第八章 TBM施工
8.1 TBM组装、调试、步进
8.1.1 组装前准备
8.1.1.1 组装洞室的结构
根据TBM组装的要求及现场实际地质情况，TBM主机组装洞长75米，宽17.6米，高25.2米；后配套附属洞长90米，宽16.4米，高21.8米。步进洞长217m，前端设20米的出发洞，出发洞采用钢筋砼衬砌。组装洞、步进洞、出发洞的位置及具体结构见附图8－1 。其中在组装洞前部主机组装区域和步进洞内提前施工TBM步进行走需要的混凝土基础及预埋的钢梁。组装洞室施工见钻爆法施工部分。
8.1.1.2 组装洞设备配套
本工程TBM的组装采用洞内组装，TBM进场前将完成对组装洞室的衬砌支护和底部硬化并预埋钢梁；安装组装吊机；相关配套风、水、电设施满足TBM组装及步进的需要。配套设施具体布置见图8-1所示。布置一台2000kVA箱式变压器，靠组装洞室入口左侧布置，作防水处理。三台简易配电柜分别布置于洞壁两侧。照明灯具安装间距为10米，在组装桥吊两侧轨道下部另设照明灯具，间隔20米。以满足洞内组装照明的要求。
主机组装洞内设100×2、40×2桥吊各一台，桥吊安装状态如图8-1所示，后配套组装洞内设40T、20T桥吊各一台。设备组装时应注意以下事项:
图8-1 桥吊安装状态示意图
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移动箱式变压器放大 水管简易配电柜碘钨灯 1KW碘钨灯 1KW行吊高压钠灯 250W高压电缆图 雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计
(1) 各部件均需在厂内组装试运转,带有出厂合格证；
(2) 安装调试后,大车,小车运行机构的车轮与轨道之间不得有啃轨现象； (3) 现场调试时,调好大车,小车的行走极限位置后（图中蓝色位置）,将大车限位开关撞尺和小车行程限位装置分别固定在合适位置；
(4) 现场组装完成时,应分别进行空载,静载,动载负荷和1.25倍超载试验。 桥吊安装过程：
组装洞内安装的桥吊为TBM洞内安装、拆卸的专用桥机，由于组装洞内空间狭小，作业环境较差，桥吊组件需要在地面拼装成较大的组件后吊高到洞室上部安装。由于100t×2桥吊和40t×2的桥吊组装过程基本相同，以下对100t×2的桥吊组装过程进行介绍，40t×2的桥吊的组装参照进行。桥吊的技术参数见表8-1，8-2。
表8-1 100t×2桥吊技术参数表
起重机工作级别 额定起重量 轨距 起升高度；起升速度 大车运行速度 小车吊钩最小距离 电源 1.2-12m/min 变频调速 2.6m 三相交流、380V、50Hz 桥机形式 供电方式 双箱形梁、双运行小车、电动 电缆滑车 操作方式 地面有线控制 A4 100t＋100t 17.1m 15.4m； 4m/min 小车运行速度 整机重量 大车最大轮压 整机功率 1.3-13m/min（变频调速） 113t（不含轨道） 37.5t 约170kW
表8-2 40t×2桥吊技术参数表
起重机工作级别 额定起重量 轨距 起升高度 起升速度 大车运行速度 小车吊钩最小距离 电源 A4 40t＋40t 17.1m 15.4m； 4m/min 1.2-12m/min 变频调速 2.3m 三相交流、380V、50Hz 小车运行速度 整机重量 大车最大轮压 整机功率 操作方式 桥机形式 供电方式 1.3-13M/MIN（变频调速） 76t（不含轨道） 约20t 约65kW 地面有线控制 双箱形梁、双运行小车、电动 电缆滑车 第 142 页
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桥吊安装过程如下： （1）安装准备
人员准备：选定具有大件安装经验的人员组成现场安装队伍，配备一名专职安全员。
吊点安装：按照桥吊吊耳板、地锚布置图的规定设置吊点和锚点，并检查所有吊点的位置和起吊承重能力。并检查所有吊点之间通行位置，确保安装钢丝绳能畅通运作。
场地、道路：保证吊点下面的场地满足主梁、端梁的放置和拼装，留有8t汽车吊作业位置，并保持汽车运输道路的畅通。
工具、机具准备：长臂汽车吊（50t）一台；电动卷扬机（JK-2X、容绳量100m）2台；滑轮组（HD15-4）3只；滑轮组（HD5-3）4只；水准仪、起道器、千斤顶、普通工具若干。供电电源安装在大车悬挂电缆的一侧，为大、小车的临时移动配置临时电缆100m。
（2）安装过程
桥吊的安装过程见图8-2。 （3）安装注意事项
①大车轨道安装时必须保持水平，最大偏差不超过规程的规定。主梁组装时安装的拱度必须符合桥吊参数的要求。
②主梁组装的总成以起吊后最小回转为原则，在组装洞内按照斜向布置方式。 ③小车起吊时钢丝绳连接在小车的底部，以减小吊点和小车底部的距离。 ④大车的悬挂电缆轨道在洞壁上焊接时必须保持轨道的水平，轨道和洞壁之间的距离应保证电缆移动时不和洞壁摩擦。
⑤主梁之间、端梁和主梁之间的高强度螺栓必须按规定扭矩拧紧，并进行校核。 ⑥桥吊安装完成后，进行静载试验，按照最大载重量的125%进行超载试验，检查桥吊主梁的挠度是否符合要求。
8.1.1.3 组装期间的通风
TBM掘进机的组装工作完全在洞内完成，组装时刀盘焊接、运输车辆等设备将产生大量烟尘。掘进机组装的同时2#引水洞与前端步进洞也在进行钻爆施工，产生大量的粉尘，相互之间粉尘污染影响较大，通风条件复杂。
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利用小车的起升机构穿钢丝绳并安装吊钩用相同方法安装第二台小车安装大车、小车的悬挂电缆采用双吊点法起吊小车主梁移回，小车在主梁上安装用洞内预设的吊钩采用梁上单吊点法将总成起吊、回转安装在大车轨道上就位利用临时电源将两主梁利用连接梁连接成为一体按上述相同步骤安装从动轮侧主梁总成主梁向一侧移动流出小车的吊装位置安装主动轮侧平台将主动轮侧的主梁的二端段和中间段放在预设有拱度的安装墩上，用高强度螺栓连接将2件主动轮端梁分贝吊装到主梁两侧，用高强螺栓连接将起吊钢丝绳穿过滑轮组和卷扬机连接，并检查是否缠绕将起吊吊钩在最大行程范围内空运行3次利用8t汽车吊的加长臂安装定滑轮组2台卷扬机安装在洞内两侧的地锚上利用8t汽车吊安装大车轨道将桥吊的电气柜、电阻箱等安装在平台上并和底架固结图8-2 桥吊组装流程图
综合以上情况,我们将采取压入式通风的方案来解决组装期间的通风问题。在1#支洞口安装2台110KW轴流风机向组装洞压入新鲜空气，污浊空气通过步进洞、3#横通道进入2#引水洞排入施工支洞。在TBM组装洞后端及1#横通道口设置风门，防止污浊空气进入组装洞。
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8.1.1.4 TBM的运输
（1）TBM的洞外运输
TBM及连续皮带机的采购由业主完成，并负责将设备运输至漫水湾转运站。我方根据安装计划负责装卸运输至安装场地，运输道路为业主已修建对外交通专用公路，具体运输线路为：
漫水湾转运站→专用公路→牦牛山隧道→锦屏东桥→1560平台→组装洞。 其中超限物件由发包人委托大件运输公司运抵安装洞由我方负责卸车验收。考虑组装洞空间的限制，TBM主机的全部部件无法实现在组装洞全部摆放，需要根据组装顺序确定大件的运输批次。根据TBM供应商计划的组装顺序和组装洞的空间要求，计划运输次序如下：
第一批：顶护盾（1）、侧顶护盾（2）、侧护盾（2）、主梁中段（1）、主梁后段（1）、鞍架（1）、水平支撑靴（2）、步进机构（1）。
第二批：刀盘中心块（2）、刀盘边块（4）、机头架（1）、前下支撑块（1）、驱动组件（1）、驱动电机（14）、主梁前段（1）。
第三批：推进油缸（4）、后支撑（1）、水平支撑油缸（2）、主机施工平台结构件（1组）、连接桥结构件（1组）、主机液压管线、主机电缆。
第四批：后配套结构件、后配套附属设备、连续皮带机驱动装置、皮带储存机构、皮带机结构件。
（2） TBM的场内运输
TBM部件采用无轨运输到组装洞室。主机部件直接从漫水湾经对外交通专用公路运到组装洞室进行交接卸车并按计划摆放各部件，待主机安装完毕前后配套从漫水湾转运站分批运至组装洞组装。这样可以最大限度的避免对施工场地的占用。运输路线为：
小水沟隧道→1560平台→高线公路→东引2#支洞（东引1#支洞）→1#引水隧洞→组装洞。
8.1.1.5 TBM的验收
验收以发包人的验收工作为主，我们将在TBM设备到场后积极配合发包人的各项验收工作。验收工作由项目部组织设备、资料、技术等部门，根据工作计划配合发包人相关部门进行开箱检查和验收，确保TBM设备部件在运输过程中无损坏和缺漏。
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开箱检验包括设备内外包装情况、货物数量和规格、货物外表质量、检查实物、技术资料与装箱单是否相符，设备配套是否齐全（包括附件、软件、专用工具、辅料、备品配件等），设备外观有否残损、锈蚀、变形（必要时现场拍照），检验完成后有关各方在开箱检验单会签。
检验验收过程同时进行TBM配套技术资料的验收。配合发包人完成资料的归档，并征求发包人意见根据施工需要保留必要的份数于投标人TBM技术室存档。
8.1.1.6 部件在组装洞室的摆放
考虑到主机超限部件的卸车及主机组装的需要，部分主机大件将直接从漫水湾转运站运至组装洞室卸车。具体摆放见附图8-2所示。
8.1.1.7 组装人员配备
根据招标文件的要求，TBM组装由设备供应商提供技术人员进行指导，我们提供劳力支持，将针对TBM组装的特点按照3班作业的模式，组织专业技术人员和相应专业的专业人员进行如下配置。见表8-3。
表8-3 TBM组装人员计划表
班组 技术组 机械组 液压组 电气组 保障组 安全员 合计 人员配备 专家人数：5人 技术人员：6人 技术工人：30人 技术人员：8人 技术工人：25人 技术人员：8人 技术工人：25人 45人 4人 156人 备注 3班作业 3班作业 3班作业 其中总调度1名，调度3名、司机若干 3班作业 8.1.1.8 组装工作组织
掘进机的组装完全在组装洞中进行，我们将根据TBM供应商的人员安排及工作时间安排组织组装工作，采用二班作业制。除供应商在现场负责项目外，安排一些非关键项目不在供应商的工作时间内由自己独立完成，以加快组装进度同时保证关键项目有TBM供应商的现场指导确保组装质量。
8.1.1.9 组装设备配备表
