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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1500～2000m，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+500～15+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N58°W。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1500～2000m，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四川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.TBM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

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

喷混凝土

导向系统

图2TBM设备系统施工原理框图

图3TBM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1TBM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(新装刀具)

12,400mm(刀具磨损后）

3

刀具

直径

482mm(19”

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@310bar/39584kN@350bar

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

15000h根据ISO281L10

6

撑靴系统

类型

浮动撑靴

撑靴撑力(最大)

98960kN@315bar/109956kN@350bar

油缸数量

4个

油缸行程测量装置

2个

尺寸

?1000mmx720mm/行程+/-

作用在岩体上的额定压力

4.5N/mm2(撑靴力可调)

7

后部支撑

撑腿数量

2个

油缸数量

4个

尺寸

?280mm×220mm/行程:1750mm

行程测量装置数量

2个

额定压力

350bar

支撑力

8620kN

8

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

IP55或相当（适用于2/4包）

9

TBM皮带输送机

长度

大约26m

宽度

1400mm

排量(松散物料)

约1,200t/h

速度

0-2.5m/s

粒径

0-300mm

10

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

2,400mm

12

L1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

180°

13

L1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

0…210min-1/个

旋转扭