TB880E型隧道掘进机(TBM)施工工法.doc

中 铁 十 八 局 集 团 有 限 公 司TB880E型隧道掘进机(TBM)施工工法 中国铁建西康铁路秦岭隧道工程项目经理部TB880E型隧道掘进机(TBM)施工工法 (上)一、前言    目前，采用隧道掘进机开挖长大隧道是世界隧道施工工程的一种趋势。    在我国第一长隧道-秦岭隧道施工中，引进了WIRTH公司制造的TB880E型隧道掘进机，它集机、电、液一体并采用PLC系统进行中央控制与监测，使其具有高度的自动化。    使用隧道掘进机修建隧道是我国铁路隧道施工的一次革命，它一改过去的钻爆法施工为工厂化的施工，无论是从保护围岩的自承能力方面看，还是从文明施工的角度看，无疑都是一大进步。    秦岭隧道I线施工中引进的2台TB880E型隧道掘进机分别用于进口段(由中铁隧道工程局施工)和出口段(由中铁第十八工程局施工)。由于本工法是中铁第十八工程局在秦岭隧道施工经验的基础上总结而成的，故在叙述过程中多处引用了该隧道施工中的一些情况。    另外，本工法是TB880型隧道掘进机(TBM)施工系列工法，它由11项子工法组成，包括TB880E型隧道掘进机(TMB)组装施工技术工法、掘进施工技术工法、给排水施工工法支护技术施工工法、出渣施工技术工法、通风除尘技术施工工法、刀具更换施工技术工法、维修养护施工技术工法、电气系统维修施工技术工法、拆卸施工技术工法、衬砌施工技术工法等。由于汇编篇幅所限，本文只发表TB880E型隧道掘进机(TMB)掘进、给排水、支护、出渣通风除尘施工技术等4项施工工法。读者如想进一步了解TB880E型隧道掘进机(TMB)的其他子系列工法，请与作者联系。    二、TB880E型隧道掘进机    TB880E型隧道掘进机集机械、液压、电气三大系统之总成，以PLC(Program Logic Control，即程序逻辑控制)为主控制系统，对TBM(隧道掘进机英文缩写为TBM，以下有些地方就称隧道掘进机为TBM)的各个系统进行监测和控制，实现集中化操作，在操作室内操作人员就可以实现对TBM的操作及对各种工作状态的监测，配合ZED激光测量导向系统、WDAS电脑数据采集系统，同时完成隧道施工的破岩、支护、喷锚、运输等作业，形成隧道施2122E厂化模式，具有快速、安全、高效、连续的特点。    (一)TBM构造    该设备是隧道施工的成套设备，刀盘直径88m，整机全长256m，从结构上分为主机、连接桥、后配套及附属设备(见图1)，各部分分别由相应的液压系统、电气系统、PLC等控制完成相应的动作。   图1  TB880E型掘进机结构示意     1.主机。由刀盘、刀盘护盾、内外机架、后支承、通风管道、推进油缸、钢拱架安装器、TAMROCK钻机、1#皮带桥、驱动电机、离合器、变速箱、传动轴等部件组成，完成掘进机的掘进、换步、锚杆支护、钢拱架支护及出碴等作业，是该成套设备的核心。    2. 连接桥。由主桥、除尘系统、注浆系统、驾驶室、通风管路、2#皮带桥、仰拱吊机、材料吊机、材料升降平台、钢拱架运输小车等组成，连接主机与后配套，完成除尘、出碴及仰拱铺设、材料运输等作业。    3. 后配套。后配套由18节后配套桥、液压主泵站、电器控制柜、应急发电机、空压机、喷锚支护设备、3#皮带桥、机车停放平板、料车拖拉系统、供水系统、排水系统、通风系统、医疗室洗手间、休息室、维修工作间等组成，完成向主机供电供气以及喷锚支护、停放矿车、材料运输、出碴等作业。    4. 附属设备。有10kV电缆、2200软风管、150进水管和水阀、出碴运输设备、通风设备、翻车机，主要完成出碴、材料运输、通风及翻车作业。    (二)TBM适用范围     适用于中等硬度岩石的隧道施工。    (三)TBM施工劳动组织    TBM施工特点是各个环节的连续性。在施工过程中，与TBM施工相关的其他环节必须同步运转，其中任何一个环节的滞后都会导致TBM停工，这就要求施工组织必须严密。    TBM施工劳动组织见图2，部分工班人员组成见表1，其他工班人员组成见有关节。图2  TBM施工组织     1. TBM技术室全面负责设备的管理，贯彻执行国家、部、总公司、局和指挥部的设备管理规定，负责TBM配件委外加工，进口配件的管理，日常资料的收集、整理，指导设备维修养护工作，对上岗人员进行岗前培训、考核。洞内整备工班解决不了的难题，技术室负责攻关，组织有关人员进行会诊，直到问题彻底解决。    2. 掘进工班工班长由机械工程师或电气工程师担任。机械液压工程师主要负责观察TBM主机及附属设备的运转情况，发现问题若影响掘进或能产生严重后果的，应马上停机处理，若技术力量不足，则应马上通知相应的技术人员一并解决，不影响正常掘进作业的则做好记录，以便在整备时处理。机械液压工程师还要监督各类司机的操作情况，发现不正确的操作，必须及时予以纠正，杜绝事故隐患。电气工程师主要负责对TBM电气设备的观察、记录，对停电事故进行应急处理，缩短故障停机时间。表1  人员组成    3. 整备工班工班长由机械工程师担任。机械液压工程师主要负责掘进作业中遗留问题的处理及设备的日常养护，检查泵站油箱油位，对设备进行检测，检查结构件，脂润滑养护等。电气工程师主要负责遗留电气问题的处理以及对电气设备检测、养护工作。各专业工程师是“分工不分家”，经常联合作业共同处理一些问题，这样有利于查明故障的真实原因，有利于问题的快速处理。    三、掘进    (一) TBM掘进施工特点    1. 同时性。掘进机工作时，各个辅助设备系统都要同时运转，其中任何一个环节不协调或者某一辅助设备运转失灵，都将影响全系统的正常运转，迫使整套设备停止工作。    2. 连续性。掘进机施工各工序如破岩、出碴、运输都是连续不断的，任何一个环节失去连续性，必然影响其他工序的连续运行，全系统将立即停止。    3. 安全性。TBM上安装有不良地层支护和防灾环保等安全系统，使隧道施工安全有保障。    (二) 掘进工作原理     外机架上的撑靴撑紧洞壁，固定主机机架，在推力的作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面。随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴线运转，并绕自身轴线自转。岩面被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽，随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落。崩落在底板上的岩碴由均布在刀盘外缘的铲斗铲起卸人带式输送机内，运至机后卸载。推进液压缸伸长一个行程，刀盘及与刀盘固定连接的构件相应向前移动一个行程。以上动作结束之后，缩回撑靴，再收缩推进液压缸，外机架就沿内机架前移，机器恢复到原始状态，开始下一个行程作业。    (三) 施工工艺    1. 工艺流程。掘进施工主要分为预备洞开挖、TBM步进、岩石开挖等几部分，工艺流程见图3。 图3  掘进施工工艺流程     2. 操作要点。    (1) 开挖预备洞。TB880E型掘进机掘进前其主机需通过撑紧装置固定，主机机架的固定是通过呈“X”型分布的外机架上的撑靴撑紧洞壁来实现的，因此在TBM掘进前需开挖预备洞以便固定主机机架。    预备洞的开挖采用常规的钻爆法施工，开挖、衬砌完毕后断面直径应控制在8.8-9.0m之间，长度不小于10m。洞壁衬砌面要光滑，其抗压指数要达到技术要求。    (2) TBM起动准备。