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TBM的组装完全在组装洞内进行，组装时主要将配备设备如表8-4。
表8-4 TBM组装主要设备计划表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 设备名称 桥吊 桥吊 桥吊 桥吊 各类吊具 架空支架 叉车 叉车 变压器 空压机 电焊机 电焊机 气体切割机 升降台 压管机 液压扭矩扳手 空气冲击扳手 各类打磨机 通用工具 水泵 临时通讯设备 临时液压泵站 规格型号 100t×2 40t×2 40t 20t 15米 6吨 标准 2000KVA 0G08F～11F BX1-400 SMAW焊机 14米 50YW20-7 无线对讲机 45kW 数量 1台 1台 1台 1台 备注 若干 导链、吊带、钢丝绳等 4个 2台 2台 1台 1台 2台 2台 2台 4个 1套 1套 若干 5套 4套 4套 1 可伸缩悬臂式 全地形 组合变电站 包括配套设备 切嘴尺寸0-6# 包括配套切割设备 包括全套驱动头 包括配套水管 1套 包括动力站、各类套头 8.1.1.10 组装要求
（1）制定详细、可行的主机、后配套、连续皮带机的安装计划。 （2）组装前对各元件进行详细的标识。
（3）提前做好技术培训，使参加组装人员了解TBM的结构性能。 （4）组装时与外方人员紧密配合，做好专职翻译人员配备。 （5）制定合理的组装材料、机具、配件计划。 （6）严格控制组装质量，做好组装记录。
（7）设置专职的质量控制组和安全控制组，全程监控TBM的组装工作。
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8.1.2 TBM的组装、调试 8.1.2.1 设备组装流程
TBM的组装主要分为主机的组装、皮带连接桥的安装、后配套的安装、连续皮带机的安装。其中主机大件由汽车直接运至组装洞，后配套、连续皮带机经漫水湾转运站分批运到组装洞组装。主机组装完成前将后配套运至现场。后配套与主机渐向变段步进后开始皮带机安装平台及皮带机终端的安装。皮带机终端与移动尾端完成连接后掘进机开始正式步进。组装步骤见图8-3。
主机部件进场、验收 主机组装 主机的调试 后配套验收、运输 主机步进前移 组装洞轨道铺设 连接桥与1#台车安装 香蕉皮带机安装 前移 后配套安装 TBM整机步进 皮带机驱动安装、调试 皮带安装 TBM步进到出发洞 图8-3 TBM组装步骤图
8.1.2.2 主机的组装
TBM主机大件直接在组装洞内卸车验收，组装由我方人员在设备供应厂商的专业人员的指导下完成。主要部件采用无轨运输至组装洞，洞内提前预埋TBM步进轨道，部件在轨道上进行安装。组装部件可分为刀盘中心块、刀盘边块、竖直下支撑、机头架、主轴承及密封、主梁前段、主梁中段、主梁后段、鞍架、撑靴、推进缸、
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后支撑总成驱动总成和各类护盾、步进机构等部分。组装步骤为：
（1）将竖直下支撑放置在组装区域前端。
（2）将机头架水平放置在底板上，将主轴承安放在机头架上，连接后将其竖直放在下支撑上。
（3）将主梁前端安装到机头架上，受料斗和皮带机架安装于机头架内部。 （4）安装支撑鞍架总成到主梁后端，安装上支撑油缸到支撑鞍架上。 （5）安装上支撑油缸、推进缸和撑靴到支撑鞍架，同时安装后支撑总成。 （6）安装主驱动总成和侧支撑到机头架上。
（7）将两块中心刀盘安装在一起并竖直放置，与四个外围块共同方在安装区域前端。
（8）将拼好的两片中心刀盘安装到机头架上。 （9）将步进机构沿轨道推到安装位置并安装到位。
（10）安装环形支架、钻机、超前钻、梯子、脂润滑泵站系统等附属设施。 （11）将刀盘边块与中心刀盘连接，安装顶支撑和侧支撑。 （12）主机皮带机安装。主机组装具体流程见附图8-3所示。
8.1.2.3 后配套的组装
受到现场存放场地和组装场地的限制，后配套组件到达漫水湾转运站经验收和标识后，暂时存放于转运站；在主机组装即将完成前，分批按计划运往组装洞室组装。主机步进离开组装洞后，后配套系统可按连接桥、1#台车至斜坡尾段的顺序进行组装，并依次与整机连接。组装洞内后配套组装区域长90m，垫碴并铺设轨道，后配套在轨道上安装，随主机向前步进。为了组装轨道与2#支洞轨道平缓连接，轨道设1％坡度。
8.1.2.4 连续皮带机驱动装置布置
皮带机驱动装置安装在组装洞室，为了施工运输的需要，在组装洞渐变段逐渐抬升皮带。组装洞中设皮带终端安装平台，依次将皮带存储机构、张紧机构及泵站、硫化平台、皮带卷筒、主驱动系统安装在平台上，总长度约100米。在平台一侧设有行走平台，驱动装置连接向东引2#支洞的转渣皮带机。具体结构见附图8-4。
8.1.2.5 连续皮带机组装
当TBM后配套完成安装向步进洞室步进时，在组装洞室浇筑一个连续皮带机安装平台，将皮带存储机构、张紧机构、硫化平台、主驱动系统等设备安装于平台上
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并逐项调试。在掘进机完全离开组装洞室后，安装后部的皮带支架及配套滚轮，待皮带机终端全部安装完成后将终端与后配套处移动尾端连接。具体流程如图8-4。
皮带安装、硫化连接 安装隧洞皮带支架 安装转渣皮带机 皮带的硫化、存储 皮带机终端的安装 浇筑皮带机平台 图8-4 连续皮带组装流程
8.1.2.6 TBM掘进机的调试
TBM整机组装完成后，需要对掘进机各个系统及整机进行调试，以确保整机在无负载的情况下正常运行。调试过程可先分系统进行，再对整机的运行进行测试，测试过程中应详细记录各系统的运行参数，对发现的问题及时分析解决。掘进机的分系统可分为液压系统、电气系统及机械结构件等。调试流程如图8-5。
电气系统设备的调试内容可分为：电路检查、分项用电设备空载检查、分项用电设备加载时的检查、各设备急停按钮的检查、控制系统的检查等；
液压系统设备的调试内容可分为：空载和加载时泵和液压管路的调试、加载时执行机构的运行情况。步进系统的调试在主机安装完成后就进行，主要分为：液压泵站负载运行时的状态和步进机械结构运转情况。
其余各分系统调试根据组装和步进程序组织实施。各系统运转情况正常后再进行整机的空载调试。
8.1.2.7 连续皮带机的调试
连续皮带机负责为TBM隧道施工出渣，主要由皮带存储系统、主驱动系统、皮带张紧系统、皮带、和各类托滚等部件组成。连续皮带机的调试先进行单项系统的调试再进行整机的调试。
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调试准备 结构件调试是润滑系统调试正常整机调试正常是试掘进液压系统调试电气系统调试否否 导向系统调试水系统调试支护系统调试其系统体调试 图8-5 TBM调试流程图
单项系统的调试主要分为：
（1）主驱动装置的调试，电机的启动运行调试；
（2）张紧装置的调试，电动张紧装置的试运行及辅助液压系统的调试； （3）各从动滚和各类托滚的调试，对于可手动转动的托滚应手动逐一检查； （4）刮渣器、刮渣板的调试，刮渣器应与皮带表面紧密贴合； （5）检查各注脂口是否已注脂；
（6）移动尾部的调试检查，润滑管路的运行情况，防护罩安装是否干涉； 整机的调试主要是检查皮带机系统控制系统运行情况，皮带机是否接触皮带架，皮带是否有跑偏现象，各皮带滚处有无噪音或过热现象；整机调试是过程中，应派专门技术人员负责详细记录各系统的运转参数，作为今后的掘进参考依据。发现问题及时记录、分析解决。
8.1.3 TBM的步进
8.1.3.1 步进前的准备工作
（1）对后配套组装时的步进过程进行总结，制定详细可行的步进计划； （2）步进前对轨道的安装就位情况进行检查，防止其发生损坏或变形，如有变形情况的发生应立即修复；
（3）对轨道的标高进行测量检查；利用辅助泵站校验步进机构的状态；
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（4）必要时对TBM步进时可能发生干涉的区域进行修复。 （5）配备专职安全员负责步进阶段的安全工作。
8.1.3.2步进机构
本 TBM掘进机采用预埋钢梁进行步进，步进洞长度为197米，坡度为0。最终进入长度为20米全断面钢筋砼衬砌的出发洞室。整个步进过程处于平坡段。
8.1.3.3步进至出发洞
出发洞为直径12.5米的圆形结构，钢筋砼衬砌后满足TBM水平支撑靴支撑要求，下部预埋钢轨。TBM步进至出发洞后，用撑靴撑紧两侧洞壁，撑靴与竖直下支撑共同将机器撑起，步进机构被拆去并从组装洞中运出。利用自身导向机构对掘进机重新定位，为试掘进做好准备。TBM步进到出发洞后的状态入图8-6所示。
8.2 TBM（掘进）开挖方法说明
8.2.1 试掘进
8.2.1.1 试掘进组织
撑靴出发洞 钢轨撑靴 图8-6 TBM主机进入出发洞状态示意图
TBM掘进机组装完成步进进入出发洞后，拆除步进装置开始试掘进施工。试掘进长度为2km，前1km由TBM供货商示范操作并负责对承包人完成培训；试掘进后1km由承包人负责操作，TBM供货商负责技术指导。
针对发包人的安排，项目部将根据将来正常施工的工班组织配备人员，在前
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1kmTBM供货商示范操作时TBM技术人员和操作人员和供货商进行充分的学习。同时完成正常的辅助作业，包括锚杆、喷射混凝土、轨道和轨枕的施工。
后1km施工时TBM技术人员和操作人员进行独立操作时，必须按照供货商指定的操作程序进行施工，以保证设备的正常投入运行。
8.2.1.2 试掘进的目的
试掘进段主要检验TBM掘进机和连续皮带机的协调情况、液压系统、电器系统和辅助设备的工作情况，完成对设备进行磨合。
试掘进期间为配合发包人对设备的验收工作，将根据发包人的要求完成对各个单项设备进行功能测试。并通过对各设备系统作进一步的调整，使其达到最佳状态，具备正式快速掘进的能力。
通过TBM试掘进段的施工，使操作人员熟悉TBM各项设备的性能，总结出使用本型号TBM的成功经验以及在引水隧洞地质条件下TBM掘进参数的选择及控制措施。
8.2.2 开挖施工 8.2.2.1 破岩原理
在完整、密实、均一的岩石中，刀具的刀刃在巨大推力的作用下切入岩体，形成割痕。刀刃顶部的岩石在巨大压力下急剧压缩，随刀盘的回转和滚刀的滚动，这部分岩石首先破碎成粉状，积聚在刀刃顶部范围内形成粉核区。
