雅砻江锦屏二级水电站东端
1#、2#引水隧洞工程
1#TBM通过预留底部1m试验洞段施工措施
锦屏二级水电站东端1、2引水隧洞工程施工（C4标）
中铁十八局·中水七局联合体
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二0一0年五月二十二日
中铁十八局·中水七局联合体项目经理部
雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程 1#TBM通过高岩爆预处理试验洞段施工措施
批 准： 审 核： 编 制：
1#TBM通过高岩爆预处理试验洞段施工措施
一、 编制依据
1、2010年3月29日1#TBM施工管理总结专题会（《专题会议纪要》会议纪要（ETIJP/ZTHYJY/034/2010））；
2、依据2010年4月8日管理局（西端204）会议上决定，我部上报的《关于1#引水隧洞TBM实验方案断面图的报告》（18·7/ETI/252/2010）；
3、2010年5月20日在2#营地会议决定。
二、 工程概况
1#引水隧洞高岩爆预处理试验洞段为引（1）11+976～12+127段，共计长151米。该段为Ⅲ、Ⅳ类围岩，其中Ⅳ类围岩占55%。岩性为灰白色厚层细隐晶大理岩和黑色薄层状大理岩，岩层弱风化，层理沿层面错开，多溶蚀发育，有挤压破碎带。
实验段断面图
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三、 组织机构及人员投入
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 人员 孔凡成 曹海涛 陈拥军 杨国清 徐明新 曾绍毅 尹双武 岳鹏 汪守印 吕二超 周祥志 TBM技术部 工程质检部 掘进一班 掘进二班 整备工班 运输工班 风水电工班 后勤保障 合计 职责 总负责 现场总负责 土建技术总负责 TBM设备技术总负责 TBM监测技术总负责 TBM操作总负责 TBM主轴承监测负责人 TBM刀具检查负责人 TBM主梁螺栓检查负责人 TBM掘进一班负责人 TBM掘进二班负责人 编制设备及备件采购，制订各种管理制度 技术方案制订、技术交底、测量、质量检查等 负责掘进、支护 负责掘进、支护 负责TBM设备维护保养 负责所有材料、设备的运输 负责风、水、电的供应 负责材料的保管、加工、其他后勤保障 数量 1 1 1 1 1 1 1 1（整备班） 1（整备班） 1（掘进班） 1（掘进班） 6 10 87 80 78 46 12 60 387 四、 设备投入
1、原投入设备见实施性施工组织设计。 2、实验洞段需新增的设备见下表
序号 1 仪器名称 挖掘机 规格型号及精度 PC200 产地 日本 数量 1 用途 清理刀盘前大石块 第 2 页
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2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 自卸汽车 竖向拾振器及放大器 加速度放大器 应变式加速度传感器 信号调理器 抗混滤波器 数据采集仪 智能信号数据分析 精密数字位移计 超低频振动台 无线应变测试系统 ND3229 941 YE5864（16通道） Lance YD-36 Lance 0201 Lance1201（16通道） INV306U-5160（32通道） INV306型 LVDT DA-10 XS-1 DH5908 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 4 8 1 16 1 1 1 1 4 1 1 大石块运输 振幅测试 振动测定 振动加速度测定 加速度测定 振动测定 动态数据采集 数据分析 动挠度测试 传感器标定 刀盘振动测试 五、 施工措施
（一）试验断面选择依据
本次试验的目的是为确保TBM设备安全通过，一是地质上，试验段为不良地质段段，预处理后可以最大程度确保安全；二是设备本身，试验段采取何种断面及参数能最大程度保证安全，主要部件尤其是主轴承不受损坏。
基于此，需对几种预留断面形式进行理论计算分析（详见附件3：1#引水隧洞底部预留0.25~10mTBM开挖推力分析表），最终选择预留1米断面进行试验。 （二）掘进施工
为保证TBM正常通过试验段，减小刀具、刀牙的损坏，确保主轴承及主机结构完好，特制定相应操作参数，主司机务必严格按照规定的参数操作TBM,严禁违规操作。
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1、掘进参数选择
TBM操作参数中能直接控制的两个变量为推进流量和刀盘转速。在实际操作中，推进流量恒定的情况下，推进压力随围岩状况变化，并影响推进速度；刀盘转速对出渣量影响明显，在一定程度上影响推进力及推进速度。所以，对参数的规定仅限于推进力及刀盘转速。
推进力由两部分组成，刀盘的压力和推进的摩擦阻力。实验段断面预留TBM开挖部分面积为4.6m2，占全断面开挖面积的4%，接触岩面的刀数量最多为3个，最少为1个（73#、74#）。因此，为保护刀具，刀盘的总压力最大为单刀最大载荷315KN。