待预备洞衬砌完毕，开始TBM起动前的准备工作。    接通洞口主变压器电源及洞口和TBM之间的隧道照明。    接通在后配套系统(4#及5#拖车)上变压器的一次侧主开关E001.1-Q1M和E002.1-Q1M。    按下列次序接通变压器输出的二次侧电源熔断器：400V+E04变压器1+2；400V+E02变压器1+2；690V+E01变压器1+2。    当400V供电系统接通时，机器和后配套系统的照明将自动接通。在主控台I板上的数字式电压表所显示二次侧电压必须在范围内。    监测供电线路的绝缘，绝缘值100/V时报警，<50/V时自动断开相应的电路。    警告：在显示绝缘值<100/V时，由作业现场的负责人决定是停机还是继续运行。    检查DI区的故障指示器，应没有任何紧急停机开关被操作，应没有任何故障显示，才能进入下步操作。如有，有关人员立即检查排除。    检查气体报警系统是否处于工作状态和气体浓度是否超限。    进行灯光试验，以检查所有指示元件的功能：按下灯光试验按钮，如果功能正常，所有指示灯应当发光，气体报警喇叭应当发声。    “推进”电位计设定在最小值。    检查润滑油油位，如有必要立即补油。    确保密封润滑系统的脂筒盛满油脂。    检查液压油油位，如有必要立即补油，检查所有油泵的截止阀应是打开的。    各处进行简单检查，确信机器状态良好，确信隧道供水接通。    (3) TBM步进。待准备工作进行完毕，具备TBM步进条件时，TBM开始步进。    步进机构采用垂直支承的形式，底部为平面设计，使掘进机在开阔地面上行进成为可能。    转动钥匙开关，接通控制电压。    起动液压动力站。液压动力站可成组起动，也可单独起动或停止。1#、2#液压动力站的电动机电流表必须显示空载电流(约60A)。    刀盘提升手柄向后拉将刀盘提起，外机架1步行机构相应被提离地面；后支承动作手柄向后拉，使后支承步行机构撑紧地面，相应外机架2亦被提离地面，前移外机架开始换步。    调向，以使掘进机沿隧道设计轴线步进。    落下刀盘提起底护盾使其脱离地面，同时提起后支承使步行机构悬空，这时前、后外机架步行机构为主机提供支承力，为刀盘推进提供反作用力，以实现掘进机的步进。    (4) TBM掘进前的起动。待掘进机前外机架步进至预备洞室，刀盘接近掌子面时，拆除前外机架步行机构并前移外机架至预备洞室。其他步行机构随隧道延伸依次拆除。    掘进前起动相关系统：    起动通风系统。    刀盘的驱动可根据地质情况和任务需要选择以下两种操作方式：电驱动，以2.7rpm或5.4rpm顺时针(cw)方向旋转；液压驱动，以0-1rpm顺时针(cw)或逆时针(ccw)方向旋转。    正常的操作是电驱动掘进。为了防止电力供应不足，可在电动机直接起动或软起动之间选择。以上各驱动方式分别由不同按钮控制，操作人员应视情况正确选择。    起动刀盘驱动系统。通过拔下+E01位置处配电柜内的熔断器，可以选择8台驱动电机任一台驱动。若1#电机未被选择，那么1#电机传动系统中安装的滑动检测装置必须重新安装在另一台驱动电机传动系统上。    起动油润滑系统和冷却水系统。    (5) TBM掘进。    按住撑靴撑紧按钮，直到撑靴接触洞壁。撑靴的撑紧压力可在数字仪表上观察到。只要约25MPa的最小撑紧压力没有达到，发光按钮将闪烁，达25MPa以上发光按钮不再闪烁，稳定发光。视岩石情况选择不同撑紧压力(25-30MPa)。    如果撑紧压力降至低于容许值(约25MPa)，发光按钮(撑紧按钮)将开始闪烁，这时操作者必须按下相应的按钮重新撑紧，直到达到足够压力，指示灯恢复稳定发光。