刀刃切入岩石和刀刃的两侧劈入岩体，在岩石结合力最薄弱的位置产生多处微裂痕。随着滚刀切入岩石深度的加大，微裂纹逐渐扩展为显裂纹。当显裂纹和相邻刀具作用产生的显裂纹交汇或显裂纹发展到岩石表面时，就形成了岩石断裂体和一些碎裂体。岩石断裂体一般呈：厚度：δ≤贯入度mm；宽度：a＝λ（刀间距）－b（刀刃宽度）；长度：L≤刀间距；裂纹角：α＝18°～30°见图8-7。
刀间距
切深断裂体bδ
碎裂体α粉核 微裂纹显裂纹L图8-7 刀具破岩机理示意图 第 153 页
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8.2.2.2 开挖施工 8.2.2.2.1 施工组织
本工程TBM施工采取三班制，两班掘进一班整备，掘进工班每班工作9小时，整备工班工作6小时，每天上午8：00-14：00整备。工班配备主要人员见表8-5。
表8-5 TBM施工人员配置
工班 工种 工班长 TBM司机 机械工程师 电器工程师 土木工程师 测量工 掘进一班 刀具组 锚杆组 喷射混凝土组 底部清渣、轨枕、轨道铺设组 风水及供给保证组 连续皮带机组 排水组 人员小计 掘进二班 同掘进一班 工班长 TBM司机 机械工程师 电器工程师 土木工程师 测量工程师 整备工班 刀具组 土木组 连续皮带机组 运输组 机械保养修理组 电器维护组 人员小计 合 计 人数(人) 1 1 1 1 1 1 3 7 6 7 3 4 4 40 40 1 1 2 2 1 1 8 6 8 8 8 4 52 132 8.2.2.2.2 施工准备
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（1）接通隧洞内的照明。
（2）接通TBM主机变压器的电源，使变压器投入使用。待变压器工作平稳后，接通二次侧的电源输出开关，检查TBM所需的各种电压，并接通TBM及后配套上的照明系统（此项工作在初始掘进施工时进行，除高压电缆接续施工外，一般保持TBM变压器连续工作）。同时检查TBM上的漏电监测系统，确定接地的绝缘值可以满足各个设备的工作要求。
（3）检查气体、火灾监测系统监测的数据、结果。确定TBM可以进行掘进作业。确认所有灯光、声音指示元件工作正常。所有调速旋钮均在零位。
（4）检查液压系统的液压油油位、润滑系统的润滑油位，如有必要马上添加油料。确认给水、通风正常。
（5）接通TBM的控制电源，启动液压动力站、通风机、TBM自身的给水（加压）水泵。根据施工条件，确定是否启动排水水泵。
（6）确定连续皮带机、风、水、电管线延伸等各种辅助施工进入掘进工况。 （7）检查测量导向的仪器工作正常，并提供正确的位置参数和导向参数。根据测量导向系统提供的TBM的位置参数，调整TBM的姿态，确保方向偏差（水平、垂直、圆周）在允许误差范围内，撑紧水平支撑靴达到满足掘进需要的压力。
8.2.2.2.3 掘进作业
（1）TBM在掘进施工过程中，需根据工程地质图纸、石渣情况、上一循环掘进参数、邻近超前隧洞的地质情况等，对掌子面围岩状态作出准确判断，据此选择相应的掘进模式及掘进参数。
如有必要，可采用超前地质探测，进一步确定前方围岩状态。本TBM配备的超前钻孔探测装置以及采用的可随开挖进行预报的BEAM超前预报系统，可预测前方150m范围内围岩地质情况。为保证超前预报的准确性，施工中初步考虑每次超前预报实施50～100m的距离。
（2）选择掘进参数。根据判定的掌子面的围岩状态，选择推力、撑靴压力、刀盘转速等掘进参数。掘进过程中结合实际掘进参数的变化判断围岩的变化，适时适当调整，同时结合我单位使用TBM的施工经验使掘进参数与围岩状况的最佳匹配。
（3）顺序启动洞内连续皮带机、皮带连接桥皮带机、主机皮带机，并确定其运转正常；顺序启动刀盘变频驱动电机；启动主轴承的油润滑系统、各个相对移动部位的润滑系统。启动掘进机各个部位的声电报警系统，提示进入工作状态。
（4）空载启动刀盘，启动除尘风机，水平支撑撑紧，收起后支撑。
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（5）慢速推进刀盘靠紧掌子面，确定刀盘已经靠紧掌子面后选择合适的推进速度、刀盘转数进行掘进作业。在刀盘和岩石表面接触之前启动刀盘喷水系统对岩石喷水。
（6）操作人员在控制室时刻监控TBM掘进时各种参数的变化、石渣状态等。掘进时根据TBM的设备掘进参数和预计的前方围岩的情况选择适当的掘进参数，包括刀盘转速、推进力、变频电机频率、推进速度、皮带机转速等。并根据围岩的状况变化及时的进行调整。专职安全员进行各设备的运行检查，保证设备运行安全。
（7）换步、调向。掘进行程完成之后，停止推进并将刀盘后退约3～5cm、停止刀盘旋转，伸出后支撑撑紧洞壁，收回水平撑靴油缸使支撑靴板离开洞壁，收缩推进油缸将水平支撑向前移动一个行程。撑靴再次撑紧洞壁，利用连接桥和后配套连接油缸拖拉后配套到位，进行换步，重复掘进准备工作，开始下一掘进行程。
本标段采用的TBM调向过程可以在换步完成后利用水平撑靴支撑洞壁进行调整，也可以在掘进过程中进行微小的调整。
TBM主司机应该在换步过程中，根据测量导向系统所显示的上一循环结束时TBM的方位，本掘进循环调向参考值调整TBM的姿态，确保掘进方向控制在允许的范围之内。如有必要，可以适时在掘进施工过程中进行调整。
掘进机施工流程如图8-8。 轨枕钢梁铺设
图8-8掘进施工流程图
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超出超前预报范围 换步、调向 超前预报范围内 连续皮带机出渣 （隧洞底部清渣） 掘 进 初期支护 不良地质地段超前处理 是 是否实施 超前处理措施 否 超前地质预报 进入下一掘进循环 雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计
8.2.3 隧洞轴线控制
TBM施工采用PPS自动导向系统对隧洞轴线进行跟踪控制，TBM操作人员工根据导向系统数据和指导调向措施及时调整TBM的掘进方向，因此TBM施工的轴线控制主要是对导向系统的控制、使用。
TBM换步流程如附图8-5所示。
8.2.3.1 影响导向系统正常工作的因素
（1）灰尘：若洞内灰尘太大，导致固定全站仪无法前（后视）视到目标棱镜（定向棱镜），使系统无法正常工作。
（2）水雾气：由于本标段掘进洞段地下水丰富，可能出现高压喷射水流，会在目标棱镜和全站仪之间形成水雾，将导致无法前视到棱镜内的照准目标，使系统无法正常工作。
（3）TBM设备阻挡全站仪通视到目标棱镜。
（4）洞内照明不能满足条件全站仪无法测量和定向。
（5）导向系统出现线路故障、全站仪故障等会造成系统无法正常工作。
8.2.3.2 测量导向系统的管理
（1）工程技术人员在施工过程中应及时了解系统的工作状态，对操作室内导向显示屏上出现的任何参数和显示问题及时解决。在掘进过程中做好对马达棱镜、全站仪和后视棱镜的防护。
（2）掘进过程中做好掘进偏差的详细记录，以备核查、分析。
8.2.3.3 掘进方向的控制
操作人员熟练掌握掘进机换步调向技术，对调向工作以超前预判、提前实施调向的原则进行。必须根据技术要求严格控制调向幅度，避免对刀盘边缘的刀具和出渣机构产生大的冲击，造成刀具和出渣机构的损伤。
掘进过程中时刻注意刀盘推力状态，了解出渣情况，综合实际情况正确选择掘进模式、掘进速度等掘进参数，并在掘进过程中随时调向，完全掌握对掘进方向的控制，将掘进方向控制在水平和竖向分别为设计轴线的±100 mm；±60 mm之内。
8.2.4 不同围岩类别TBM施工参数的选定 8.2.4.1 节理不发育的Ⅱ类、Ⅲ类围岩
引水隧洞沿线Ⅱ类、Ⅲ类中厚层中细粒砂岩（T3）、Ⅱ类中厚层大理岩（T2y5）
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段围岩单轴抗压强度较高，分别达到104-152Mpa、98-139Mpa，节理不发育、不易破碎，在此类围岩施工中对TBM的推力的要求为主要要求，首先要保证推力满足破岩的要求，若选择推力小则掘进推进速度太低，将会出现刀圈磨损量很大，而掘进开挖效率不高的效果；如果采用较大推力以获得较高掘进速度，刀具的承载推力较大，可能会造成刀具的超负荷，产生轴承漏油或刀圈偏磨现象，因此，必须选择合理的掘进参数。
根据TBM的设备参数选择电机驱动的高转数进行掘进，正常推力和掘进速度选择TBM全速的35～50％左右。施工过程中应根据需要对刀具择机检查。及时更换磨损刀具，以保证TBM施工的速度发挥。
8.2.4.2 节理发育的Ⅱ类、Ⅲ类围岩
引水隧洞中杂谷脑组大理岩（T2z）、条带状云母大理岩（T2y4）、 互层状砂岩、板岩（T3）、泥质灰岩（T2y6）洞段，围岩抗压强度中等一般在60-90Mpa，破岩需要的掘进推力较小，此时对TBM的主要要求为破岩扭矩的需要，施工应以刀盘的扭矩作为主要参数，随时根据扭矩的需要选择合适的推进速度，并密切观察扭矩变化，调整最佳掘进参数。
8.2.4.3 节理发育且硬度变化较大的Ⅳ类围岩
Ⅳ类围岩段包括板岩（T3）、绿泥石片岩（T1），该段围岩分布不均匀，软硬度变化大，有时会出现较大的振动，所以推力和扭矩的变化范围大，应采用手动控制模式，及时根据观察到的围岩变化和TBM设备的参数变化及时调整刀盘的转数和推进速度。
若刀盘扭矩的变化很大，观察渣料有不规则的块体出现，可将刀盘转速换成低速，并相应降低推进速度，待振动减少并恢复正常后，再将刀盘转换到高速掘进。
当扭矩和推力大幅度变化时，应尽量降低掘进速度，以保护刀具和改善主轴承受力，必要时停机前往掌子面了解围岩和检查刀具。
8.2.4.4 断层带（Ⅳ、Ⅴ类围岩）下的作业
TBM在此类围岩段施工时，应根据观察到的扭矩变化、电流变化及推进力值和围岩状况随时进行掘进参数的调整。
围岩变化通过皮带机上的石渣情况、掘进机状态参数进行观察，当皮带机上出现直径较大的岩块，块体的比例大约占出渣量20～30％时；或TBM掘进施工的推力下降较快、扭矩增加时，应降低掘进速度，控制贯入度。当皮带机上出现连续的不
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断大量块体输出时，停止掘进，待出渣量稳定后对掌子面围岩进行观察，围岩情况确定后变换刀盘转速和推进力控制贯入度进行掘进。根据招标文件中提供的掘进机参数，各类围岩TBM施工拟采用参数见表8-6。
表8-6 各类围岩施工参数表
