超长距离隧洞中一洞双机的TBM施工方法与流程

超长距离隧洞中一洞双机的tbm施工方法
技术领域
1.本发明涉及隧洞施工方法领域，特别是一种超长距离隧洞中一洞双机的tbm施工方法。


背景技术：

2.随着隧洞建设技术的发展，一洞双机技术越来越多的应用于隧洞的建设中，同样的，在洞内实现对tbm的组装及对进出物料先后顺序的统筹，也是盾构技术发展的主要方向。现阶段，在，隧洞施工的工程区范围内，地面为荒漠地貌，由于蒸发量远大于降水量，且地下径流不畅，地下水矿化度较高。而地下的岩层个别地段以糜棱岩及碎裂岩为主，断层带内岩体稳定性差，属ⅳ～
ⅴ
类围岩。甚至还发育少量小型断层，宽度一般2～15m，带内以糜棱岩及碎裂岩为主，就造成了往往施工难度更大。
3.有相关技术人员提出过，针对该类地形，采用一洞双机的模式，提高工作效率。但是没有考虑如下问题：1. 针对超长距离的环境中，围岩情况复杂，没有成体系的衬砌防护方案；2.整个体系的排水无法适应突发的管涌情况；3.整个体系的物料运输不科学，难以进一步提高工作效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了解决现有技术中应对突发情况的能力低、物料运输不科学，整个工作体系各自独立统筹程度低。
5.在中国西北领域，按地下水赋存状态的不同，隧洞区地下水主要类型为基岩裂隙水，根据隧洞沿线钻孔反映，洞底以上普遍存在裂隙水，裂隙水水量大多较小，没有连续统一的地下水面。地下水主要贮存于断层破碎带、裂隙密集带，隧洞穿过这些地段时大多以渗水、滴水为主，局部出现线状流水。本发明主要针对该条件下产生的问题提出解决，同时建立一套完整的统筹程度高的施工方法。
6.本发明的具体方案是：设计一种超长距离隧洞中一洞双机的tbm施工方法，包括如下步骤：依据搜集数据设定钻进方式：采集标段的地质信息，渗水信息，选取ⅱ类围岩为主的区域划定为安装洞，安装洞的两端依次设置辅助洞、通过洞和始发洞，两侧始发洞的外侧各对应一tbm的掘进段，在长距离的掘进段中添设第二支洞，配套第二支洞的两侧设置通过洞，隧洞内设有宽度为单个tbm宽度3倍的安装洞，安装洞边缘设置第一支洞，所述第一支洞和所述第二支洞处联通有蓄水水源，安装洞上游设为第一tbm组装区域；下游设为第二tbm组装区域；主支洞交叉口长度大于54米，所述安装洞内设有倒车洞和集水仓；统筹安装洞进料顺序：下游第二tbm经由第一支洞运输材料入场，同步保证隧洞内人体吸入空气中的含氧量应不小于20%，每个人员应提供不小于3m
³
/min的新鲜空气，在主
洞与支洞交叉口处，上游、下游分别加设一台接力风机，在支洞内加设风机，上游第一tbm配套平台式拖车，下游第二tbm配套门架式拖车，tbm到位后，进行流体部件和电气部件的组装；确定tbm组装方案：依次包括保温条件下刀盘的焊接和拼装、步进装置的焊接和组装、底护盾的组装、机头架组装作业、主大梁的组装、主机皮带机接渣斗的组装、侧护盾的组装、主驱动单元的安装、顶护盾的安装；确定施工排水方案；包括主洞排水方、支洞排水方案和应急排水方案，其中，主洞排水方案包括采用拦坝的形式在tbm上、下游步进洞分别设置集水仓，地下水及第一tbm施工废水以自流的方式引排至上游步进洞集水仓，经沉淀后再抽排至主支交叉口底部的集水仓内，第二tbm的废水采用拦坝蓄排方式分级抽排至下游步进洞集水仓内，经沉淀后抽排至交叉口集水仓，同时配备潜污泵，在渗涌水量较大时，增加拦坝蓄水仓数量，并逐级向上级水仓翻水；支洞排水方案包括安装在支洞内的排水管路和应急排水管路；隧洞应急抽排水包括增加拦坝蓄水仓的数量，并使用潜污泵逐级将下级水仓积水抽排至上一级水仓内，以此逐级抽排至第一支洞交叉口集水仓。
