长大隧道快速施工关键技术与设备研究

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1、长大隧道快速施工关键技术与设备研究高菊如罗建春涂文轩（中铁西南科学研究院有限公司，四川成都，610031）摘要：隧道掘进和衬砌是隧道施工中两个重要和主要的施工工序。传统的顺序施工模式和设备无法满足隧道在施工速度、施工质量、综合成本和运营安全等方面要求越来越高的现状以及隧道越修越多、越修越长的市场需求。笔者提出了一种新的能够实现隧道掘进与衬砌平行施作的联合作业模式，研制了能够实现这种模式的全环内通式衬砌模板台车，并将这些研究成果成功应用于辽宁省大伙房输水工程的修建。文中首先简要叙述了开敞式TBM和双护盾TBM的特点，并针

2、对不同应用领域进行了优越性对比分析；然后介绍了大伙房输水工程中TBM选型；最后阐述了全环内通式衬砌模板台车的主要功能、特点和应用效果。关键词：长大隧道；快速施工；TBM；全环内通式衬砌模板台车；联合作业1引言随着科技和经济的迅速发展，地表空间越来越有限，开发地下空间并为人类创造更好的生活环境就显得非常重要。越来越多的长大隧道工程出现在铁路、公路和水利水电工程修建中，成为控制整个工程工期的关键。目前隧道施工一般采用钻爆法和TBM法两种。不管是钻爆法还是TBM法，隧道施工工序大都由掘进、装碴、运碴、初期支护和二次衬砌等组成

3、，而掘进和衬砌是隧道施工中两个重要和主要的控制整个工程工期的关键施工工序。因此，如何在有限隧道空间内处理好掘进与衬砌之间顺序关系非常重要。钻爆法和开敞式TBM施工中，隧道掘进和二次衬砌一般采用顺序作业的施工模式，即在掘进完工后，再浇注混凝土衬砌。双护盾TBM虽然可以实现隧道掘进与安装预制混凝土管片平行作业，然而预制混凝土管片形成的隧道二次衬砌表面质量远不如现浇混凝土衬砌质量。传统的隧道施工模式、工艺、工法和设备均已无法满足现代隧道施工要求，因此，非常有必要研究隧道工程中的新型快速施工技术和设备选型，并为今后类似的隧道工

4、程提供参考。辽宁省大伙房输水工程是辽宁省“十五”期间一项重要水利工程，是解决辽宁省中部抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口和盘锦六城市工业用水和生活用水的大型水资源配置工程，受益人口近1000万人，对辽宁省中部地区的经济、社会发展具有十分重要的意义。大伙房输水工程主体建筑物为一长85.32km的输水隧洞，工程总体布置上充分利用天然地形，在适当的位置一共布设了16条施工支洞。主洞线洞室埋深较大，一般为100～300m，岩石多为中硬岩，微风化，围岩工程地质分类结果Ⅱ类围岩占30.9％，Ⅲa类围岩占23.4％，Ⅲb类围岩占35.0％

5、，Ⅳ、Ⅴ类围岩占10.7％，成洞条件较好，对TBM施工有利。隧洞施工采用以TBM为主，钻爆法为辅的施工方法。前21.61km采用钻爆法施工，后63.71km中除有2km采用钻爆法施工外，其余采用3台TBM分成3个标段（即TBM1、TBM2、TBM3）施工，每台TBM的掘进长度在18～20km左右，TBM掘进开挖的隧洞洞径为8.0m。工程总工期6.22年，总投资54.67亿元。要建造如此工期紧、质量要求高的世界第一长大隧洞，传统的隧道施工方法、工艺和施工设备均不能满足要求。为了提高整个工程的施工速度和施工质量，降低工程综

6、合成本，业主采用了开敞式TBM掘进和全环内通式衬砌模板台车联合作业的施工模式，提高了隧洞综合施工效率。2TBM选型2.1开敞式TBM开敞式TBM的结构主要由主机和后配套装置等系统构成，主机包括旋转刀盘、护盾、主承重梁架、支撑靴、后支撑、灭尘、出渣、机械——液压传动等系统构成；后配套系统主要由动力站、液压控制站、操作控制室、通风系统、出渣和物料运输系统、激光定位系统以及供排水系统等一系列后配套设备构成。旋转刀盘位于开敞式TBM前端，其直径与隧道开挖直径相同。掘进时，通过液压传动系统给旋转刀盘施加压力，刀盘上的滚刀旋转切碎

7、岩体，由装在刀盘周边的集料斗转至顶部通过皮带机将岩渣运至机尾，卸入相关运输设备运走。当支撑靴伸出并固定支撑在隧道壁时，开敞式TBM推进油缸以支撑靴为支点，推进TBM前行。2.2双护盾TBM双护盾TBM除了旋转刀盘外，另外还有三段护盾，即伸缩护盾（能够在外部大护盾内部穿行的小护盾）、支撑护盾和尾部护盾。在硬岩中施工时利用支撑靴支撑洞壁传递反力，驱动组件将动力传递至刀盘，刀盘旋转切削岩体，当设备前行时伸缩护盾伸出，稳定围岩。隧道掘进过程中支撑护盾处于静止状态，管片安装工人在安全的尾部护盾内安装预制混凝土衬砌管片。因此，双护

8、盾TBM可实现掘进与安装预制混凝土衬砌管片平行作业，提高隧道综合施工效率。而且，封闭的护盾内部提供了安全可靠的工作环境，确保隧道施工的安全性。当围岩不足以支撑靴支撑洞壁传递反力时，双护盾处于单护盾施工模式。此时，掘进与安装预制混凝土衬砌管片只能顺序作业。2.3开敞式TBM与双护盾TBM的选型比较不管是开敞式TBM还是双护盾TBM都