岩石类别 （抗压强度） 120-150Mpa 90-120Mpa 断层、破碎带及软弱围岩 掘进行程（M） 1.82 1.82 刀盘转数（R/MIN） 2.24-5.0 2.24-5.0 1.2-4.0 1.2-4.0 扭矩范围（KNM） 7509～16519 7509～16519 7509～16519 7509～12319 推力范围（KN） 11351～22703 11351～22703 11351～17653 11351～17653 ≤90-120Mpa 1.82、0.91 1.82、0.91 8.2.5 连续皮带机出渣及材料运输 8.2.5.1 连续皮带机布置
由于TBM掘进速度快，出碴量大，距离长，因此在本工程中采用连续皮带机出碴。连续皮带运输系统主要由主皮带驱动装置、张紧装置（皮带储存仓）、皮带、辅助驱动装置、支撑机构、移动尾部（安装在TBM上）组成。
本标段TBM施工段为自TBM出发洞到标段的分界点位置，总长度为13295m，开挖石渣均采用连续皮带机运输。开挖石渣通过安装在TBM本身的皮带机运送到安装在后配套连续皮带移动尾部，通过连续皮带机运送石渣到东引2#支洞的固定皮带机转运到弃渣场。连续皮带运行示意图见图8-9。
连续皮带机 皮带驱动机构 转渣皮带 固定皮带机 主机后配套 辅助驱动 皮带储存机构
图8-9 连续皮带机出渣示意图
8.2.5.2 连续皮带机辅助驱动安装
由于1#引水隧洞掘进距离达到13km以上，单独依靠一个连续皮带机驱动装置无法实现皮带的正常运行，因此需要在隧洞掘进距离达到6～7km左右时安装连续皮带的辅助驱动。
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辅助驱动根据招标文件提供资料，其尺寸、功率和终端的驱动装置相同。安装前需要在设计好的安装位置上设置的固定结构（结构强度可以保证辅助驱动的正常运行），并适当扩挖洞室保证变压器及配电柜的安装。如图8-10。
图8-10 辅助驱动安装位置示意图
该固定位置安装连续皮带的框架结构时根据辅助驱动的需要设置起伏过渡段，保证辅助驱动安装后不会出现皮带的剧烈起伏。
辅助驱动在洞外组装好，截取一段皮带在驱动的滚筒上按照皮带正常工作的缠绕方式进行缠绕，并在皮带两端预留硫化的接头。辅助驱动安装时首先将运行皮带按照硫化接头的要求断开，辅助驱动安装完成后，将驱动滚筒上的皮带和运行皮带的两个接头进行硫化连接。通过皮带储存机构在试运行皮带的同时完成皮带的张紧。
连续皮带的支撑钢结构在TBM后配套连续皮带移动尾端位置进行安装，安装完成后通过隧洞预先施工的锚杆焊接固定，在皮带结构脱离出后配套后，检查并完善安装的支撑。安装状态如图8-11。
图8-11 连续皮带机钢结构安装示意图
280 410 辅助驱动变压器变压器室配电柜室配电柜变频柜辅助驱动防护罩底座图中单位：cm8.2.5.3 皮带添加
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在连续皮带储存机构中储存的皮带即将使用完前，利用卷扬机构将500m皮带缠绕成规整的一卷放在硫化台位置，在硫化台位置断开连续皮带，并硫化第一个接头，而后利用皮带储存机构将500m皮带平缓、规则的输送到皮带仓内储存，而后在硫化台完成第二个接头的硫化，硫化完成后利用皮带储存机构的张紧装置将皮带调整张紧到正常施工状态。
8.2.5.4 连续皮带机使用注意事项
（1）设专门人员沿途检查连续皮带机的固定支架、皮带托辊，固定支架必须稳固、托辊必须保证完好，发现问题及时处理，避免因此而影响施工进度。
（2）皮带沿途布置紧急停机拉线和急停开关，以在发现胶带损坏、石渣溢出等情况下按连续皮带机、TBM皮带机的顺序及时停机。另外在皮带机终端的石渣转接位置和辅助驱动石渣转接位置设立防护罩，防止石渣掉落。
（3）由于连续皮带机的参数可反映在TBM操作室内，TBM操作人员在掘进过程中一方面要和连续皮带机的监控人员保持联系，同时要监控皮带驱动马达压力的变化，发现异常要停机检查，对损坏、断裂、失效的托辊等进行更换。
（4）掘进超过一定距离后，皮带将出现一定程度的磨损，可能出现局部胶层剥落，甚至皮带被砸穿，要利用整备时间对破损处及时修补，以延长皮带寿命。
8.2.5.5 钻爆法石渣在连续皮带上的运输
钻爆法施工的石渣破碎后通过2#隧洞内的连续皮带机和施工横通道内的支洞皮带机将石渣倒运到1#隧洞的连续皮带机上运出，由于2#隧洞钻爆法的石渣可能会有部分作为砂石料的料源，对于该部分的石渣将通过破碎站破碎后从2#隧洞经横通道利用支洞皮带机运到1#隧洞TBM连续皮带，利用连续皮带运行出渣间隙择机进行运输，通过连续皮带机、转渣皮带机、分料机构、固定皮带机输送到料场。
8.2.5.6 施工材料运输
（1）每循环掘进施工运输量统计
TBM掘进1m初期支护喷射混凝土量为5.8m3，另外考虑回弹量为混凝土总量的20%，完成1m隧洞的喷射需要混凝土量为7.3m3。每个掘进循环（1.82m）需要喷射混凝土量约为13.5m3。即每个掘进循环需要喷射混凝土3罐车（7.5m3混凝土罐车一次可装载6.5m3混凝土），另外的其它材料还包括有锚杆、钢拱架、钢轨、轨枕等。
（2）TBM运输轨道及道岔的安设
为满足TBM快速施工的要求，施工中TBM开挖洞内采用有轨运输材料。为了保
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证TBM在全速掘进中所需供应材料（喷射混凝土、锚杆、钢拱架、钢轨、轨枕等）及时运到现场，洞内布置四轨两线，钢轨采用43kg/m标准轨；轨距为900mm。为满足排放施工可能遇到的突发大流量涌水的需要，运输轨线支撑轨枕底面抬高到隧底以上1.2m。为此，轨枕采用I25a工字钢，中间加设竖向支撑，轨枕间距按照平均500mm布置，以满足结构受力的需要。TBM施工段衬砌施工时需要布置道岔以满足多台台车同时施工，需要在衬砌台车前后各布置一组道岔，以保证轨道运输的畅通。洞内轨道布置见图8-12。
图8-12洞内轨道布置示意图
轨面高度确定： ①过水断面的计算
隧洞直径D：12.4m；隧洞纵坡i：0.365%；假定隧洞内水深h：1.0m；1m深的过水面积A：4.58m2；湿周X：7.14m；水力半径R＝A/X＝0.641
糙率n：0.025；
谢才系数C＝R1/6/n＝37.1 过流量Q＝AC（Ri）1/2＝8.2m3/s
由此计算当隧洞中的水面高度到达1m高度时，可以满足隧洞中8.2m3/s的水量顺利的流出。
②型钢长度的要求
型钢作为轨道的支撑和衬砌台车的支撑，一方面要满足洞内双线轨道的布置，同时要满足隧洞内大流量的出水的过流。由于型钢上轨道的布置受限于TBM后配套尾拖板的限制，轨道布置状态基本确定，衬砌台车的侧面钢结构机、走行机构以及
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有轨运输轨道连续皮带机 280 图中单位：厘米雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计
模板要求轨道外侧轨到隧洞洞壁的距离不小于1.5m，因此设计型钢的长度为7.5m，型钢至隧洞底部的高度为1.2m。可满足隧洞中8.2m3/s的水顺利流出。
（3）材料运输组织
施工作业所用材料，包括锚杆、轨枕、混凝土等材料通过编组机车的形式进行供应。机车采用25t内燃机车，车辆采用与TBM相配套的混凝土罐车（3台）和平板车。每列车另外挂平板车运送锚杆、钢筋网、钢拱架等。一般编组列车示意图如图8-18。钢轨、水管等有一定储备的材料可另用专门的机车编组进行运输。
8.2.6 涌水洞段TBM掘进
8.2.6.1 涌水洞段TBM施工原则
（1）及时实施超前预报预测
利用TBM自带的超前钻探系统、BEAM系统对掌子面前方的围岩进行探测，了解前方的地质详情，为TBM开挖施工提供指导。根据超前的排水洞的地质情况以及超前孔了解地下水的活动规律，判定涌水量、压力，防止突然涌水。对有可能对施工人员、设备安全造成较大威胁及对工期造成较大影响的掌子面前方的地下水进行超前处理。
（2）渗滴水型和线状渗水
对于渗滴水和线状渗水出水洞段，为保证TBM快速施工，考虑在隧洞开挖过后以自排为主，暂不作注浆处理，掘进通过后再择机注浆处理，不影响隧洞掘进进度。
对隧洞洞壁边墙、顶拱附近的渗滴水和线状渗水状出水设置引排设施，设置导水盲管等，将出水沿隧洞洞壁引导到隧洞底部排水通道中，以免由于水长期淋在TBM设备上影响设备的正常工作。并在混凝土衬砌前择机进行有效的封堵。
（3）高压、集中涌水
根据超前地质预报的预报结果以及辅助洞、排水洞的隧洞开挖情况，在可能出现高压、集中涌水的洞段首先进行TBM设备的防水防护，方可开挖进入该洞段。当预计工作面前方的高压大流地下水排放不会影响围岩稳定，可采取超前钻孔、开挖导水洞、钻孔卸压等措施对大流量、高压的涌水进行排放，或安装钢瓦片先挡水在引流排放达到TBM施工的要求后进行TBM的开挖施工。
如涌水的排放影响围岩的稳定，则需要对涌水进行超前灌浆处理。超前处理达到洞室稳定和开挖安全要求后，才能掘进通过。
（4）不同出水点位置对TBM施工的影响及应对措施
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采用TBM施工时，由于TBM关键设备高度上均处于安全的位置，隧洞边墙和底部的低压出水对TBM设备没有较大的影响，施工中在底部轨道安装位置要保证水流能够顺利流出，同时将型钢轨枕和钢轨按照规定位置安装，锚杆施工按照正常施工进行。喷射混凝土施工前首先将边墙上的出水引流到隧洞的底部并确定符合混凝土喷射要求后方可进行混凝土喷射作业。顶部出水需要进行适当引排，方可继续施工。
对于隧洞中的高压出水，由于TBM设备均在水流冲击之下，必须采取措施保证TBM不遭受高压水流的直接冲击，特别要根据超前预报的结果在TBM即将进入可能出现大涌水的洞段时，提前在TBM的关键设备上提前做好防护，防止出现高压出水时水流直接冲击TBM的设备。必要时安装钢瓦片进行挡水，同时利用锚杆钻机施工泄水孔，降低出水点的出水压力。
TBM开挖待水流压力减弱、流量减小后再重新开始，锚杆和喷射混凝土施工待涌水释放或者压力降低后采用引流方式引水到隧洞底部后，检查工作面是否满足施工要求，方可进行施工。
8.2.6.2 大流量、高压涌水的处理方法
TBM施工遭遇到涌水时的工作流程如图8-13。 （1）钢瓦片防水
