TBM掘进机步进

TBM 掘进机步进

一、 工艺概述

TBM 步进，就是 TBM 不掘进的移动前进过程中的施工。掘进机步进的方式大致有两种，一种是通过油缸支撑在支座、马凳、管片等，使掘进机前移；另一种是通过掘进机的步进机构在地面直接向前移动。

不同条件下的步进有不同的方式，基本上分三种情况：

第一种情况：当 TBM 在组装场地组装完成后，需要步进进洞施工，这时是在步进架的支撑状态下，走一步支一步的前进。场地空出后，铺设道碴、枕木，每走 12.5m 接一次长轨。

第二种情况：当 TBM 进洞后（即是进了预备洞）形成了铺设钢筋混凝土仰拱支撑块的步进，在仰拱块上接轨的方式，这种步进也是在步行架的帮助下进行的。

第三种情况：当 TBM 步进通过区间已施工完成洞室或敞开段。

TBM 步进施工的主要工作有仰拱块铺设、仰拱块底部注浆、风管、供水管路、10KV 电缆、施工轨道延伸等工作。

二、 作业内容

作业内容：施工准备、 TBM 步进

三、 质量标准及验收方法

保证 TBM 步进到达步进段时混凝土强度满足 28 天设计强度要求，需提供混凝土强度报告证明；

TBM 步进通过地面的平整度要求、平整度+5mm。

预埋件安装质量和 TBM 通过轮廓范围内的断面净空限界要求；

保证洞室初期支护质量（结构稳定性和喷射混凝土施工质量），确保在 TBM 施工过程中导坑内排水畅通，不发生因结构失稳或剥落掉块和积水等而影响 TBM 掘进或步进进度和施工安全。

四、 工艺流程图

TBM 掘进过程中，TBM 步进流程可参照图 1(美国罗宾斯)，2 (德国维尔特)

图 1 TBM 步进作业流程图               图 2 TBM   步进作业流程图

TBM 步进至始发断面一般步骤为：步进前现场材料、机具准备→TBM 在预备洞外步进施工→铺设道岔 TBM 轨线、运输轨线延伸→暗挖隧道段步进（摆放仰拱块、楔形块回填、砂浆轨道铺设、管线延伸）→TBM 上始发台→拆除步进机架，将支撑卡住岩壁→TBM 始发定位→TBM 始发。

五、 工序步骤及质量控制说明

1 、术语和符号

步进

掘进机利用支撑机构换步到开挖面过程。

步进小车

安装于刀盘及护盾下部，在机器平底步进时使用，通过竖向、横向辅助油缸的作用，实现护盾在其上部滑移。

步进机架

安装于机器撑靴下部，在机器步进时使用。通过水平油缸及竖向油缸的顶推作用，实现机器的向前步进。一般可分为平底步进、弧形底步进有两种形式步进机架。

后支撑

安装于机器后部下面，在机器复位时，支承机器后部重量的机构。

平底步进

TBM 步进洞结构形式其下部为平面，满足步进小车、步进机架等平底步进，需在步进中线位置预留导向槽。

弧形底步进

TBM 步进洞结构形式其下部为弧面，步进中线两侧预埋导向轨，两侧预埋件为 TBM 步进提供支反力。

始发台

始发台主要作用是用于稳妥、准确地放置掘进机，并在基座上进行掘进机安装与试掘进，所以基座必须有足够的强度、刚度和安装精度，并且考虑掘进机安装调试作业方便。

2、施工组织

2.1铺设仰拱块步进模式 (1)步进前界面条件

①预备洞、出发洞的所有土建部分已全部完成，确保不留安全隐患，铺底砼已满足 TBM 步进时的强度和平整度要求，预备洞断面满足 TBM 及后配套通过要求，确保步进工作的安全、顺利进行。

②TBM 步进进洞前，所有设备、大件拼装完毕，必要的前期调试工作已全部完成，确保满足

TBM 快速步进及以后掘进的要求。

③仰拱块、楔形块满足步进时的各种施工要求，与步进有关的设备，准备工作必须全部到位，材料运输轨线系统除与隧道出碴正线暂时无法连接外，其余均铺设到位，道碴等摊铺好，满足 TBM 通过后能快速拨道、连接的需要。

