环 保排 水除尘降尘设备降噪环境降温掉渣清理开始新的行程撑靴外伸,撑住岩壁推进油缸进油,推动刀盘掘进油缸行程完毕,停止开挖落下后支腿撑在隧洞底松 开 撑 靴油缸回油,撑靴前移撑靴撑住岩壁,提升后支腿当前行程施工主机掘进系统超前地质预报系统超前处理超前锚杆超前喷浆管棚处理连接桥皮带运输出 渣配电系统通风系统冷却系统供水系统初 期 支 护超前加固挂网支护钢拱支护锚杆支护喷
4、混凝土导向系统图2 TBM设备系统施工原理框图图3 TBM设备正常掘进施工工艺框图3.TBM主要参数表TBM主机的主要技术参数见表1。表1 TBM主机主要参数表序号名 称参 数1机器类型硬岩单撑靴隧道掘进机2开挖直径12,440mm 12,400mm 刀具磨损后3刀具直径482mm刀具最大荷载315kN中心双刃滚刀数量4把单刃滚刀的数量71把刀刃总数量79把4推进系统最大推进能力35625kN 310 bar / 39584kN 350 bar开挖行程1850mm油缸数量4 个5刀盘驱动类型电动机械式,硬岩刀盘驱动功率4900kW,14个水冷马达,每个350kW,变频驱动主轴承设计寿命1500
5、0h 根据 ISO 281 L106撑靴系统类型浮动撑靴撑靴撑力98960kN 315bar / 109956kN 350bar油缸数量4个油缸行程测量装置2个尺寸1000mm x 720mm / 行程 +/-500mm作用在岩体上的额定压力 4.5 N/mm 7后部支撑撑腿数量2个油缸数量4个尺寸280mm220mm / 行程: 1750mm行程测量装置数量2个额定压力350bar支撑力8620kN8电气系统初级电压10kV/ 50Hz电机回路690V / 400V / 230V / 50Hz控制系统PLC, S7高压电缆设备IP65或相当其它电器设备IP65或相当适用于1/3包其它电器设备
6、IP55或相当 适用于2/4包9TBM皮带输送机长度大约26m宽度1400mm排量 约 1,200t/h速度0-2.5m/s粒径0 -300mm10环行拼装机位置刀盘盾之外能力15吨旋转360驱动类型液压驱动控制装置刀盘盾后安装的固定控制台11环行定位安装装置/钢筋网安装器能力最大环重量10-15吨纵向行走2,400mm12L1区域的混凝土喷射设备功率7.5kW驱动类型液压驱动纵向行走3m操作角度18013L1区域锚杆设备最大可用钢钻杆长度4310mm冲击力18kW/个旋转速度0210min-1/个旋转扭矩700Nm/个打锚杆的围360钻机纵向行走2000mm14超前钻探设备供给单元2个ARO
7、 ADQ-5400 1个在顶部,1个在底部钻进/回缩力13kN类型双头旋转-旋转冲击组件EURODRILL RH1400-HD4008记录系统数量1个供2个钻进单元使用TBM后配套的主要技术参数见表2。表2 TBM滑坡体主要参数表序号名称规格型号单位数量1通风风管直径3,000mm套2容量200m2空气清洁系统能力10m3/s套2带通风机输入电压400V输入频率50Hz3风机能力38m3/s套1压力损失1,000Pa输入电压400V输入频率50Hz4风管 直径800mmm6005高压电缆卷筒卷起电缆长度500m套2速度370mmq力20kVA输入电压400V输入频率50Hz高压软电缆速度3 x
8、 70mmqm1,100力20kVA6水管卷筒管直径4套1能力100m输入电压400V输入频率50Hz7L2 区域湿喷设备：环喷射角度围260套2喷射长度12m喷嘴数量2喷嘴控制板 2喷嘴液压动力单元 28L2 区域湿喷设备：喷射机器-泵双活塞类型套2能力20m3/h最大压力50bar泵 的液压动力34kW加速剂泵1有 PLC,加料斗和附件9L2 区域湿喷设备：空压机能力11m3/min套2最大压力13bar安装功率90kW输入电压400V输入频率50Hz10后配套区域后端湿喷设备：环喷射角度围260套1喷射长度3m喷嘴数量1喷嘴控制板 1喷嘴液压动力单元 111顶部锚杆设备：超前钻机小型功率
9、18kW套2小型频率50-65Hz最大液压压力210bar转速 0 - 210rpm最大旋转压力150-210bar轴适配器R32, R38, T3812顶部锚杆设备：超前钻机滑动装置适用于上述超前钻套2最大杆长4,310mm钻杆添加系统全机械最大杆直径32mm13顶部锚杆设备：超前钻机和滑动装置的动力单元适用于如前述的2个超前钻机和滑动设备：套1液压油箱1冲刷系统1润滑系统1动力单元输入频率50Hz动力单元输入电压380-400V顶部锚杆设备：超前钻机和滑动装置的控制面板适用于如上述超前钻机和滑动设备、动力单元套214顶部锚杆设备：环适用于如前述的2个超前钻机和滑动设备：套1液压马达 2动力
10、单元1控制板2角度围27015TBM主变压器输入/输出电压20.000 / 690V套2功率3,200kVA频率50Hz输入液体类型 VDE 05324.TBM掘进机主机及后配套技术说明海瑞克掘进机采用最新设计。所有刀具均为背装式。刀具的检查和更换在刀盘进行。驱动轴承组件非常紧凑,这样可以在刀盘后面离掌子面尽可能近的地方进行支护工作。稳定可靠的无级变速电驱动可以在通常条件下提供机器最大掘进进度以及液压驱动的所有优点,如高扭矩、低速、遇到恶劣地质条件时平稳反转运行。支撑系统为单撑靴,为掘进机提供稳定和准确的导向。掘进过程中可操纵机器进行调向,使掘进精度更高。在需要安装钢拱架或围岩软弱时,支撑系统
11、的撑紧压力可随推进系统压力作比例调节,使得撑靴不致于破坏围岩。同时单撑靴机构在掘进机顶部和下面为支护作业提供了更大空间。隧洞支护辅助系统锚杆钻机、钢拱架安装器、锚网设备安装在刀盘后部、撑靴之前。通过这些系统,可以在掘进机掘进的同时进行支护作业。变频电机直接安装于主轴承驱动机构上,为后部的锚杆、锚网和拱架安装作业提供了最大空间。推进油缸在两侧连接主梁和撑靴机构,其所处的位置同样也能为前面留出最大空间。刀盘四周的许多刮板和铲斗通过刀盘中空结构将岩碴输送至主梁中间的主机皮带机上。TBM主机部分由刀盘、主轴承驱动组件及机头架、主梁、撑靴、推进油缸、后下支承、主驱动密封及润滑系统、液压系统、电气设备、司机室、变压器等组成。辅助设备：锚杆钻机、超前钻机、钢拱架安装器、混凝土初次喷射机构、主机皮带机。后配套系统包括若干单轨台车和后配套皮带机。主要由以下系统组成：桥式皮带机、若干台车、支护设备、材料运送、液压系统、供排水、空压机、通风等,它能为掘进机作业提供动力电供应、石渣转运、压缩空气供应、供水、通讯等等。桥式皮带机尾端的支点在第一节后配套台车上,前端支承在掘进机主梁上,它把石渣转运到后配套皮带机上,在倒入连续皮带机的受料斗。所有的台车都由重载车轮支承,台车上安装有众多的辅助设备,并有人行通道方便作业人