7.确认施工运输方案：一阶段为第一tbm首掘进段和第二tbm掘进段，本阶段运输首先采用无轨运输将所需机具材料及人员经第一支洞运送至tbm辅助洞室，再采用有轨运输运至tbm掘进工作面，另外采用轮式自行机械车将洞外卸载平台处的渣土转运至弃渣场；第二阶段为第一tbm次掘进段，本阶段运输首先采用无轨运输将所需机具材料及人员经第二支洞运送至tbm辅助洞室，再采用有轨运输运至tbm掘进工作面，另外采用轮式自卸车运输将洞外卸载平台处的渣土转运至弃渣场，每3km布置1处会车平台。施工期间的运输主线为单线运输系统，在辅助洞室布置双线并安装4个单开道岔进行整列编组。
8.步骤（3）中，刀盘在低温下焊接前应进行100-400摄氏度预热，之后刀盘温度检测步骤包括：1)预先规划刀盘焊接区域，采用局部搭建移动式保温棚方式，实现棚内温度控制。
9.2)采用电加热暖风机进行焊接棚内加温，棚内温度保持在0℃以上。同时安装进、排气风机，实现焊接棚内空气流通，污风抽排。
10.3)加强温度检测。焊接棚内安装实时监控的温度计，红外遥感测温枪，对焊接部件进行精确的温度控制。
11.4)需要翻转焊接时，首先移除保温棚，再利用门吊将刀盘翻转定位，然后重新移动保温棚，进行重新加温焊接；刀盘安装时，准备3kw轴流风机安装在保温棚顶部，用于排放污风，30kw电热装置用于保温棚内环境加热升温，环境温度控制在15℃以上。准备红外线测温枪，用于实时检测环境温度和焊缝温度，做到温度精确控制，确保焊接质量。。
12.步骤（2）中，第二tbm运输进洞顺序如下：第一批：刀盘及组件、步进机构及组件、主机及组件（护盾、主驱动及附件、主大梁、撑靴组件、鞍架等）、拱架安装器、平台、运输小车及附件、l1锚杆钻机及其旋转、行走机构、钻机平台及相关附件、主机皮带机架、设备桥及组件、主控室、随机工具，附属设备、主机皮带、硫化机、硫化材料，第二批：喷浆桥、后配套拖车（1-2节），第三批：后配套台车（3-7节）、线缆、管路，第四批：后配套台车（8-11节、斜坡轨道岔；
第一tbm运输进洞顺序如下：第一批：刀盘及组件、步进机构及组件、主机及组件（护盾、主驱动及附件、主大梁、撑靴组件、鞍架）、拱架安装器、平台、运输小车及附件、l1锚杆钻机及其旋转、行走机构、钻机平台及相关附件、主机皮带机架、设备桥及组件、主控室、后配套台车、喷浆桥、工具、主机皮带、硫化机、硫化材料，第二批：后配套台车（2-11节）、线缆、管路，及附属设备、第三批：后配套台车（12-16节）、会车平台。。
13.步骤（3）中的第二tbm的刀盘焊接包括：（1）焊接步骤第一步：刀盘正面焊接：将上下边块待焊接处以及待焊处周边 100mm 范围内的油漆打磨至上下边块的平面度≤5mm；装配好后将连接板的螺栓使用液压扳手打紧，使用工艺板填塞缝隙。检验；使用氧乙炔火焰对待焊接处预热，焊前预热处理，预热温度:100～150℃；焊接过程中四人同时焊接，每人焊接边块对接的一边，对称焊接减少焊接过程中引起的焊接变形；焊后去焊渣，飞溅物，焊缝打磨平整光滑，余高小于 3mm；第二步：刀盘背面焊接：将刀盘正面焊缝焊接完成后翻转刀盘，焊接锥板处及边块背板焊缝，焊接过程及要求和焊接正面焊缝相同；检验，按照图纸要求对相应焊缝进行 ut 探伤，检验，刀座板立焊缝探伤等级ⅱ级，有效熔深 40mm，进行检测，并进行磁粉探伤，等级ⅲ级；将刀座工艺板割除并修磨至与刀座板面平滑过渡，并割除边块吊耳；第三步：刀盘耐磨组件焊接：使用 er50-6 焊丝进行焊接，焊脚高 10mm； 在耐磨板焊缝外侧堆 5mm 高耐磨焊，在边块背板和中间块背板焊缝以及刀座外露焊缝划 40