④砼材料储备及生产设备安装、调试完毕。

⑤洞内设备安装照明灯具。

(2)步进前主要准备工作

①技术准备：

所有与步进有关的材料必须提前计划，所有预埋件、加工件必须提前交底，施工方案的比选确定及工艺、方法交底。

②测量准备：

桩点复测并交底。

在 TBM 步进前做好以下工作：

在隧道底部每 10m 设一线桩（兼里程、高程控制桩）

标画仰拱块铺设基线：第一块仰拱块铺设里程、方向控制线；仰拱块铺设基线（隧底标画仰拱块两侧边线；在隧道两侧岩壁上标画仰拱块顶面标高控制线或内轨顶面标高。

表 1   仪器配备表

③试验准备

仰拱块下填充砼配合比设计（满足泵送要求）。喷射砼配合比设计。

水泥砂浆配合比设计（速凝剂、防裂）。

④加工件准备楔形块加工

风管挂钩加工。

预埋件加工 ,弧度衬砌。

仰拱块侧面木模板及端头堵头板制作。 主电缆、照明线电缆支架加工、水管加工

洞口风机安装平台架加工和洞口立柱支架加工。钢拱架加工。

仰拱块提前 4～6 个月生产：锚固道钉、粘贴止水带达到安装要求。并要有带槽仰拱块，掘进在钢拱架的通过。

⑤材料准备

隧道道碴、枕木、钢轨提前准备。

⑥水、电供应连接

步进期间施工用水利用预洞开挖供水管路或随步进延伸软管，待 TBM 后配套全部进洞后，再用φ200 供水管路。

为满足 TBM 用电需要，应提前将 10KV 电缆接至洞口。

TBM 步进

①预备洞、出发洞施工

在 TBM 步进洞之前，预备洞、出发洞的所有工作必须全部施作完成，并将楔形块提前运进洞，分布在不影响 TBM 通过隧道两侧。

确保预备洞、出发洞初期支护后净轮廓满足 TBM 步进及换步等操作作业要求，铺底、仰拱强度平整度达到 TBM 步进、掘进要求。

鉴于方便施工及工期方面考虑，出发洞采用光面爆破开挖，并严格控制超欠挖，对欠挖部分必须进行处理，全断面挂网、支护采取喷射砼，分层喷至 20cm 厚，必要时，加设花拱架或钢拱架进行补强，并使喷射面光滑、平整、达到撑靴安全、支撑要求。出发洞施工前，务必对进洞桩点进行复核，确保开挖方向及掌子面平整，处于垂直于线路中线的同一平面上。

②洞口段填铺道碴、铺设轨道

为适应 TBM 走行需要，洞口拼装场地段需在拼装场上铺设宽 5.0m，0.8m 厚的隧道弃碴路基，其上铺设一层厚 0.3m 的碎石道碴。

在步进的同时铺设路基及道碴，延伸轨道，所有材料从两侧供应。具体施工时，为节省时间，弃碴、枕木、钢轨可提前分别存放在机器两侧。弃碴、摊铺用装载机进行，道碴用翻斗车倒运，装载机摊铺，人工配合。

轨道铺设按设计坡度进行，要求铺设顺直，轨距限差 ±10mm。

路基填筑密实，不发生沉降，弃碴要求透水性良好，细颗粒土含量不超过 15%。标高控制方法，在线路两侧打桩，抄平，两侧拉线绳定轨面标高。

③仰拱块铺设及下部填弃砼施工

每 100m 一个中线桩，并将边线放出，高程先画好轨面线或仰拱块顶面线，仰拱中线对中放好的点位，高程用线绳或水准仪控制精度，中线、高程偏差±5mm，错台小于 5mm，间隙小于 10mm， M20 砂浆，抹止水带，砼灌注采用泵送 c20 砼施工，辅认梭槽，立模用钢模，要求堵头及侧模坚固不跑模，砼灌注密实，设空洞。仰拱块铺设前应清底干净彻底，仰拱块安放正确，如果安放仰拱块后发生错台等现象应及时重铺。

质量控制要点

洞口地段仰拱块铺设必须准确定位，为保证质量应严格执行仰拱块铺设技术交底，控制好方向高程，同时仰拱块吊机操作人员必须熟练，在 TBM 步进同时，不得进行仰拱块最终定位工序，以免步进时错缝太大，控制砼生产质量，要求砼泵送中杜绝堵管现象，洗管子时注意不得将水冲入砼中，捣固须密实不留空洞，由掘进队工班长负责把好质量关，共同保证质量。仰拱块偏差太大要立即返工，不留后患，返工指令必须执行。