若操作者未重新撑紧，或因为地质条件差，必需的压力达不到，或者撑靴缸伸出到极限位置，这时刀盘推进和刀盘驱动都将停止，只有问题解决后才可重新掘进。    掘进前，必须起动夹紧油缸，使刀盘护盾与齿轮箱外壳夹紧。掘进期间，相应的夹紧油缸组由压力监控装置保护以免过载(护盾歪斜等)，万一过载，会停止推进，遇这种情况，操作者必须调节各相应护盾的压力。按下故障确认按钮才可以重新起动。    将胶带输送的操作按钮打至“自动操作”位置。选择适当的胶带速度(以表示)。    起动胶带输送机系统，胶带输送机将按3#、2#、1#的次序起动。    注意：仅当胶带输送机的防护装置处在应装的位置时，胶带输送机才可以操作。如果带速小于最低极限值，胶带输送机监控装置将停止胶带输送机运转，相应的胶带输送机显示在故障指示器上。问题解决后，按下故障确认按钮，故障指示器复原。    起动声光报警信号，以示要进行掘进。报警时间为10s。操作起动报警按钮的同时，也自动起动刀盘轴承和齿轮箱的脂润滑系统。    报警结束后刀盘旋转。刀盘驱动电动机的电流表指示相应电动机的工作电流(各电动机电流差值应在±10A以内)。    遇紧急情况时按动装在控制台左上方的红色按钮(紧急停机)，就能立即停止所有机器系统。这个按钮仅限于在绝对紧急的情况下使用。    黄色开关沿胶带输送机的全长安装，按动这些开关能立即停止胶带输送机及刀盘驱动。这些按钮只有在紧急情况下才能使用。    按下“推进起动”按钮，使用“推进速度”电位计，设定适当的推进速度(以表示)。    如果因为过载，一个胶带输送机的带速降至最低极限值，持续时间超过5s，该胶带输送机将停下，而且掘进推进也被迫停止。操作者必须按下“故障确认”按钮才能重新起动。    在掘进期间，掘进速度的选择应确保刀盘推力及推进缸压力在允许范围内。推进缸压力与刀盘推力的关系见图4。掘进期间掘进速度应选择在图中斜线阴影范围内。刀盘推力及推进缸压力可从驾驶室内数字式仪表上读得。  图4  推进缸压力与刀盘推力的关系     (6) TBM换步。换步的工艺流程：TBM推进一个行程后，停止刀盘旋转停止胶带输送机拖拉后配套系统伸出后支承斗放松外机架撑靴前移外机架斗调向起动刀盘驱动系统重新撑紧撑靴夹紧夹紧油缸起动胶带输送机起动刀盘，周而复始。换步的示意图见图5。    当推进缸全部伸出时，按下“推进停止”按钮，停止推进，一个行程约1.8m。    使用“机器向前/向后”手柄，向后移动刀盘，使刀盘距离掌子面约4-5cm。该距离可借助数字式行程指示仪表的显示来控制。    使刀盘转动几圈，以清除石碴。 图5  TBM换步     按下刀盘旋转停止按钮，刀盘停止旋转。    使胶带输送机继续运行，直到其上没有石碴为止。停止1#3#胶带输送机。    如有必要，3#胶带输送机可由其自己的操作台决定是运行还是停止。两个控制点之间通过电话联系。     确信前后坡道不被占用，并且没有人在前坡道附近。    操作“拖拉”按钮，拖拉开始。在相应仪表上可以看到2拖拉缸的压力，如果拖拉力超过最大允许值(2400kN)，拖拉作业会自行停止。拖拉期间的过载指示由发光二极管给出。    拖拉后配套系统在下列情况下进行：在撑靴放松，TBM重新撑紧之前。在掘进期间，掘进行程结束前的最后几分钟。    伸出后支承，当达到约8MPa的所需最低支承压力时，伸出动作停止，发光二极管从闪烁变为稳定发光。    放松外机架1和2上的撑靴。撑靴压力降至约0.5MPa，指示“撑靴已放松”。当发光二极管稳定发光时，放松过程已完成。    朝“reverse”(“向后”)方向扳动手柄，已放松的外机架向前移动，移动速度与该手柄的移动量成正比。    应选择2个外机架一同移动。如果因为岩石支护的需要已经安装了钢拱架，这些钢拱架会妨碍2个外机架的同时移动，这时可选择外机架先后单独移动，并移动不同距离。    