浅析TBM施工技术的优势

地质装备

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浅析TBM施工技术的优势

何小松

(北京振冲工程股份有限公司󰀁北京󰀁100102)

摘󰀁要:本文从TBM设备及施工技术在国内外的产生发展历史入手,首先简单介绍了TBM设备的组成和工作原

理。然后结合具体工程施工实践和翔实数据资料,从施工效率、质量、安全环保与投产效益等方面,全面系统地分析了TBM施工技术的综合优势,充分阐述了TBM作为一项技术含量极高的施工工艺,在国内隧道建设领域内的广阔前景。

关键词:TBM󰀁施工技术󰀁优势

1󰀁TBM施工技术的发展史

早在1846年,意大利人就开始研究TBM(TunnelBoringMachine),但是,TBM掘进机及其施工技术真正取得成功,当以1956年美国罗宾斯成

功研制硬岩TBM为标志。美、德、意、日等西方国家具有TBM设备的较长生产历史,比如:美国的罗宾斯公司(Robbins)、德国海瑞克公司(HERREN󰀁KNECHT)等。TBM掘进机及其施工技术在国外已经相当成熟。

近年来,硬岩TBM掘进机先后在铁路建设、水利水电等领域广泛采用,比如,桃花铺隧道、大伙房输水工程、引洮工程、锦屏水电站等工程就是其中的典型代表,并先后采用TBM倔进机施工并已成功完成或正在顺利施工。2󰀁TBM组成与工作原理

TBM是集机械、电子、液压以及激光控制等技术为一体,实现了高度机械化和自动化,是当前最先进的大型地下隧道施工成套装备。TBM由主机、后配套组成等设备、设施组成,包括刀具刀盘、刀盘支撑、主轴承、操作室、护盾、主梁以及支撑等等。

TBM在掘进作业时,掘进机刀盘以一定速度旋转,并将推力传递至刀具,岩石在刀具的作用下形成破碎石块,石块经铲斗送达各级皮带,并向洞外输送,同时,推进油缸不断推动刀具刀盘向前掘进,经换步作业后,进入下一个掘进循环。

3󰀁TBM的技术优势

TBM施工以其快速高效、安全环保等明显优势,更加适宜长距离隧洞(超过4~5km)、大埋深、跨流域甚至跨海洋的岩石隧道的修建。现结合我公司承建的锦屏水电站工程施工实际,从不同角度介绍TBM工法在实际施工中所体现的优势。

(1)施工效率极高

经表1的统计和分析,可以看出,TBM的掘进速度和施工效率明显高于钻爆法开挖隧道的对应指标,且TBM施工能够在较长时间内保持较高的日掘进记录,确保施工高峰的提前到来和持续稳定,利于实现稳产高产的进度目标。TBM在超大洞室的掘进施工中,仍将施工效率提高了2~3倍以上;对于直径为7~8m的常规隧洞,施工效率可提高5倍以上。

(2)施工安全、环保

在埋深超过1500m的高埋深区,极易发生岩爆。采用TBM施工时,在开挖围岩超出护盾后,就能迅速采取锚杆、钢筋网、钢拱架、喷混凝土等支护措施,因此,可有效防止由于岩爆塌方给作业人员带来的伤害及对设备带来的损坏。截至目前,尽管S洞经历了多次的岩爆,但均未对人员和设备造成大的伤害或损坏,保持了较好的安全水平。

TBM掘进不是采用炸药爆破,而是依靠安装在TBM刀盘上的刀具切削岩石,因此,其在掘进过程中仅会产生少量的粉尘,而这些粉尘还能通过刀盘喷水、加设除尘设备等措施进一步加以减少和消除,有利于保护环境、保护施工作业人员的身体健康。

(3)施工更容易解决通风难题

长隧洞的通风问题是施工中的关键。本工程为在高埋深区的超长隧道施工,无法通过增加通风竖井、通风支洞等措施改善隧洞内的通风条件,且隧洞之间相互干扰严重,很难达到良好的通风效果。常36何小松:浅析TBM施工技术的优势

第11卷󰀁第2期

规钻爆法施工由于大量的内燃机械设备作业及爆破时产生的大量烟尘,若没有良好的通风措施,开挖长度超过3km后通风的效果很难达到要求。容易出现职业病或工人被炮烟熏倒在洞内等不利情况。

采用TBM法施工的P洞、S洞的洞内通风效果都非常好。󰀁󰀁表1各主要洞室的施工进度对比表

洞室名称施工工艺

进尺󰀁天󰀁

󰀁全断面(m)󰀁上断面(m)󰀁累计(m)

󰀁开工至截至日期的天数(天)停工󰀁天󰀁

设备、主皮带导致的停工其它非承包人因素导致的停工󰀁小计

P洞

E洞

S洞

TBM法钻爆法TBM法5169-5169373-146146415󰀁74

296218704832850---170󰀁54

1997-1997314130-130190󰀁80

图1󰀁长距离皮带的激光导向

󰀁实际月进尺(钻爆为非全断面开挖)