×
40 网格，并用焊接耐磨焊，焊缝宽度 5mm，焊高 5mm，将正面耐磨板和滚刀保护块以及其他耐磨板，焊脚高 10mm；在耐磨板焊缝外侧堆 5mm 高耐磨焊，在边块和中间连接焊缝、以及刀座外露焊缝划 40
×
40 网格，堆焊耐磨焊，焊缝宽度 5mm，焊高 5mm；第四步：外周耐磨组件焊接：将焊接好的刀盘装配完成，并吊装至与tbm总装，将刀盘主吊耳割除，并修磨切割面至平滑过渡，转动刀盘至铆焊合适位置，按“耐磨组件”图纸要求，将吊耳处 的耐磨板以及外周格栅板，使用 er50-6 焊丝进行焊接，焊脚高 10mm，焊接参数同上；在耐磨板焊缝外侧堆 5mm 高耐磨焊，在边块和中间连接焊缝、以及刀座外露焊缝划 40
×
40 网格，堆焊耐磨焊，焊缝宽度 5mm，焊高 5mm。
14.步骤（3）中的第一tbm刀盘焊接包括（1）焊接步骤第一步：组装刀盘前面板向下，平吊上边块，放置在墎子上，然后以大法兰端面为基准调整水平，保证水平度2mm 以内，安装螺栓：将其它螺栓涂抹螺纹紧固胶，安装所有螺栓，紧固力矩 50%；将前期安装的两端 22 颗螺栓拆除，涂抹螺纹紧固胶后重新安装，紧固力矩 50%。
15.第二步：联接，拧紧螺栓，盲孔处螺栓使用液压扳手紧固，通孔处螺栓采用拉拔器紧固。紧固过程分三次完成：第一次达到规定扭矩的 50%、第二次达到规定扭矩的75%、第三次达到规定扭矩值。
16.本发明的有益效果在于：将洞内组装tbm与一洞双机做了有效的结合，建立一套完备的安装系统，该系统同时考虑到隧洞内的科学排水，以应对多中突发场合；
预热工步保证了刀盘的稳定性和力学强度，结合两个支洞先后进场的顺序实现了科学统筹，可以有效缩短工期，降低施工人员数量，进而降低人工成本；进一步提高了施工运输方案中的统筹度，提高施工效率，有效安全的缩短工期；针对特定的高湿度高热度的场合，提出了细化的新的组装方案，整个安装过程工人安装，设备稳固，同时刀盘寿命长，以有效降低建筑施工成本。
附图说明
17.图1是本发明隧洞分布的示意图；图2是本发明安装洞的俯视图；图3是第一支洞隧道断面图；图4是安装洞桥吊布置示意图；图5是通风示意图；图6是第一tbm主机组装场地布置图；图7是第二tbm主机组装场地布置图；图中各部件名称：1.第一tbm首掘进段；2.安装洞；3. 第一tbm次掘进段；4.通过洞；5.第一支洞；6.第二支洞；7.辅助洞；8.第二tbm掘进段；9.第一竖井；10.第二竖井；11.集水仓；12.倒车洞。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