隧洞中出现高压、集中涌水时，涌水可能会影响TBM上相关电气设备的运行，施工中首先对高压水进行适当排放后方可继续开挖施工。引水隧洞中采用的TBM钢拱架安装起可以进行钢瓦片安装，操作人员在挡水护盾（防水蓬）的防护下利用该设备可以对出水进行临时封堵，避免大压力的涌水直接冲击到TBM设备上。保证施工设备、人员的安全，待水流压力不影响TBM施工时继续进行掘进施工。
（2）开挖横向排水洞排放大压力、大流量的涌水
出现超大压力、流量的涌水时，可能造成TBM施工受阻，无法继续进行开挖施工。此时钢瓦片不能有效地起到挡水的作用，需要开挖排水横洞直到排水洞排放隧洞中大流量涌水，直到涌水点的水压力和流量不影响TBM正常施工。
（3）TBM掘进参数的选择
在出现大量的涌水洞段，由于底部部分刀盘可能处于水中，施工如仍选择正常旋转速度，大量的水将被带到皮带上，影响到TBM施工。因此需要开启底部下支撑的排水闸门，同时降低刀盘转数，保证刀盘卷起的水在上升的过程中流出，不会倾泻到皮带机上。
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图8-13 出水状态下TBM施工流程图
满足TBM施工要求 是 TBM继续掘进 满足TBM施工要求 是 安装钢瓦片挡水 否 否 开挖横向排水通道 不影响TBM施工、对出水进行引流 影响TBM施工，需采取措施处理 TBM掘进施工受阻 出水状态判定 渗滴水、线状滴水 压力、流量较大涌水 高压、大流量涌水 超前地质预报 是否进入易 发生高压涌水段 是 否 进行正常掘进施工 TBM加装防护设备、继续掘进施工 8.2.7 岩爆洞段TBM掘进 8.2.7.1 岩爆预测
根据引水隧洞的地质条件，岩爆的预测需采用多种手段进行综合预测。拟采用的方式为宏观预报、仪器法、围岩性质预测法。根据我单位已有的施工经验，岩爆可能发生在岩石新鲜、完整和干燥；岩性脆硬，抗压强度大的洞段。在断层带附近的完整岩体部位易发生岩爆。另外复杂的地质构造带容易发生岩爆。而且在拱肩或腰部发生较多。
（1）进入埋深大、地应力高、可能发生岩爆的区域施工时，首先利用超前钻孔、Beam系统等进行超前预报，并结合超前TBM隧洞的辅助洞、排水洞的围岩情况，了解隧洞前方的围岩情况，并根据预报预测的结果提前制定通过方案。
（2）根据招标文件中对辅助洞的岩爆分析，目前所开挖的辅助洞所发生的岩爆以轻微(Ⅰ级)为主，部分为中等(Ⅱ级)岩爆；强烈岩爆发生在东端的T2y5及西端T31砂岩、T2b白山组洞段；局部极强岩爆仅发生西端T2b白山组洞段。因此在引水隧洞
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TBM施工中相应的洞段可能发生较强的岩爆。需要在TBM上安装防护设备应对岩爆。
8.2.7.2 轻微、中等岩爆洞段TBM施工原则
在施工预测即将进入易发生岩爆洞段时，需要针对岩爆的处理制定试验大纲，通过现场试验后经监理人确认审批后遵照执行。岩爆洞段的施工原则根据地质情况分别采取以防为主、以治理为主的方案。以防为主的方案分别以解除围岩应力为途经，或以降低开挖扰动为途径。以治理为主的方案针对岩爆的具体情况采用喷混凝土、锚杆等措施进行实施。
TBM施工过程中由于不存在爆破作业，开挖过程是一个连续切割的过程，因此不易在隧洞洞壁上形成应力集中的位置，故发生岩爆的可能较钻爆法要小。所以在TBM施工洞段针对岩爆采用以防为主、结合治理的施工方案。
轻微、中等岩爆的处理利用TBM自带的支护设备及时对开挖出露岩石的进行锚杆、钢筋网、喷射混凝土或砂浆的支护作业，并对隧洞洞壁进行钻孔、充水以降低岩石内部的应力，降低岩爆发生的机率和发生的强度。
在出现岩爆后首先清理爆下的岩石，而后对岩爆产生的位置及时喷射混凝土封闭，而后再利用锚杆、网喷混凝土等支护方式进行。如支护设备已经通过该区域，利用后配套结构设施工平台，增加相应钻孔设备进行施工，同时可将喷射混凝土管路连接到该位置进行喷射混凝土施工。
8.2.7.3 强岩爆的处理方法
较强岩爆洞段处理的关键是将支护作业的各个支护程序按时、及时的实施，并加强超前预报预测工作，保证TBM安全顺利通过岩爆洞段。施工流程如图8-14。
由于岩爆的发生较难预测，施工将在预测可能发生岩爆区域严格执行设计的支护方案，即开挖后及时、按时进行程序化的支护，锚杆、网喷混凝土、钢拱架在规定时间内完成。在TBM施工超过20m前确保支护作业。
在预测可能发生岩爆的洞段，即埋深大、地应力高、坚硬完整的无水洞段应及时利用TBM自带的喷射混凝土设备向顶拱及侧壁喷射混凝土或砂浆，跟随锚杆（可以综合采用涨壳式预应力锚杆、普通预应力锚杆、自钻式中空注浆锚杆、水涨式锚杆）、钢筋网、钢拱架等措施及时支护。减少岩层暴露时间，防止岩爆的继续发生。
TBM开挖施工时，每一个循环掘进结束后，利用TBM的超前钻机打超前应力释放孔并喷撒水。应力释放孔宜短、多以提前释放应力、降低岩体能量；对露出护盾的洞壁钻孔、喷撒水，以降低岩体地强度；并及时采用挂网锚喷支护法，混凝土厚
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度、锚杆布置根据具体情况确定。
发生岩爆的洞段，及时根据地质、岩爆程度等采用挂网锚喷支护法，对岩爆烈度较高处可酌情增设一定的钢拱架支撑等措施。
是否进入易 发生岩爆洞段 否 正常掘进施工 超前地质预报 是 施工同时钻孔、喷水降低岩石应力集中程度 中等强度岩爆 处理塌落岩石 强岩爆、极强岩爆 处理塌落的岩石 设施工平台、增加支护设备 及时进行网喷混凝土、喷射砂浆、锚杆作业 满足TBM施工要求 是 TBM继续掘进 否 及时网喷混凝土和砂浆、施工锚杆 满足TBM施工要求 是 必要时增设钢拱架支撑等 TBM加装防护设备、继续掘进施 工 发生岩爆 轻微岩爆 不影响TBM施工、按正常工序支护 否 图8-14 岩爆洞段TBM施工流程图
8.2.8 富水断层破碎带及较大溶隙、裂隙的处理
根据超前地质预报的结果，掌握断层带的情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧洞轴线与断层构造线的组合关系等，利用TBM自带的支护设备，选择通过断层地段的施工措施包括支立钢拱架、及实施作锚杆、喷射混凝土。对影响TBM水平支撑靴支撑的位置进行加固处理以保证TBM顺利通过。
遭遇断层或遇较大溶隙、裂隙时，首先及时了解断层模、规律，采取措施迅速处理，防止断层的塌方范围的延伸和扩大。利用TBM设备进行支护施工保证TBM掘进通过后及时对塌腔和较大的溶隙、裂隙进行混凝土回填、灌浆处理。从而保证隧洞的施工质量。断层带及溶隙、裂隙施工步骤见附图8-6所示。
8.2.9 TBM通过横向排水洞施工
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由于1#引水隧洞开挖超前2#隧洞很多，在出现突发大涌水时可能需要开挖横向排水洞将涌水排放到排水洞。横向排水洞设计以0.5%的坡度从底部贯穿4条引水隧洞，针对横通道的设计，横向排水洞和引水隧洞的夹角计划为60º，如图8-15。 2＃引水隧洞1＃引水隧洞 13
0.93i=0.5% 69.3
12.50.7
横向排水洞横向排水洞与引水隧洞的夹角为60度，图中单位以m计图8-15 横向排水洞和2#隧洞的关系图
横向排水洞在2#隧洞中的距离为12.5m。因此在TBM由1#隧洞转入2#隧洞施工后，TBM很可能在2#隧洞穿越横向排水洞。
在2#引水隧洞采用TBM施工时，TBM将需要通过横向排水洞，由于排水洞洞底位于隧洞底板标高以下，需要对排水洞进行处理保证水平支撑和底部支撑的要求方可保证TBM通过。施工中将以混凝土填充的方式保证TBM通过横向排水洞和2#隧洞交叉的区域。混凝土填充方式如图8-16。混凝土填充通过TBM的混凝土输送设备通过刀盘输送到混凝土填充位置，在横向排水洞内立模保证混凝土不至于分散。排水洞混凝土填充的作为将来排水洞封堵灌浆的部分工程。
混凝土填充区域图中单位: mm150075001500图8-16 混凝土填充示意图
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8.2.10 TBM不良地质条件下脱困方案
TBM在引水隧洞施工中可能出现强岩爆、大型的断层破碎带，特别是在超前预报未能预测到的突发强岩爆、断层坍塌可能困住TBM刀盘，导致刀盘无法旋转，开挖施工无法正常进行。
（1）掌子面强岩爆
施工中突然发生较强烈的岩爆时，可能出现大块岩石爆出，卡在TBM刀盘和掌子面或洞壁之间。由于岩石的挤压作用导致刀盘和岩石之间的摩擦力较大，刀盘的启动扭矩不能克服该摩擦力，使刀盘无法启动。
针对以上情况的处理方法包括：
①后退刀盘，使掌子面的岩石松动，减小岩石和刀盘之间摩擦力，直到达到刀盘启动的要求。
②由于刀盘后退行程有限，如果后退刀盘不能使岩石松动达到刀盘启动要求，则需要通过刀盘进入前方进行小型的松动爆破，将贴近刀盘的大块岩石破碎或者松动，直到满足TBM刀盘启动的要求。
岩石松动后缓慢启动刀盘（控制在0～1rpm），先不进行推进作业，同时启动皮带机将刀盘前方的岩石切割破碎并通过TBM自身的皮带机运出，缓慢提高刀盘的转数到1～2rpm进行慢速推进，直到将掌子面因岩爆产生的大块岩石均被破碎运出。
（2）较大断层的坍塌
TBM施工中如遇到较大断层破碎带，由于塌落的松散岩石可能大量进入刀盘和轴承之间的空隙，加大了刀盘启动的摩擦力，从而造成刀盘无法正常的启动。掘进施工无法进行。
此时施工首先将刀盘适当后退，减小刀盘前方松散岩石对刀盘的挤压力，同时利用TBM自带的底部清渣皮带机通过刀盘护盾上预留的孔将刀盘和主轴承之间的松散石渣运送到TBM的皮带机上。
清渣工作以刀盘是否可以顺利启动为标准，一旦刀盘可以启动（0～1rpm），即停止清渣工作，利用刀盘的旋转将掌子面前方以及刀盘和轴承之间的石渣运出。同时逐渐提高刀盘的转数，直到可以以正常的刀盘转数进行推进施工。
脱困施工方法见附图8-7。
8.2.11 高地应力地段TBM防止收缩变形的措施
在塑性较大的围岩洞段如出现较大的地应力，围岩将出现收缩变形，TBM施工
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过程中如果不采取相应措施，有可能导致刀盘和护盾被卡住，从而使掘进施工无法进行的情况。针对此情况，在TBM施工时将采取如下措施以避免出现上述情形：
（1）及时实施超前预报，根据超前预报的结果指导施工，在进入可能因高地应力引起收缩变形的洞段时提前制定相应的施工措施。