2.2采用轨排架步进

⑴步进前的准备工作

①当步进段地面为弧面，预埋 TBM 步进行走轨，限界及步进机架见下图；

②安装步进行走梁总成（步进架），此项工作在开始组装时进行。

图 1   TBM   弧形底步进机架形式及预埋件图

①TBM 步进物资准备

平底步进轨排架、平底异形轨排架、始发洞轨排架、轨线材料、平板车、人行踏步板、方木等。

②TBM 步进前的质量检查

a 导向槽的中线位置、结构尺寸进行确认复核；

b 预备洞断面、始发洞断面是否有侵入TBM步进断面、始发洞导轨标高复查；

③步进阶段轨线材料运输

TBM 始发阶段，轨排采用人工倒运。在 TBM 步进前将步进时需延伸的钢轨存放在洞外 70m 台阶后后配套中部位置，TBM 向前步进，通过平板车向前倒运钢轨。

④轨线延伸

步进段轨线采用 43kg/m 钢轨，钢轨长 12.5m/根，轨线形式为四轨三线，外侧两轨中心距为 2910mm，各股轨道中心距离均为 970mm，轨排间距为 80cm，轨道延伸采用人工配合轨排吊机施工作业，先用人工将轨枕倒至后配套拖车前轨道吊机下部，轨道吊机吊起轨排架，人工摆放到位，钢轨扣件采用成品垫板、M16 螺栓连接，采用风动扳手进行紧固。所有扣件螺栓必须紧固，不得出现松动现象，在钢轨连接处对轨枕间距可做适当加密，防止 TBM 走行时剪断钢轨。

3、TBM 平底步进

下图为 TBM 在平底步进段走行过程中撑靴、后支撑及步进小车与洞室位置关系图。

B-B 剖面           E-E 剖面   F-F 剖面 图

2 步进小车平面图

图 5   在步进架后安装挡块，给 TBM   前行提供支反力

图 6   抬起后支撑，使前下支撑架和行走架着地

图 7   缓慢伸出推进油缸，使前下支撑架带着 TBM   一起向前滑行

图 8   当推进油缸伸出一个行程后放下后支撑，使行走架离开地面

图 9 收推进油缸，使撑靴和行走架一起前移，到一个推进油缸行程，收起后支撑，使 前下支撑和行走架着地，重复步骤图 6～ 图 9 ，使 TBM   不断前进

六、 施工机械及工艺装备

步进过程中主要用到机车、叉车、轨道吊机等材料运输机械。

七、 作业组织

TBM 的步进、仰拱块楔形块铺设和轨道延伸的施工作业分两班进行（工作 12 小时），每个作业班的劳动力组织如下所示：

4.2.7-1   TBM   步进人员列表

八、 材料消耗

TBM 组装调试好后，步进至始发断面，步进材料、机具见下表：

1   TBM   步进材料、机具列表

九、 生产效率

TBM 始发阶段步进平均 10～20m/天，TBM 通过段步进平均 30～50m/天：

十、 安全生产及环境保护

施工期间注意安全生产，必须佩戴安全帽，高层作业人员注意防止重物坠落，砼生产及运输环节，材料吊装注意安全，要人人抓安全，人人抓质量，确保 TBM 顺利步进完毕。

十一、 其他

1、TBM 步进注意事项

掘进机步进之前应使用断面仪对始发洞净空进行测量，严禁侵限。底部宽度平整度及砼强度应满足步进要求。

在始发洞、预备洞铺底顶面测出隧道设计中线，以便于掘进机底部导向施工。

掘进机步进时应将锚杆钻机支撑靴以及钢拱架安装器的支撑油缸锁定在最小状态。

掘进机主机步进后，后配套跟紧主机同步前进，根据标高填充道碴或铺设仰拱块，轨道延伸，管线等。

步进时，操作司机应密切注意操作室各相关仪表显示，做出正确判断后，加强步进监控，作业人员要加强巡视工作并作好施工轨道延伸。

步进完成，掘进机在支撑状态下，拆除步进装置，准备始发。

步进期间，应进行始发洞、预备洞段的风管、仰拱注浆、风管挂钩的锚固工作，部分段落补喷等工作，所有支护作业系统、仰拱吊机等可在步进前调试完毕。

步进期间仰拱块底部填充砼宜灌注采取以输送泵为主，人工为辅的方式进行。