19.一种超长距离隧洞中一洞双机的tbm施工方法，参见图1至图6，设计依据搜集数据设定钻进方式：采集标段的地质信息，渗水信息，选取ⅱ类围岩为主的区域划定为安装洞，安装洞的两端依次设置辅助洞、通过洞和始发洞，两侧始发洞的外侧各对应一tbm的掘进段，在长距离的掘进段中添设第二支洞，配套第二支洞的两侧设置通过洞，隧洞内设有宽度为单个tbm宽度3倍的安装洞，安装洞边缘设置第一支洞，所述第一支洞和所述第二支洞处联通有蓄水水源，安装洞上游设为第一tbm组装区域；下游设为第二tbm组装区域；主支洞交叉口长度大于54米，所述安装洞内设有倒车洞和集水仓；统筹安装洞进料顺序：下游第二tbm经由第一支洞运输材料入场，同步保证隧洞内人体吸入空气中的含氧量应不小于20%，每个人员应提供不小于3m
³
/min的新鲜空气，在主洞与支洞交叉口处，上游、下游分别加设一台接力风机，在支洞内加设风机，上游第一tbm配套平台式拖车，下游第二tbm配套门架式拖车，tbm到位后，进行流体部件和电气部件的组装；确定tbm组装方案：依次包括保温条件下刀盘的焊接和拼装、步进装置的焊接和组装、底护盾的组装、机头架组装作业、主大梁的组装、主机皮带机接渣斗的组装、侧护盾的组装、主驱动单元的安装、顶护盾的安装；确定施工排水方案；包括主洞排水方、支洞排水方案和应急排水方案，其中，主洞
排水方案包括采用拦坝的形式在tbm上、下游步进洞分别设置集水仓，地下水及第一tbm施工废水以自流的方式引排至上游步进洞集水仓，经沉淀后再抽排至主支交叉口底部的集水仓内，第二tbm的废水采用拦坝蓄排方式分级抽排至下游步进洞集水仓内，经沉淀后抽排至交叉口集水仓，同时配备潜污泵，在渗涌水量较大时，增加拦坝蓄水仓数量，并逐级向上级水仓翻水；支洞排水方案包括安装在支洞内的排水管路和应急排水管路；隧洞应急抽排水包括增加拦坝蓄水仓的数量，并使用潜污泵逐级将下级水仓积水抽排至上一级水仓内，以此逐级抽排至第一支洞交叉口集水仓。
20.确认施工运输方案：一阶段为第一tbm首掘进段和第二tbm掘进段，本阶段运输首先采用无轨运输将所需机具材料及人员经第一支洞运送至tbm辅助洞室，再采用有轨运输运至tbm掘进工作面，另外采用轮式自行机械车将洞外卸载平台处的渣土转运至弃渣场；第二阶段为第一tbm次掘进段，本阶段运输首先采用无轨运输将所需机具材料及人员经第二支洞运送至tbm辅助洞室，再采用有轨运输运至tbm掘进工作面，另外采用轮式自卸车运输将洞外卸载平台处的渣土转运至弃渣场，每3km布置1处会车平台。施工期间的运输主线为单线运输系统，在辅助洞室布置双线并安装4个单开道岔进行整列编组。
21.步骤（3）中，刀盘在低温下焊接前应进行100-400摄氏度预热，之后刀盘温度检测步骤包括：1)预先规划刀盘焊接区域，采用局部搭建移动式保温棚方式，实现棚内温度控制。
22.2)采用电加热暖风机进行焊接棚内加温，棚内温度保持在0℃以上。同时安装进、排气风机，实现焊接棚内空气流通，污风抽排。
23.3)加强温度检测。焊接棚内安装实时监控的温度计，红外遥感测温枪，对焊接部件进行精确的温度控制。
24.4)需要翻转焊接时，首先移除保温棚，再利用门吊将刀盘翻转定位，然后重新移动保温棚，进行重新加温焊接；刀盘安装时，准备3kw轴流风机安装在保温棚顶部，用于排放污风，30kw电热装置用于保温棚内环境加热升温，环境温度控制在15℃以上。准备红外线测温枪，用于实时检测环境温度和焊缝温度，做到温度精确控制，确保焊接质量。