（2）检查TBM边刀的磨损程度，在进入上述洞段时，更换全新的边刀，使开挖的洞径达到最大，可能的情况下安装扩挖刀具，适当扩大洞径，减小因围岩收缩卡住刀盘的可能。
（3）TBM开挖通过后，在出露的岩石洞段及时进行初期支护作业，保证支护的质量，特别是锚杆和喷射混凝土的质量。并在隧洞洞壁施工应力释放孔，减少隧洞中应力集中，降低收缩变形量。
8.2.12 掘进施工中的注意事项
TBM掘进过程中，所有的辅助作业都必须从属于主机的掘进，以不能影响掘进的作业为原则。
（1）合理安排车辆调度，确保施工用料包括喷射混凝土、注浆材料、轨道延伸材料、支护材料等及时运送到施工地点。可能影响到正常施工运输的特殊材料（如风管的储藏筒、钢轨）要根据洞内的安排快进快出。
（2）出现不良地质条件时，对于TBM及其自带的各类设备严格按TBM操作技术要求执行，不能因急于进行掘进施工而造成掘进机设备的损伤。
（3）掘进机上的设备如电气设备、液压设备、锚杆钻机、钢拱架安装器等必须由经培训合格的专人进行操作。
（4）施工中一定注意电器设施、液压设备防水防火，电气控制装置防水的同时还必须有防尘措施。
8.3 TBM转场及最终拆卸
8.3.1 TBM转场
8.3.1.1 TBM转场分析
根据合同，1#引水洞TBM掘进范围为15+793～2+500，总长13293米，计划用时26个月，至2010年11月30日，平均月进尺511米。2#引水洞掘进范围为16+578～4+700，总长11591米，计划用时61个月，至2012年7月31日贯通。如果全部采用钻爆法施工，米平均月进尺190米，（目前钻爆法半断面平均月进尺137米）。如
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果采用TBM转场施工，则钻爆法（按照计划进度150米）2010年11月31日可开挖至10+490，剩余5790米由TBM施工，减去转场及最终拆卸时间9个月，到2012年7月31日可掘进时间11.5个月，平均月进尺504米。从以上的分析来看，钻爆法平均月进尺190米很难实现，无法保证合同工期，采用TBM转场施工，合同工期有望实现。因此我们采用TBM转场方案施工。
8.3.1.2 TBM转场总体方案
TBM掘进到达标段分界点后，选择地质条件较好位置开挖拆卸洞，同时从2#引水洞向1#引水洞开挖转场横通道，2#引水洞开挖组装洞。准备工作完成后进行转场、组装、调试、掘进。
8.3.1.3TBM转场施工具体方案 一、转场拆卸洞施工方案 方案1：从本标段方向钻爆法施工
TBM掘进贯通后，首先后退100m左右的距离，人员通过刀盘孔进入刀盘前方，选择地质条件较好位置对需要安装拆卸设备的位置进行扩挖，扩挖距离30m，然后前移TBM，至拆卸洞，起重等设备从上游标段运至拆卸洞，安装后进行相关部件拆卸。
主要施工项目施工方法 1、
TBM后退方法
TBM后退与掘进方法一样，只是方向相反。即：先用撑靴支撑，然后液压油缸拖整机向后移动一个步距1.8米。放松撑靴并后移，进行第二循环，一次类推进行后退。
2、
从本标段通过人孔阔挖及支护方法
① 设备进场：相关设备通过上游标段提前运到TBM开挖好的分标点； ② 开挖及支护平台：采用脚手架搭设；
③ 开挖：采用人工手持风枪钻孔，光面爆破法进行压顶阔挖，开挖的渣在洞底整平，先存放在洞底，待开挖、支护结束后，掘进机向前推进将渣通过掘进机出到洞外；
④ 支护：湿喷台车喷锚，三臂台车锚杆钻孔。 3、
拆卸设备：开挖、支护完成后开始进行拆卸设备安装，设备利用洞内的
有轨运输线路运输，利用卷扬机在拆卸洞内完成组装。选用的40吨起重设
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备长2.7m，宽1.05m，吊钩最低点至悬挂点距离3.5m，拆卸洞的设计尺寸如图8-18、8-19。
方案2：从上游本标段方向提前钻爆法施工
TBM贯通前3个月，从上游标段一端开始施工组装洞，在贯通前将组装洞先期施工好，拆卸设备组装好，贯通后直接进行拆卸。
拆卸洞结构尺寸与组装洞相同，长度采用减为60米，开挖及支护施工方法与TBM组装洞相同。
两种方案对比
方案1优点是对相邻标段干扰少，进度快，不易发生合同纠纷，缺点施工风险大，进度慢。
方案2优点是施工风险小，进度快，缺点是易发生合同纠纷， 对相邻标段有较大干扰。
我们认为何种方案要根据工期确定，如果TBM掘进施工较快，合同工期有提前的可能，可以采用方案1，否则采用方案2。
二、转场方案
方案1：主机只拆卸刀盘边块和护盾，其余不拆，后配套分段。后配套通过内燃机车牵引，通过转场横通道转至2#引水洞；主机主体部分通过增加行走小车，加铺专用转场轨道，液压牵引，通过转场横通道转至2#引水洞。
转场顺序：
采用拆卸洞方案1或2进行拆卸洞施工、转场横洞施工—-连续皮带及风筒拆除--刀盘边块拆卸—-护盾拆卸—-后配套分段—-后配套从尾部依次转场至2#引水洞转场横通道下游—-主机主体部分安装行走小车—-轨道及钢枕拆除--专用混凝土轨枕及轨道铺设—-主机主体牵引至1#引水洞转场横通道下游—-转运刀盘边块及护盾到2#引水洞组装洞—-主机牵引通过横通道至2#引水洞组装洞。转场流程如图8-17
主机拆卸、后配套拖拉
利用刀盘的点动慢速旋转，将与中心刀盘块焊接相连的4个外边缘块移取。用碳弧刨焊机去除刀盘焊缝后拆除连接螺栓。将4块刀盘外边块取下后放置在TBM前 方洞室的的地面。而后吊取顶支撑和侧顶支撑取下放置TBM前方洞室的地面。并将侧支撑取下移至TBM前方。
铺设步进机构轨道。将TBM与步进机构连接。将垂直前支撑与机头架相连的紧
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固件取下。垂直前支撑无需从其位置移动。此时利用设置隧洞内的起重支撑台安装千斤顶将TBM适当顶升，将垂直前支撑与机头架之间的剪切键取出。
这时TBM可以后退撤出隧道。用于步进系统的轨道铺设在洞底。铺设区域在后 开挖拆卸洞 TBM掘进到达标段终点 2#隧洞开挖组装洞和横通道 连接主机临时电缆、泵站 连续皮带机、风管拆卸，并重新 #在2隧洞安装 向后拖后配套到达1#隧洞后方 安装主机行走小车，主机后退 拆除洞内轨枕、轨道，铺设主机行走轨道 安装连接桥拖移平板车 主机到达横通道位置，运输拆卸 洞内部件 拆卸部件运送到组装洞后，主机 转弯，进入组装洞组装 后配套、连续皮带运到2#隧洞和
TBM向前推进到达拆卸洞，按照预先安排好的顺序进行拆卸。同时开始向后拖出后配套到指定位置。TBM主机后配套拖出主机连接。 图8-17 转场流程图
TBM主机后配套拖出TBM掘进到达分界里程 扩挖拆卸洞TBM主机后配套拖出TBM后退100m，通过主机的刀盘进入主机前方，对隧洞进行扩挖，扩挖断面如图，直到满足TBM拆卸要求。 图8-18 TBM拆卸洞施工程序图
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50030002000500
TBM后退后，通过刀盘到达前方后，搭设脚手架对隧洞进行扩挖，扩挖尺寸如图12401840开挖轮廓线扩挖的拆卸洞长度30m，边缘和原开挖洞室连接位置设5m的过渡段。顶部预埋安装拆卸设备的安装点。13501350630600600350开挖轮廓线开挖轮廓线图中单位：cm
图中所示吊机的起升高度为3.5m，拆卸洞扩挖高度为原TBM开挖断面上6.3m。宽度略大于开挖宽度图8-19 拆卸洞方案1断面示意图
配套和TBM之间。用于后配套行走的轨道必须在后配套退出隧洞后拆除。该区域在后配套和TBM之间。
拆卸后准备后退的TBM状态如下图8-20。
主机就位开始拆卸的同时进行1#隧洞中风管、连续皮带机的拆卸，所有皮带机的结构件随着皮带的拆卸在2#隧洞内重新安装。
连续皮带机的拆卸按照如下顺序进行：
（1）在硫化台位置断开皮带，将从驱动滚筒一端引出的断头连接到洞外安装的卷扬机（速度可调）上。
（2）利用连续皮带机的驱动装置牵引作用力向洞外拖拉皮带，拖出的皮带利用洞外的卷扬机将皮带按照规定长度成卷。
（3）洞内中间位置的辅助驱动随动，直到皮带通过该位置。
（4）皮带全部拆除的位置的钢结构直接通过横通道运输到2#隧洞进行安装。
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安装位置预先设定。
40t起重设备
侧支撑主驱动总成竖直下支撑图8-20 主机拆卸后后退状态图
后配套拖拉时利用2#隧洞的横通道作为牵引机车的调车通道，依次将后配套顺序拖到1#隧洞后方，每次拖出2节后配套（长度约22m）。后配套拖拉完成后拆除1#隧洞的底部轨枕和轨道，并在隧洞底部施工TBM后退的轨道。在隧洞底部利用混凝土施工混凝土平台，同时将主机行走轨道（43kg钢轨）铺设在专用预制的混凝土轨枕上。
主机拆卸达到可向后移动的状态且后配套拖拉完成后，在主机下部安装步进小车，小车走行在预先铺设好的轨道上，利用液压装置推动主机后退，直到到达1#隧洞和2#隧洞之间的转弯横通道。主机后退轨道的安装状态如图8-21。
TBM后退轨道采用钢轨预埋在C25混凝土内的轨道布置形式，主机影响后退部件拆卸完成后重量为720t，主机后退小车的前后轮组中心距为14.7m，前部小车前
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后轮组中心距7.5m。主机通过小车作用在混凝土上的比压为：
7.2×106N/（14.7×0.14×2＋7.5×0.14×2）＝1.16×106Pa＝1.16Mpa C25混凝土的抗压强度大于1.16Mpa，满足主机行走轮压要求。
图8-21 主机后退轨道安装示意图 主机后退到位后将拆卸洞内的拆卸部件分步运输到2#隧洞的组装洞内。 主机通过横通道完成转弯到达2#隧洞的组装洞室开始进行拆卸部件的再次安装，同时将拖到后方的后配套分别拖到2#隧洞和主机连接。并进行后配套上电缆、液压管路、皮带的再次安装。
TBM转弯进入2#隧洞
根据TBM供应商提供的相应资料，暂定主机和后配套的转弯半径为800m，并根据该转弯半径在横通道内布置TBM步进装置的行走轨道，轨道采用混凝土预埋施工， 轨道安装要保证轨道平顺，转弯平缓。
主机后退到横通道后方后，将拆卸洞内放置的TBM各个部件运到2#隧洞的组装洞，而后将1#隧洞内的TBM主机行走轨道调整和横通道内的轨道过渡连接。主机通过液压驱动的步进机构沿横通道内的轨道向2#隧洞的组装洞内步进。TBM通过横通道示意图见图8-22。
