引汉济渭北岭TBM同步衬砌施工

2.1 项目概况

引汉济渭工程地跨黄河、长江两大流域，横穿秦岭屏障。项目分为调水工程、输配水工程。调水工程由蓄水水库及秦岭隧洞，即陕西汉中境内汉江上的黄金峡水库、汉江支流子午河三河口水库，秦岭隧洞其总长98.3公里，输配水工程由南干线、过渭干线、渭北东干线和西干线组成。

秦岭输水隧洞全长98.30公里，设计流量70立方米每秒，纵坡1/2500，分黄三段和越岭段。越岭段进水口位于三河口水利枢纽坝后右岸控制闸，出口位于渭河一级支流黑河右侧支沟黄池沟内，全长81.779公里，分段采用内径为6.76米×6.76米的马蹄型断面和6.92米/7.52米的圆型断面，其中进口段26.14公里及出口段16.55公里采用钻爆法施工，断面为马蹄型，穿越秦岭主脊段39.08公里采用TBM法施工，断面为圆型。

引汉济渭工程布置示意图

引汉济渭秦岭隧道布置示意图

2.2 TBM设备简介

本标段施工的敞开式TBM由美国罗宾斯制造，刀盘直径8.02m。

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引汉济渭秦岭隧道敞开式TBM设备厂内

2.3 TBM运行情况

秦岭输水隧洞、最大埋深2公里以上、穿越秦岭底部，施工综合难度世界第一。从2013年起，两台TBM硬岩石掘进机在主洞埋深最大的越岭段分别对向掘进，已掘进88公里，目前TBM施工出现了“北快南慢”，剩余9.2公里隧洞硬岩、涌水、岩爆、塌方等难题叠加出现。

引汉济渭工程南岭中铁隧道集团TBM项目部，全长18.275公里（9.88+8.395公里），在宁陕县境内的岭南输水隧洞，因遇到310兆帕极强岩爆和高强度花岗岩，TBM停工检修更换受损的刀盘。

引汉济渭工程北岭中铁十八局TBM项目部位于周至县，全长16.108公里（7.268+8.84公里），在周至县境内的岭北输水隧洞，合同内掘进任务剩余300m，目前出现有害气体，施工速度由最初每月550米下降到现在的每月180米。

2.4 TBM同步衬砌施工

仰拱及边顶拱现浇与TBM掘进同步施工，国内外尚无成功实例。国内外开敞式TBM施工隧洞的底部仰拱位置一般采用仰拱预制边顶拱台车现浇，全断面鲜有采用现浇混凝土衬砌方案。

国内TBM同步仰拱及边顶拱衬砌技术现状

引汉济渭以前项目因未能较好解决皮带、风水电等管线的二次安拆干扰问题，对TBM正常掘进影响较大。以下为引汉济渭吊链皮带出渣及内弧面预制仰拱块单通道同步衬砌施工技术要点。

（1）内弧面预制仰拱安装

仰拱预制块圆心角70°，满足四轨三线通行，预制块外弧面间距90cm设置了拱架预留槽，内弧面两端间距50cm预留支高架端部搭接槽。预制仰拱块由编组平板运输至安装器后侧，利用吊机卸车，滑移至前端后利用拱架底管片安装器安装。仰拱管片一侧预埋橡胶止水条，与上个仰拱块侧边预留槽行程环形封闭止水。

底管片安装器 轨道支高架

仰拱预制块吊装准备

仰拱混凝土管片（止水条）

（2）边顶拱混凝土同步衬砌施工通道

由于衬砌台车内仅布置单线，为保障衬砌时TBM物料运输，在在衬砌台车段（包含同步清渣台车、钢筋绑扎台车、衬砌台车）前后设置了浮放Y型道岔实现单双线过渡。为避免混凝土泵送入仓阻挡通道，在后侧的上行线设置了混凝土泵送施工区（摆放混凝土拖泵），TBM物料运输车通过混凝土泵送施工区后侧设置的浮放浮现道岔，由上行线过渡至下行线通过台车。

隧洞开挖洞径为8.02m，衬砌后受空间限制，投入了2套单通道边顶拱台车进行同步衬砌，两台台车分散布置，尾随TBM的仰拱台车进行Ⅳ/Ⅴ类围岩衬砌（衬后净空7.02m），另外一台相对滞后进行Ⅲ类围岩衬砌（衬后净空6.92m）。

混凝土运输采用洞外及支洞轮式罐车运输+转运至洞内有轨编组罐车运输的方式，洞内有轨运输采用机车+1个8m3水平罐编组模式。

内弧面预制仰拱工况边顶拱同步衬砌洞内轨道交通

单通道边顶拱台车

“Y”型道岔后上行线拖泵

（3）台车结构及风、水管线及皮带拆装

TBM同步衬砌工作区域主要包括清渣、钢筋和边顶拱衬砌台车，

1）清渣台车

为避免清渣投入大量的劳动力和塑料袋，减少占用有轨运输资源，设计了清渣台车通过泥水分离器、斜横皮带等结构，投入少量人工实现洞内仰拱淤积的淤泥、石渣提升运输至主洞内的连续皮带上，一起运输至洞外。