25.步骤（2）中，第二tbm运输进洞顺序如下：第一批：刀盘及组件、步进机构及组件、主机及组件（护盾、主驱动及附件、主大梁、撑靴组件、鞍架等）、拱架安装器、平台、运输小车及附件、l1锚杆钻机及其旋转、行走机构、钻机平台及相关附件、主机皮带机架、设备桥及组件、主控室、随机工具，附属设备、主机皮带、硫化机、硫化材料，第二批：喷浆桥、后配套拖车（1-2节），第三批：后配套台车（3-7节）、线缆、管路，第四批：后配套台车（8-11节、斜坡轨道岔；第一tbm运输进洞顺序如下：第一批：刀盘及组件、步进机构及组件、主机及组件（护盾、主驱动及附件、主大梁、撑靴组件、鞍架）、拱架安装器、平台、运输小车及附件、l1锚杆钻机及其旋转、行走机构、钻机平台及相关附件、主机皮带机架、设备桥及组件、主控室、后配套台车、喷浆桥、工具、主机皮带、硫化机、硫化材料，第二批：后配套台车（2-11节）、线缆、管路，及附属设备、第三批：后配套台车（12-16节）、会车平台。。
26.步骤（3）中的第二tbm的刀盘焊接包括：
（1）焊接步骤第一步：刀盘正面焊接：将上下边块待焊接处以及待焊处周边 100mm 范围内的油漆打磨至上下边块的平面度≤5mm；装配好后将连接板的螺栓使用液压扳手打紧，使用工艺板填塞缝隙。检验；使用氧乙炔火焰对待焊接处预热，焊前预热处理，预热温度:100～150℃；焊接过程中四人同时焊接，每人焊接边块对接的一边，对称焊接减少焊接过程中引起的焊接变形；焊后去焊渣，飞溅物，焊缝打磨平整光滑，余高小于 3mm；第二步：刀盘背面焊接：将刀盘正面焊缝焊接完成后翻转刀盘，焊接锥板处及边块背板焊缝，焊接过程及要求和焊接正面焊缝相同；检验，按照图纸要求对相应焊缝进行 ut 探伤，检验，刀座板立焊缝探伤等级ⅱ级，有效熔深 40mm，进行检测，并进行磁粉探伤，等级ⅲ级；将刀座工艺板割除并修磨至与刀座板面平滑过渡，并割除边块吊耳；第三步：刀盘耐磨组件焊接：使用 er50-6 焊丝进行焊接，焊脚高 10mm； 在耐磨板焊缝外侧堆 5mm 高耐磨焊，在边块背板和中间块背板焊缝以及刀座外露焊缝划 40
×
40 网格，并用焊接耐磨焊，焊缝宽度 5mm，焊高 5mm，将正面耐磨板和滚刀保护块以及其他耐磨板，焊脚高 10mm；在耐磨板焊缝外侧堆 5mm 高耐磨焊，在边块和中间连接焊缝、以及刀座外露焊缝划 40
×
40 网格，堆焊耐磨焊，焊缝宽度 5mm，焊高 5mm；第四步：外周耐磨组件焊接：将焊接好的刀盘装配完成，并吊装至与tbm总装，将刀盘主吊耳割除，并修磨切割面至平滑过渡，转动刀盘至铆焊合适位置，按“耐磨组件”图纸要求，将吊耳处 的耐磨板以及外周格栅板，使用 er50-6 焊丝进行焊接，焊脚高 10mm，焊接参数同上；在耐磨板焊缝外侧堆 5mm 高耐磨焊，在边块和中间连接焊缝、以及刀座外露焊缝划 40
×
40 网格，堆焊耐磨焊，焊缝宽度 5mm，焊高 5mm。
27.步骤（3）中的第一tbm刀盘焊接包括（1）焊接步骤第一步：组装刀盘前面板向下，平吊上边块，放置在墎子上，然后以大法兰端面为基准调整水平，保证水平度2mm 以内，安装螺栓：将其它螺栓涂抹螺纹紧固胶，安装所有螺栓，紧固力矩 50%；将前期安装的两端 22 颗螺栓拆除，涂抹螺纹紧固胶后重新安装，紧固力矩 50%。
28.第二步：联接，拧紧螺栓，盲孔处螺栓使用液压扳手紧固，通孔处螺栓采用拉拔器紧固。紧固过程分三次完成：第一次达到规定扭矩的 50%、第二次达到规定扭矩的75%、第三次达到规定扭矩值。
29.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。