2#隧洞的组装洞室结构、布置与1#隧洞组装洞室相同，组装洞室前部设有出发洞室，底部预埋轨道；连续皮带机系统及水电管路从2#隧洞洞口接入，通过通风支洞采用压入式通风。
主机组装的步骤与在1#隧洞的拆卸步骤相反。
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不小于长度 再次组装洞室图8-22 TBM通过横通道转弯示意图
方案2：该方案结合拆卸洞方案2实施，在预先施工好的拆卸洞内安装一台200T和80T行吊，贯通后掘进机主机进入到拆卸洞，将主机全部拆卸，后配套分段牵引的方案。
转场顺序：
采用拆卸洞方案2进行拆卸洞施工、转场横洞施工—-行吊安装--TBM推进到拆卸洞--连续皮带及风筒拆除—TBM主机全部拆除—-后配套分段—-后配套从尾部依次转场至2#引水洞转场横通道下游—-主机部件分别用平板车运输到2#引水洞组装洞—-组装。
该方案实际是对主机进行解体，运到2#引水洞组装洞内重新进行一次组装。后配套的转场与方案1相同。
两种方案对比
方案1优点是主机拆卸较少，减少第二次安装工作量。缺点风险大，转场横通道结构要求高。
方案2优点是施工基本无风险，进度快，缺点是易发生合同纠纷，对相邻标段有一定干扰。
根据我单位中天山隧道掘进机的安装进度，整机拆除从新安装大约3个月时间，我们认为方案2具有较大优势。 TBM掘进施工较快，充分发挥TBM优势是提前合同工期，实现早日发电的可靠保证。
8.3.1.4 连续皮带机及风管、水管、电缆的拆卸
当 TBM到达拆卸洞室后，根据施工需要将连续皮带全部拆卸并移到2#洞安装，皮带机转场流程见图8-23。
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2#隧洞安装连续皮带机 拆除终端平台 皮带回收 拆除皮带支架 在驱动装置一端断开皮带 图8-23 连续皮带转场流程图
连续皮带在主驱动段进行分段拆卸，以每500米为一个单位切割打卷保存；将皮带完全收回后拆除终端平台，将终端部件转移到2#引水隧洞安装，皮带回收装置如图8-24所示。
连续皮带皮带存储筒电动卷扬机皮带主驱动
图8-24 皮带回收装置示意图
顺皮带转动方向，在主驱动后部将皮带截断，在此部位安装一个带有卷扬装置的皮带卷筒。启动皮带机同时将卷扬机启动收回皮带，每卷500米将皮带全部收回。水管、电缆及风筒拆卸、运输可与皮带机拆卸、运输同步进行。
8.3.1.5 2#隧洞组装洞及横通道开挖支护
在1#隧洞施工拆卸洞的同时2#隧洞进行TBM转弯横通道和组装洞室的开挖、支护、衬砌。开挖及支护方式见施工辅助通道施工部分。
8.3.1.6 TBM转场进度计划
东引1#隧洞贯通后TBM掘进机须部分拆卸后转场至2#隧洞重新组装掘进，具体进度计划见第六章。
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8.3.1.7连续皮带机系统及风水电管路的连接
东引1#隧风水电管路拆卸完成后可直接转到2#隧洞安装。连续皮带机收回过程中将拆卸支架，部分支架转移到2#引水隧洞安装；待皮带全部回收皮拆卸带机终端平台并在2#引水隧洞重新安装。
由于连续皮带机在2#隧洞连接长度大约6公里，一次性架设支架穿皮带难度较大；组装时将后配套上的移动尾端拆下并固定在机车上，用机车拖动连续皮带移动尾端逐步前行，随移动尾端的移动进行皮带的硫化。直至与后配套连接完成。2#隧洞内的皮带及轨道布置情况如附图8-7所示。
8.3.1.8 TBM转场后的检修
1#隧洞掘进完成后，在TBM转场和再次组装的过程中，进行TBM的适当的检修修和保养。具体内容包括：
（1）TBM整体清洁，目测检查并更换损坏的液压胶管和电缆。 （2）刀盘
检查并修理损坏的滚刀座和铲刀座，对受损的楔锁型固定装置进行修理或更换。对刀盘的耐磨层进行修复焊接，更换整套刀具。对刀盘喷水系统检修并更换喷水嘴。
（3）主驱动系统
考虑更换一整套新的主驱动密封，并对所有固定螺栓进行检查。必要时由TBM制造商对驱动电机、主轴承和齿轮箱进行检查。安全监测设施的重新标定。
（4）刀盘护盾、推进主梁
检查各个护盾之间的连接导槽和铰接点的情况，出现异常磨损的进行检修。机器主梁配合导槽重新检查。
（5）撑靴总成和靴板、推进油缸、后支撑
各个液压油缸的压力测试，检查油缸活塞杆的镀铬层，对油缸密封有问题的重新更换油缸密封。撑靴总成各位置固定螺栓检查更换。
（6）主机皮带机
检查受损滚轴和滚筒，破损严重的皮带更换新皮带；皮带刮渣器全部更换。
8.3.1.9掘进机的调试、步进及始发
当风水电管路及连续皮带机系统连接完毕，对整机系统进行调试。检验各系统的工作状况，确保良好后步进至出发洞后用撑靴撑紧洞壁，准备掘进。
8.3.2 TBM最终拆卸
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TBM在2#引水洞贯通后，首先拆卸连续皮带机，再将后配套及主机退回2#引水隧洞的组装洞进行拆卸。2#隧洞的组装洞室的结构、布置与1#隧洞主机组装洞结构相同。后配套利用机车拖回，在组装洞室利用行吊完成牵引机车的倒运工作；主机采用转场方案1的移动方式后退回2#隧洞的组装洞室，然后进行拆卸。TBM拆卸流程见附图8-8所示。
8.3.2.1 拆卸部件的运输
掘进机及其附属部件运输采用无轨运输，从组装洞室直接运至发包人指定位置存放，具体运输路线为：
2#隧道组装洞室→东引2#支洞→1560平台→楠木沟→海腊沟。
8.3.2.2 部件的恢复性修理
在设备拆卸完成后将设备运至业主制定的地点，并进行恢复性的维修，经维修后设备达到以下标准：
（1）设备的整机及其附件完整，没有缺件；
（2）设备完好，没有性能的不合理降低，各部位、装置、机构等工作正常、可靠，运转灵活，无卡阻，无破损，无异常响声，无异常升温。更换所有超过规定使用周期的各种油料，更换所有损坏的各类零部件；
（3）设备内部与外部洁净，无污垢和混凝土结块；原有的表面涂层予以保持，没有脱漆、挂痕和锈蚀的表面，对涂层已脱落部位进行涂装；
（4）皮带无明显损坏；
（5）对产生变形的构件和零件予以校正或更换。
8.4 TBM支护施工
TBM支护可以分为常规系统支护和特殊地质条件下的施工支护两种方式，其中常规系统支护均利用TBM自带的支护设备在掘进施工的同时完成。特殊地质条件下支护方式根据地质条件的变化利用支护设备及时进行调整支护顺序。必要时增加其他的支护设备施工。
8.4.1 常规系统支护
8.4.1.1 系统支护形式与规格
引水隧洞系统支护设计有锚杆(普通砂浆锚杆、预应力锚杆、中空注浆锚杆、水胀式锚杆、自钻式锚杆等)；喷射混凝土(包括喷射素混凝土、喷射钢纤维混凝土、
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喷射有机仿钢纤维混凝土、钢筋网喷射混凝土、喷射纳米材料混凝土等)；预应力锚索；锚杆和各种喷射混凝土的组合；钢支撑(包括型钢拱架、格栅钢拱架、钢筋肋拱、钢瓦片支护)；超前小导管。
施工中将根据地质变化和设计资料根据表8-7选择各种组合方式应用。
表8-7 引水隧洞TBM施工段各类围岩施工支护参数表 围岩类别 不良地质情况 支护形式 砂浆锚杆、喷射混凝土、钢筋网 锚杆、喷射混凝土、预应力锚杆或水涨式锚杆、型钢拱架 锚杆、超前导管、喷射混凝土、型钢拱架、中空注浆锚杆 锚杆、喷射混凝土、预应力锚杆或水涨式锚杆、型钢拱架、钢瓦片 杂谷脑组大理岩Ⅱ/Ⅱb、Ⅲ；绿泥片岩Ⅱb；白山组大理岩Ⅱ、Ⅲ、；较好围岩 盐塘组大理岩Ⅱ/Ⅱb 白山组大理岩Ⅲb、Ⅳb、Ⅴb；杂谷脑组大理岩Ⅱb；盐塘组大理岩岩爆洞段 Ⅳb、Ⅲb 杂谷脑组大理岩Ⅳ；白山组大理岩断层、破碎带 Ⅳ；绿泥片Ⅳ；岩盐塘组大理岩Ⅳ 高压涌水洞段 突涌水
8.4.1.2 支护工艺
支护顺序和时机，与围岩自稳时间关系密切。若围岩比较破碎、软弱、自稳时间较短，应按超前小导管、钢拱架加钢筋网、锚杆加钢筋网、喷射混凝土以及型钢拱架的顺序进行施工。在围岩条件良好，可以达到自稳条件的洞段，可根据设计的支护顺序进行锚杆、钢筋网、喷射混凝土系统支护。
（1）锚杆支护 ①锚杆型式：
引水隧洞中的锚杆支护型式包括：采用水泥浆全长注浆的注浆锚杆；将钻孔、注浆与锚固合为一体，中空钻杆即作为杆体的自钻式锚杆；对可能失稳的岩体施压加固的预应力锚杆。
②材料
锚杆选用热扎Ⅱ级或Ⅲ级螺纹钢筋；注浆水泥采用水泥强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥；砂采用最大粒径小于2.5mm的中细砂；拌和用水水质应符合相关规定。注浆锚杆水泥砂浆中添加对锚杆无腐蚀作用的速凝剂和其它外加剂。
③钻孔
锚杆孔利用TBM自身配备的锚杆钻机完成，TBM主机上在刀盘后方和主机尾部
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分别安装2台Atlas Copco cop1838型钻机，钻孔直径可达33～64mm。安装在刀盘后方的钻机跟随TBM掘进同步施工，后部的钻机对前方可能遗漏或者无法顺利进行施工的区域完成钻孔。四台钻机可完成覆盖隧洞全周360°的钻孔。
锚杆孔的孔轴方向及位置根据施工图纸的要求确定，注浆锚杆的钻孔孔径应大于锚杆直径，并根据施工程序确定钻孔直径。
锚杆孔深必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于±50mm，孔内岩粉和积水必须清除干净。
施工工艺流程按照如下顺序进行：
钻孔→安装孔口封闭装置→注浆→安装锚杆； 或钻孔→安装锚杆→安装孔口封闭装置→注浆。 （2） 钢筋网
钢筋网规格为@15×15cm，钢筋直径φ8mm。使用前必须清除锈蚀。钢筋网在施作钢拱架、锚杆的同时进行铺设，与围岩的间隙为3cm，与钢架、锚杆焊接牢固，在喷射砼时钢筋网不得晃动。钢筋网保护层厚度不小于2cm，有水部位不小于4cm。
钢筋网的安装在锚杆施工完成后进行，首先在钢筋网安装器上布置钢筋网片，并用细钢丝绑扎连接固定。钢筋网安装器将网片顶起移动到安装位置举升到岩面，通过锚杆尾部的垫板固定。
（3）湿式喷混凝土
引水隧洞施工中的喷射混凝土除作为初期支护外，在较长的洞段作为引水隧洞的最终衬砌，因此必须严格保证混凝土的喷射质量。
本标段TBM施工喷射混凝土通过高线混凝土系统采购，直接运输到TBM上进行混凝土喷射作业，混凝土的各种外加剂（除速凝剂外）均在混凝土拌和过程中添加。混凝土运输到TBM上后，利用吊机将混凝土罐吊运到输料皮带后方放置平稳，做好喷射混凝土的准备工作。
