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1、采用 TBM 机掘进煤矿斜井的施工1. 工程概述新街台格庙矿区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内， 根据总 体规 划、环境及煤层赋存条件，将南部一号矿井的主井、副井采 用 TBM 进行 斜井施工。两斜井均米用 6下坡，斜井口与底部相 对高差 660.多米。 长度均为6300m （其中明槽段200m TBM施工段6100m,开挖断面直 径7.6m，衬砌后内径6.6m,外径7.3m。是目前国内首次利用掘进机施 工煤矿斜井。为确保斜井的施工, 要做好： 掘进机选型、 施工,碴土外运、预制管片运输、拼装,斜道的设置,通风、给排水等工作。2. 工程地质及水文情况 矿区地质特点：地层均匀,层状分布,地质构造简
2、单,斜井 穿越的地层为风积砂、砂岩、砂质泥岩和煤层等地段,矿区内地 层有三叠系、侏罗系中统延安组、直罗组和安定组、白垩系下统 志丹群、第四系。其 中岩石主要以砂质泥岩、粉砂岩,次为中细 粒砂岩为主,岩石的抗压强度不高，多在20 60Mpa之间，岩石 质量指标（RQD值较低，平均60% TBM 隧道掘进在山类围岩中 掘进长度为 4887 延长米,在 W 类围岩中掘进长度为 1221 延长米。 地层含水层富水性微弱, 补给条件和径流条件较差, 涌水量较小。 该地层适合采用掘进机施工。3. TBM 掘进机选型根据斜井的地质情况 , 为适应斜井施工选择了具有土压平衡 功能的 单护盾TBM （以下简称单
3、护盾TBM。通过拆除主机皮带机刀盘溜渣 板、刀盘椎板，缩回并密封接渣斗，安装螺旋输送 机等步骤实现 TBM 模 式与 EPB 模式的转换。充分考虑了工程大埋 深大坡度下坡掘进的特 点，满足开挖管片衬砌出渣特殊 地层处理等相关工序的要求，系 统完整安全，确保在规定的工 期内优质完成本斜井段的掘进。单护盾 TBM 采用分块设计，便于运输现场组装洞内维修 和拆 卸。设计的通风除尘冷却系统能保证工作区域有适宜的 工作环境， 具有风水电通风供应管线自动延伸功能。配备 超前钻机和地质钻 机， 超前地质预报和超前地质处理。 设计有完 善的材料供应系统及起 吊设备和良好的安全作业空间。 具有有毒 有害气体检测
4、通讯闭路电 视监视系统。设计还考虑到大量涌 水反坡排水，配备排污系统，保证设 备人员安全；若涌水超过排 污系统能力时启用保压模式，将主机皮带 机接渣斗缩回，并密 封接渣斗， 通过防涌门两侧的球阀控制进入主机 的水量并及时将 涌水排出。4. 施工方法4.1 总体施工方法根据工程特点和设计， 本着“关键先行， 辅助紧跟”的原则 组织 施工。总体施工方案如下：4.2 TBM 隧道施工始发段：明挖斜井（205m结构）施工完毕后，掘进机在地 面拼装段（100m进行地面组装。掘进机主机托架底部预埋的钢板及设置反力支 撑装置， 通过液压千斤顶推至掘进机始发段； 掘 进机后配套台车通过 铺设轨道滑行至掘进机始
5、发段。 反力架洞内 拼装完成后满足掘进机始发 条件。正常掘进段： 掘进机正常掘进通过无轨胶轮车相互错车运输 管 片，皮带机循环出土。 掘进机掘进施工劳动组织采用 2+1 班的 形式 （即两个掘进班，一个维修保养班小组），两个掘进班每班 工作 10 小 时，维修班每天对掘进机进行 4 小时的强制性维修保 养。掘进机掘进一 个循环包括：掘进、出碴、拼装管片、吹填豆 粒石、同步注浆、轨线延 长、管片及材料运输。 到达段：掘进机掘进至终点里程后，掘进机后配套、盾体内 的部件 和刀盘都需要进行拆除， 盾壳留在隧道内作为隧道的支撑 结构的一部 分。TBM 在斜井隧道的始发、始发前的准备、试掘进、正常掘进、
6、 到达 后的拆解吊出等工作与正常地铁隧道盾构的掘进方法基本 相同，针对施 工中有别与传统工法部分在这里做一介绍：4.2.1 掘进机在正常掘进中掘进模式转换 根据开挖面地质情况的变化， 单护盾双模式掘进机可以使用 单护 盾土压平衡模式、 敞开模式等多种掘进模式转换， 以适应软 弱地层和 坚硬岩层。为高效、快速、安全的施工提供了方便是。4.2.2 碴土及管片运输方法4.2.2.1 碴土输送本工程斜井隧道坡度为 6，线路全长最大达 6314m, 综合 考虑选用连续皮带机运输方式进行碴土的隧道运输。 皮带机出土 采用二级输送 模式，在隧道内外各设置一处皮带储存延伸装置。 在隧道净空尺寸无法 满足储存要