清渣台车结构示意图

2）钢筋台车及边顶拱钢膜台车

由于隧洞衬砌后成洞洞径7.02m，在考虑内置式皮带和风筒的情况下，台车大架内仅可单通道通行。

内弧面预制仰拱支高架结合后配套轨道设计，实现后配套轨道和刚模特台车同轨运行，中间单线保障TBM物料运输。

引汉济渭在吊链式皮带出渣工况下，在钢筋台车和钢膜台车设计了皮带架轨道滑行式承载装置，保障出渣皮带正常时，皮带架在16m长台车上运行平稳，且在已衬砌的边顶拱上预埋皮带和风筒吊点，可前后吊链拆装方便，对皮带正常出渣影响较小。

边顶拱衬砌台车

钢筋台车

皮带架轨道滑行式承载装置

台车前后皮带架固定

3）风水管线拆装

TBM掘进延伸的20kV高压电缆YJV95mm2、抱箍连接的DN125mm供水钢管、三相五线动力和照明电线等管线布置在隧洞左侧洞壁上。

供水管路在台车段设置长度48m的橡胶供水管，每次移动可满足台车3仓浇筑。20kV、10kV和动力电缆在钢膜台车安装时即移至模板内大架的固定托辊架上，台车后段的浮放Y型道岔上配置200m的380V电缆，满足台车行走、泵车等供电。随着边顶拱衬砌延伸，管线再由岩壁二次固定在衬砌边墙上。

供水、电缆穿行示意

4）同步衬砌效果

结合已公布的数据和现场考察，其采用的两套边顶拱衬砌台车，在运输距离短时单台台车衬砌强度可达到16仓（既2台台车每月512m）。目前，第二掘进段TBM已完成8.5km，同步衬砌混凝土运输距离均超过6km，经与现场沟通，在保障混凝土运输的情况下，单台台车衬砌月强度可达到12仓（既2台台车每月384m）。

2.5 TBM掘进施工照片

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洞口施工场区

支洞皮带洞外桁架段

支洞口转接皮带机中转料仓

刀具维修车间（修刀集装箱+刀具仓库）

洞外场区辅助临建设施

洞外2套拌合站

中转检修间下游

检修间下游钻爆接应段衬砌台车

检修间混凝土罐车升坡转料平台

检修间上游皮带仓硫化及轨道

检修间编组机车

主洞连续皮带驱动及皮带仓

主洞和支洞渣料皮带转运

主支洞交叉口支洞端皮带

中转检修洞上游固定交叉道岔

滚轮式Y型浮放道岔

TBM掘进段典型断面

L2喷锚区下层布置

主机下部纵向横梁吊机

围岩破碎段钢筋排支护

2.6 其他项目

引汉济渭工地为满足环保要求，在6#洞配置了污水处理系统，处理后的水质达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》中Ⅱ类水质要求。该系统污水处理污水和涌水处理设计能力可达到16000m3/d，采用沉淀+絮凝+过滤的物理方法处理，主要包括初次沉淀、高效澄清、曝气絮凝、高效沉淀池、石英砂过滤、活性炭过滤，污泥脱水压饼等工序。

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污水处理系统布置示意图

沉淀池 曝气絮凝池

高效沉淀池

高效澄清池 石英砂沉淀池

活性炭过滤池

操作间及外加剂制备间

污水处理系统简介及运行流程图

2.7 建议

通过考查，考查小组对滇中引水工程同步现浇施工有如下几方面建议：

（1）TBM掘进段衬砌后净空Ⅲ类围岩8.5m、Ⅳ/Ⅴ类围岩8.4m（占比53.3%），衬砌半径相差5cm。采取300m长托架+3套并行调仓衬砌台车方案无法实现变径或衬砌均衡。

（2）由于隧洞最大涌水量高达1500m3/h，TBM为下坡掘进，因此，支高架设计必须考虑仰拱预留储水空间的同时，四轨三线轨道布置与后配套轨道匹配。

（3）TBM掘进段衬砌后净空8.4m，边顶拱台车行走轨道单独铺设在支高架上，满足台车内侧四轨双线行车，在台车后段隧洞右侧位置摆放泵车（不影响上线通行，台车轨道与泵车轨道尽量考虑匹配铺设），有轨混凝土罐车内混凝土可流入泵车内。该方案，可实现机车+2~3个混凝土罐编组运输。

边顶拱台车段四轨双线

（4）由于洞口场地限制，支洞皮带落渣高度和渣容量受限，均采用接料斜皮带调整中转渣场位置，再采用装载机配合出渣车倒渣。因此，结合洞口至渣场地形建议采用输送皮带把TBM石渣直接运输至渣场。

（5）5#洞检修间下游段为满足TBM常规检修起吊，门机承载结构由50cm厚混凝土直边墙优化为牛腿立柱及工型轨道横梁钢结构，配置60t桥机，可满足缩颈段TBM刀盘边块、护盾、撑靴等部件拆卸和二次安装起重吊装。

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检修间起吊钢结构承载结构

（6）施工支洞钻爆出渣均采用提升绞车系统，4#洞和5#洞间的主洞钻爆段出渣破碎后采用皮带输送，该方案的经济性需进一步论证。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/979e4fb7a517866fb84ae45c3b3567ec112ddc24.html