(m/月)=󰀁󰀂 !30扣除非承包人因素后的月均进尺(m/月)=󰀁󰀂(󰀁-󰀁)󰀁30有效掘进天数(天)(>10m/天)

683󰀁12-325󰀁6088

图2󰀁皮带除渣

前。现以E洞、S洞的施工实际进度数据,对TBM施工形成的提前收获的效益进行简略计算。

󰀁󰀁说明:a󰀁本表中,带󰀁-󰀁处,并非表示其数值为零,仅表示我们在完成上表时,未能获得其有效数字而已。

b󰀁P洞直径7~8m;E洞、S洞直径相同,直径均超过10m。

(4)施工可以实现长距离、高效皮带除渣在钻爆法施工过程中,采用有轨机车或轮式车辆除渣时,会出现运力不足、运力间断、运力受限于洞内交通而影响开挖和支护并最终降低钻爆施工效率的情况;行车的粉尘还会导致本来就不乐观的洞内空气质量进一步恶化。而采用TBM掘进,可以实现从隧道掌子面到弃渣场的长距离、连续皮带传送石渣,洞内外运输经济、便捷。

图3󰀁TBM掘进定位与导向系统

(5)施工能确保工程质量

TBM设备配备有先进的测量定位系统,隧洞实际成形轴线能够高精度地满足设计要求。TBM掘进机开挖洞室截面为标准󰀁圆形󰀁,无超挖、无欠挖,工程质量可靠。

(6)施工能够获得早日启用形成的效益隧洞开挖完成时间是关系到能否实现早日发电的重要的节点工期之一。采用TBM施工,必将加速引水洞的开挖进程,将隧道的衬砌和防渗灌浆、通水与发电调试和正式并网发电的日期大幅度地提

合理假设:以S洞的TBM掘进的合同明示长

度作为统一标准,即:11202󰀁5m,且因实际施工条件所限,均只能采取独头掘进或开挖。每度电的平均收益为:0󰀁11元/度;工程动用后的日均产能1󰀁66󰀁107度/天,即提前效益为1󰀁82󰀁106元/天。钻爆法选取最高月均进尺记录,即170󰀁54m/月;TBM施工选取最低月均进尺记录(仅影响TBM施工的非承包人因素耽误的工期未扣减的情况下),即190󰀁80m/月。

由上可知,采用TBM施工的工程比采用钻爆2010年4月

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社会效益,比如:缓解区域能源、交通紧张,改善区域水资源紧缺等社会效益。4󰀁结论

总之,无论是从施工效率、施工进度,还是从安全与环保的角度来讲,与钻爆法相比,TBM施工,都具有明显的、不可超越的巨大优势。同时,TBM施工可以实现电站的早日投产、可以实现投资收益的最大化。所以,在超长隧道施工领域,TBM施工设备及技术是值得大力推广的一种具有光明前景的施

图4󰀁TBM掌子面

工工艺。主要参考文献:

1󰀁TBM施工技术在我国的发展及技术背景

2󰀁王梦恕等编著󰀁岩石隧道掘进机(TBM)施工及工程实

例,北京:中国铁道出版社

(收稿日期:2009年12月30日)

法施工的工程提前动用210天;可以提前获得的经济效益为3󰀁48亿元。然而,这还仅仅是最保守的经济效益的预估。还未计入TBM因为非承包人因素带来的不利影响消除、而完全发挥其快速优势的情况下取得的效益,且未考虑工程提前完工所带来的

AnalysisontheAdvantagesofTBMConstructionTechnology

Abstract:ThepaperfirstlyintroducesthedevelopmenthistoryofTBMequipmentandtechnologyintheworld,andthecompositionandworking󰀁principleofTBMequipment,thenanalysisitsadvantagesineffi󰀁ciency,quality,safety,environmentalprotectionandeconomicbenefitsbyspecificprojectsanddata.(byXiaosongHe)

Keywords:TBM,ConstructionTechnology,Advantage

全国水井钻机情报网年会在南宁召开

本刊讯,2010年全国水井钻机情报网年会于3月22~28日在绿城南宁召开。来自全国地矿、煤田、水利、建设等系统的60多家单位约120人参加了会议。

本次会议的主要内容包括专题讲座、技术交流和产品介绍。全国水井钻机情报网首席顾问许刘万教授级高工、勘探技术研究所苏长寿和王年友教授级高工、全国水井钻机情报网秘书长赵明杰分别做了󰀁气动潜孔锤钻进技术若干问题󰀁、󰀁液动锤在石油钻井中的初步应用󰀁、󰀁绳索取心钻探技术及孔内事故处理󰀁和󰀁浅析钻探科研产品如何尽快打开市场󰀁的专题报告。张家口中地装备探矿工程机械有限公司、阿特拉斯󰀁科普柯上海贸易有限公司等16家生产厂家在会上分别介绍了最新开发的新产品。