混凝土运输通过TBM施工隧洞中轨道进行有轨运输，运输车辆设有发动机保证混凝土在运输过程始终进行搅拌。
混凝土喷射前首先对喷射面进行检查，清除开挖面的浮石、墙脚的石渣和堆积物，利用混凝土喷射机械手喷水冲洗喷面，设控制喷射混凝土厚度的标志。在受喷面滴水部位先施工排水孔，埋设导管排水，导水效果不好的含水层可设盲沟排水，对淋水处可设截水圈排水；对于大流量的地下涌水，埋设导流管引流，直到不影响
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喷射效果的情况下在开始喷射作业。
喷射混凝土作业采用分段分片进行，喷射顺序自下而上，支护区域的两台喷射机械手分别进行左右各210°范围的喷射作业，进行喷射作业时根据地质情况及时调整喷头到岩面的距离和速凝剂泵的流量，或考虑在混凝土中添加纳米材料。保证喷射混凝土一次喷射完成。混凝土喷射流程如图8-25。
喷射作业时应注意以下事项：
保证喷射输送泵的供料连续，泵送速度、压力稳定均匀，不能出现突然的压力变化，避免影响到喷射头的稳定作业。喷射操作手严格按照操作程序使用设备，保证喷射过程均匀，连续。
喷射操作手和输送泵操作手之间设无线联络，及时调整设备工作参数。 喷射钢纤维混凝土施工时注意钢纤维在混合料中必须分布均匀，不得成团。其他类型的混凝土喷射如有机仿钢纤维混凝土喷射严格遵循相关规定进行。严格控制外加添料的质量和数量，保证喷射混凝土的质量。
图8-25喷射混凝土流程图
（4）钢拱架
钢拱架采用H型钢制作，节间以夹板和螺栓连接成环状。主要应用在较大规模的断层破碎带的支护。钢拱架构件自洞外通过运料平板车运至TBM机尾下部后，通过下部吊机、升降平台、上部转运吊机、转运小车运到刀盘后方的钢拱架安装器处。
按顺序喷射混凝土到岩面 调整风压、风量、速凝剂量 试喷混凝土 输送泵泵送混凝土 开启速凝剂泵 空压机供风到喷头 混凝土运输到位、吊装 喷射机械手行走到位 岩面检查 第 183 页
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钢拱架安装器完成拼装、架设钢拱架的作业。钢拱架在拼装架中拼装时，构件两端的螺栓暂不上紧，待整环钢拱架且紧贴顶部岩体后，自上向下逐根紧固螺母。前后相邻拱架之间以钢筋焊结连接。
钢拱架安装时把钢拱架安装器的起始位置转到顶部，通过螺栓使第一片钢拱与安装器连接，然后逆时针旋转，依次后续各片钢拱就位连接，最后由撑紧装置把拼好的拱架移出到适当位置张紧，底部两片拱架的连接处用千斤顶撑紧，使钢拱架与岩面充分接触，最后用夹板连接、焊接固定。
8.4.2 特殊地质洞段支护 8.4.2.1涌水洞段支护
引水隧洞中大量洞段将出现压力涌水，TBM在这种洞段施工时，将利用本身的各种设备相互结合完成支护作业。根据超前预报的结果，首先在设备上安装防水设备，而后方可进入涌水洞段施工。
①钢瓦片安装
在洞壁上出现较大量的高压涌水或者渗水的洞段，考虑安装钢瓦片挡水、降压、分流涌水，钢瓦片运到支护区域后，利用钢拱架安装器的安装臂抓取钢瓦片。利用钢拱架安装器的旋转和径向油缸将瓦片支撑在洞壁上，并将钢瓦片相互对齐。
钢瓦片就位后利用螺栓和已安装好的钢瓦片相连、固定，或单独地锚定在洞壁。瓦片的锚定利用锚杆钻机进行，锚杆钻机在钢瓦片的底部的预留孔位置进行锚杆钻孔，然后安装锚杆、加套背板、锁紧固定螺母。
需要安装整园的钢瓦片时，安装顺序自洞底开始逐渐向洞顶推进，在隧洞中心线位置利用钢拱安装器的支撑臂支撑住。并用锚杆钻机钻孔安装锚杆固定。
②施作导水、排水孔
出现较高压力的涌水时，为保证各项施工工作的进行，需要钻排水孔降低出水点的压力，此时利用TBM上的锚杆钻机进行钻孔作业，安装弹簧软管将水引流到不影响施工的区域。
③喷射混凝土施工
涌水洞段的导水和排水工作完成后，需要对未完成喷射混凝土和部位进行混凝土喷射施工，在该位置未通过喷射混凝土机械手的工作范围时，直接利用该机械手进行混凝土喷射，超过机械手工作范围时，在工作区域安装一台机械手将混凝土输
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送管路连接到该位置进行喷射。
8.4.2.2岩爆区域支护
在即将掘进进入预测将出现岩爆的区域时，在TBM主机区域和关键设备上加装防护设备，如防护网、防护罩等。
岩爆区域施工的主要原则为超前处理、快速、程序化，由于岩爆不易预测，同时TBM开挖的圆形断面相对不易形成应力集中点，相对钻爆法施工的隧洞不易发生岩爆，根据以往的施工经验，TBM施工时岩爆已发生在掌子面后方20～30m左右区域，在掌子面发生的岩爆较少，因此在岩爆洞段施工时要在刀盘后方的支护区域及时完成有效支护，从而避免由于支护设备已通过岩爆发生位置而造成支护施工的困难。
①支护方式：
在岩爆洞段支护要求快速、程序化，并且保证支护的质量，此时将充分利用TBM刀盘后方的超前喷射机械手，首先在岩面出露后及时喷射8～10cm的混凝土，再在完成混凝土喷射的岩面上施工锚杆和挂网，并按照设计要求完成系统支护。
②锚杆类型的选择，根据招标文件设计的锚杆类型，岩爆洞段施工的锚杆可以选择普通的砂浆锚杆、涨壳式预应力锚杆和水胀式锚杆。在需要紧急支护的时候可选择涨壳式预应力锚杆和水胀式锚杆进行施工。
8.4.2.3 断层、破碎带支护
TBM施工过程中难免遇到较大的断层及其破碎带，此时需要利用TBM自身的支护设备完成支护作业。以保证TBM支撑系统的可靠支撑，从而保证隧洞的施工质量。
在断层及破碎带中的支护方式采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合的方式，首先及时脱出刀盘护盾的岩石按规定的间距安装型钢拱架或格栅拱架，拱架安装的同时将钢筋网布在拱架和岩面之间，拱架固定、安装完成后对岩面进行混凝土喷射支护，而后再在拱架之间设计位置进行锚杆的施工。必要时首先进行喷射混凝土作业。
在超前预报预测到将出现较大的断层带时，需要利用TBM上的超前钻机施工超前小导管并进行注浆，对断层带进行超前支护。超前钻机按照设计的位置沿洞室的开挖轮廓纵向钻孔，孔径超过小导管直径20～30mm，由于TBM刀盘护盾长度约4m，因此超前导管施工长度应不小于9m。按照由高孔位向低孔位的顺序进行施工。钻孔分序间隔进行，钻孔完成后即顶进导管，注浆采用多孔集中进行。
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超前小导管施工流程如图8-26。
图8-26 超前导管施工流程
导管选用Φ32～40mm的热轧钢管，每节长3.5m，接头采用满丝扣厚壁管箍（长度150mm）；管壁上梅花形布置Φ6～8mm/@10～20cm孔眼。环向间距一般采用200～500mm。钻孔沿隧洞纵向开挖轮廓线向外以7°的外插角钻孔。
导管安装时纵向两组小导管间的水平搭接长度不小于100cm。并将止浆塞随同小导管一并安装好。注浆利用TBM自带的注浆设备按照如图8-27流程进行施工。
图8-27 注浆施工流程图
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结束 是 是否满足质量要求 是否已经完成本循环钻孔及注浆 钻注浆效果检查孔 否 设计补注浆钻孔位置及深度、钻孔注浆 压水试验 注浆 浆液制备 转入下一钻孔 是 孔深确认？ 否 钻孔完成 注浆检查 超前小导管顶进 超前导管注浆 钢管制作 注浆设备调试 钻机、注浆设备就位 分序钻孔（先高孔位后低孔位） 测量布孔 雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计
注浆压力采用1.0～2.0Mpa，注浆浆液扩散半径不小于25cm，形成固结体直径不小于40cm。注浆完成围岩硬化后，TBM开始开挖，随开挖按设计间距安装型钢钢拱架，拱架要支撑钢管，钢管和钢拱架之间的间隙设楔块楔紧。钢拱架之间再进行锚杆、钢筋网施工。开挖过程保持1.5-2.0m的止浆墙，以保证下一次注浆时孔口漏浆。
8.5 TBM施工事项说明
8.5.1材料运输、转移、就位的方法
TBM喷锚支护所的材料有锚杆、钢筋网片、钢拱架、混凝土。锚杆、钢筋网片和钢拱架在穆家铺子材料厂进行加工，通过汽车运至1560平台材料转运站台或组装洞材料站台，再龙门吊或桥吊吊装至平板车，运至TBM号台车，再通过TBM自带吊机吊至所需安装位置。锚杆采取人工安装，钢筋网片和钢拱架采用安装器安装。
喷射混凝土通过有轨罐车运至TBM号台车，通过自备混凝土输送泵泵送至喷锚机械手处。
8.5.2TBM掘进与支护进度关系
TBM配备锚杆钻机4台，喷锚机械手4部，分别位于L1、L2区，各两套。T1台车上的主要是应急情况下采用支护紧跟的配套设备，对于正常掘进中的支护帮助不大。当TBM正常掘时，支护主要还是依靠T2台车的设备。
根据以往的支护情况，T2台车配备的两台喷锚机械手每小时出料各为40m3，掘进机按照每1小时一个循环1.8米计算，需要喷混凝土约10m3，所以，喷混凝土设备TBM自配设备可以满足施工需要；两台锚杆钻机一个循环进尺1.8米要完成锚杆钻孔约平均30根，每台机子要完成15根，即4分钟要完成一根锚杆造孔。根据以往经验，5米以内可以完成，超过5米很困难。因此，从配备的2台锚杆钻机数量来看，支护中钻孔工序难以完成。
根据以上分析，在TBM施工中正常掘进时，支护中的锚杆造孔需要采取增加设备的措施。
为了确保支护能够与掘进进度匹配，采取在TBM后部紧跟两部支护台车，一部台车上配备2台锚杆钻机，对前方剩余的锚杆进行补打，另外一部配备一台喷锚机，对局部缺陷进行补喷。
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8.5.3轨道机车编组
鉴于1560平台无法进行列车编组，并且充分利用组装洞和步进洞富余空间，在组装洞和步进洞段设置编组站。见附图8-9：组装洞、步进洞材料转动编组站平面布置图。
具体作法：在步进洞正线轨道右侧采取钢枕加长，增加一股道，用于存放平板车和罐车，在组装洞右侧垫碴和钢枕齐高，增加一股道，用于停放机车和载人客车，利用专门的编组机车将所需车辆在中间股道（返程股道）进行编组。根据1560平台站场轨道布置要求，一般所挂车辆不超过四节，基本为运输混凝土的罐车，运输锚喷所需其他材料的一般在组装洞吊装和编组。
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