推进摩擦阻力由主机重量产生的摩擦力和侧护盾撑紧产生的摩擦力组成（后配套牵引处于浮动状态，不计）。摩擦系数选择0.35。推进摩擦阻力为0.35×（1400+120）×10=5320KN。（此数值需通过空推实验来校核，根据实际值来调整总的推进力）因此总的推进力为315+5320=5635KN，系统推进压力为71bar，在此推力下掘进速度将会很慢（刀具对岩石不是切削作用，而是磨削）。
刀盘转速的设定从2.0rpm逐渐递增，最高转速控制在3.0rpm，并根据实际刀具、刀牙的损坏及主机振动情况选择最为合适的转速。 2、掘进操作注意事项
（1）在进入半断面时，后退刀盘50cm,将顶支撑收回，然后空推，记录此时推进压力，以对设定的推进压力及单刀荷载进行校核；
（2）在进入半断面前，调整TBM主机姿态至正常值，水平偏差不超过2cm，垂直偏差不超过1cm，以减少在半断面试验段的调向动
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作；
（3）掘进过程中，采用小幅度调向，每循环调向次数建议不超过4次。 （二）支护施工
1#TBM对支护后内轮廓尺寸要求比较高，撑靴油缸伸出的最大极限为790mm，正常情况下为650mm，因此对试验段的支护要求比较高，必须保证撑靴2/3的部位要与洞壁接触，必须对钻爆法开挖面进行锚喷支护，使最终轮廓尺寸及形状适合撑靴通过。
在TBM通过2-1横通道时，左侧撑靴接地面积为64%，根据改装洞开挖经验，与横通道交口处底部尖角部位会出现塌落，为了保证较大的接触面积，可以采取左侧施作局部拱架，拱架范围覆盖横通道地面至撑靴底部，施工锁腰锁脚锚杆、挂网，并用喷射混凝土填平，以保证撑靴顺利通过。 （三）撑靴部位处理
为了更好的通过试验段，我部建议对撑靴采取必要的改进措施，在撑靴外部挂设皮带胶皮，将整个撑靴外表面覆盖，每侧增加10cm，可以弥补喷砼后的表面平整度缺陷及少量超挖对撑靴油缸的限制。对超挖严重部位采用临时加垫枕木的通过。 （四）刀盘相关配件储备
根据改装洞掘进数据分析，考虑到许多未知的因素影响，刀盘相关备件必须储备充足，以免影响正常掘进。建议Robbins库房储存19”滚刀60把，刀牙500个，刀牙螺栓M24×60 ，10.9级（1000
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个），M24×120，10.9级（500个）。
考虑到主轴承在半断面掘进过程中受到偏载，建议Robbins库房储存刀盘与主轴承连接螺柱（5750004531）10根（配套螺母、垫片、保护帽），另外需Robbins提供螺栓张紧器（B105938-1）一台。
在半断面掘进工程中，便于刀盘的检修，鉴于前期刀牙损坏情况较严重，刀牙座安装表面不平是原因之一，建议将除3#外其余11个铲斗仓内靠近中心部位的一块刀牙座更换，需Robbins提供。另外可以同时检查刀盘表面的磨损情况，建议Robbins储备适量耐磨板。 （五）TBM与钻爆法贯通断面误差处理
从距离贯通面120米开始调整TBM姿态，保持TBM掘进轴线和调和偏差在5cm以内；贯通处5米范围的锚杆采用玻璃纤维锚杆，喷射混凝土支护断面较实验断面大5cm,TBM撑靴通过该段时利用L1区应急喷射混凝土进行补喷，确保撑靴能撑到边墙。 （六）编写试验大纲
编写TBM通过1m预处理洞段试验大纲，派专人按照试验大纲进行记录掘进参数、刀具损坏数量、换步时间、主机故障等试验数据，再根据记录的数据进行分析，总结TBM掘进底部预留100cm岩石的隧洞段施工能力，为TBM快速通过高岩爆预处理洞段提供可行性依据。（见 附件2：TBM通过1m预处理洞段试验大纲） （七）聘请外方司机操作
在试验段掘进施工时，聘请有经验的外方操作司机进行TBM操作。
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（八）加大施工过程的各项检查
在进入试验段施工前，将对TBM刀盘、主轴承（油样、轴承间隙、连接螺栓）、主机连接件进行全面的检测和记录（已完成），以此作为参考，将在试验段施工期间及完成后均对上述参数检测，记录有何变化，及时采取措施处理。
掘进过程通过2#洞的横通道到刀盘前方，安排专人观察刀盘及刀等各个部位的工作状况。每一个掘进循环换步时增加刀盘的检查频率，应加强对边刀（尤其73#、74#）的检查。对损坏的刀具及刀牙及时进行更换，减少对刀盘进一步的损坏。 （九）刀盘前大石块清理
配备一台挖掘机和2台自卸车，随时清理刀盘前方的大块岩石。挖掘进机清理大石块时，安排2名安全值班人员分两班进行指挥。 （十）聘请专业机构进行掘进过程的相关项目监测
聘请石家庄铁道学院的专家，制定监测方案和措施，对掘进过程的相关项目进行监测，主要针对机器在全断面与实验断面的震动情况、掘进参数、应力情况及油样进行监测，确保设备安全。（具体见附件4：TBM振动试验大纲）
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