7、求的情况下， 在围岩级别较好的 地段适当扩挖。连续皮带机输送系统布置在成形隧道顶部， 在隧道内的安装 固定采用吊架支撑方式， 吊架通过管片螺栓固定在管片上。 由于 隧道长， 坡度大，连续皮带运输系统设置了辅助驱动驱动装置， 连续皮带运输系 统分段设置。 同时随隧道的延伸， 连续皮带运输 系统设置皮带储存设 置。皮带运输机的皮带储存长度一般在 200 米 400 米，随斜井的延 伸，皮带及时进行粘接延长，以满足掘 进过程中出土的需要。皮带缠 绕存储示意图。皮带缠绕存储示意图4.2.2.2 管片运输 除碴土采用皮带机进行输送， 其它施工材料的 运输全部需要 辅助运输系统来完成，主要运输的材料包括：
8、管片、水泥 浆液、 豆粒石、高压电缆、水管及各类油脂等，隧道内径 6.6 米，坡度 6隧道路面宽度 3.5 米/4.5 米，最大运输距离 6314 米，每环 管片数 量 7 片，管片重量最大单块重量 12.2 吨，常规隧道施工 所采用的工矿 电瓶机车无法满足施工要求， 根据以前大坡度隧道 施工的经验和对设备 的调查了解， 本工程选用无轨轮胎式内燃牵引车进行管片和施工材料的运输。见下面设备参数表运输设备的组成由前后连（两）个牵引机车头和两个管片车 组成， 每趟运输的管片总量为 1 环（7 块），运输车辆的总长 26 米，需要至少每 2000 米设置一处会车平台，解决主巷道不能会 车的问题。无轨轮
9、胎式内燃牵引车设备参数表名称参数发动机功率 225kw最大纵向 /横向工作坡度 14.5 /12长 x 宽 x 高 7200x1990x2100自重 23 吨提升能力（吨） 12 吨 牵引力水平路面 23吨4.2.2.3 斜井车道的设计 斜井管片内径 6.6米，管片外径 7.3米，环宽 1.5米，仰 拱与管片同时预制，宽度为 3.5 米，考虑到隧道施工需大量材 料单车道运行，难以满足施工的需求，所以施工运输车道考虑设 置会车位置，按隧道每掘进1 500 米设置一个变坡会车平台，台宽度满足车辆会车要求并留出足够的安全距离， 平台长度满足 单方向 停放两列车的要求（单列车长约 26 米），平台的设
10、置采 用型钢支架， 同时平台的变坡坡度相对于隧道本身不大于 6 度， 根据运输车辆的宽以保证管片运输 车辆的度，会车平台的宽度需要不少于 4.5 米，平台 的设置位置需错开连续皮带机的叠加驱动部位 通过空间。当会车平台宽度为 4.5米时，隧道运行车道抬高 0.42 米， 按运输 车辆下行时，相对于隧道本身上坡坡度控制在不大于 6 度，下坡坡度控 制在不大于 3度，则变坡的坡长分别为不小于 4.2米和不小于 8.4米。隧道变坡会车平台设计见图隧道会车 变坡平台设计示意图。隧道会车变坡平台设计示意图 单巷道掘进的运输设备数量配置2000 米前隧道需要 5 台（两台运输管片，两台运输物资 或它 用，
11、一台备用）、管片拖车 3 台（两台运输、一台备用）；2000 米后隧道需要 7 台（三台运输管片，三台运输物资 或它 用，一台备用）、管片拖车 4 台（三台运输、一台备用）。隧道还需配置长物料拖车和散装物料拖车各若干以及其它 功能附件。4.2.2.4 运行安全主车制动系统和管片拖车制动系统 内置油侵淹没式多摩擦片四轮轮端制动系统 （带有液压蓄能 器），能够提供总质 量 80%以上的静态制动力，适于重载、长距 离下坡运行。停车制动采用 弹簧制动、液压释放，能够保证在 14.5 度的坡度及 1.5 倍额定载荷下实 施停车制动，并保持静止 状态。采用与主车配套的内置油侵淹没式多摩擦片四轮轮端制动 器，与主牵引车的制动液压输出快速链接， 实现与主车同步的工 作制动和停车制 动， 制动力矩按照 2 倍额定载荷设计， 能够保证 在额定载荷最大14.5 度坡度时平稳停车、制动。注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。