调向。   重新撑紧。    掘进。    (7) TBM调向。机器的调向就是相对开挖的隧道轴线调整刀盘的方向。准确地控制机器方向是机器操纵的一项非常重要的事情。机器正确调向，会减少盘形滚刀的损坏或刀具轴承的卡滞。    在重新撑紧期间通过调整机器的位置，确定机器掘进方向。    操作员通过驾驶室内的ZED激光导向系统来校正机器的方位。    完成换步中的-的步骤后开始调向。    根据ZED系统所提供的信息，例如靶的激光束位置、机器的水平位置、机器的侧向滚动，使用前支承和后支承2个操作手柄来调整TBM主机掘进方向。    前支承操作手柄可使刀盘上升或下降，操作手柄上集成按钮，还可使刀盘侧向滚动。    后支承操作手柄可使机器尾端上升或下降，操作手柄上集成按钮，还可使刀盘侧向滚动。当向左扳动手柄时，机器后支承向左摆，即机器向右摆；当向右扳动手柄时，机器后支承向右摆，即机器向左摆，摆动的转点为刀盘护盾底座。    调向期间运动的结果如位置，滚动、机器水平角都可在ZED仪器上看到。    (8) TBM停机。先执行“换步”部分的-步，然后：操作集中控制“刀盘驱动停止”按钮，停止刀盘旋转，这能停下所有选择的电动机。停止液压动力站。停止所有仍在运行的系统，如除尘、水泵、冷却和通风系统。操作“控制电压断开”按钮切断控制电压。把钥匙开关转至“控制电压为0”，拔下钥匙。如较长时间停机应将机器上所有电源关闭。    以上各步主要针对长期停机，短时停机不执行-步。以上各操作步骤在TBM主控室内完成。    (四) 机具设备(见表2)表2  掘进需用的机具设备     (五) 劳动组织(见表3)表3  掘进施工劳动组织     (六) 质量控制    1. TBM掘进期间，隧道中心轴线偏差严格控制在5em。    2. 仰拱块安放时，要求测量精确，横向误差控制在土5mm，高程误差控制在±3mm。    3. 掘进操作严格按TB880E型掘进机技术文件执行。    (七) 安全措施    1. 工作人员必须熟练掌握设备的性能和操作规程，严格按标准作业，按规范施工，熟知消防和设备报警信号。    2. 进洞人员佩带标牌，戴安全帽，不留长发，根据不同的作业性质，穿戴相应的装饰、防护鞋、面罩、防护手套、听力保护器(洞口要有专人负责检查)。   3. 注意作业场所附近的警告标志，有可能对人身安全构成威胁时，应相互提醒，必要时设置警告标志，并派专人督察。      4. 进入隧道必须时刻警惕，出现险情或报警信号，及时通告危险区人员撤离并设法减轻灾害。    5. 专职安全员要经常检查掘进机上的灭火器材是否齐备，若有缺损应补充或更新。    6. TBM起动之前，确保没有施工人员受到危险。    7. TBM在重新撑紧期间，不允许有人在外机架1和2的移动区域。在后配套系统拖拉期间不允许有人在拖拉缸区域。    (八) 效果    1. 开挖作业连续进行，施工速度快。    2. 冲击小，对围岩的损伤小，后期衬砌用混凝土少。    3. 开挖表面光滑，成洞质量好。    4. 施工安全，作业人员少。    5. 秦岭I线隧道出口施工多次创造和改写了日掘进和月掘进纪录，受到铁道部、中铁建总公司和建设单位以及陕西省政府和地区行署的多次表彰，中央电视台和陕西电视台对此也先后报导。TB880E型隧掘进机(TBM)施工工法 (中)四、施工给排水     TB880E型隧道掘进机在施工中用水量相当大，它自身配备的给排水系统在常规的上坡施工中能满足施工需要，但在像秦岭I线隧道这种反坡地段且涌水量较大区域施工，必须有足够的备用排水系统才能保证设备和人员的安全。    (一) 给排水组成    图6为给排水系统。    在靠近自然水源的位置建抽水泵站，内设2台250J-26/7型水泵，在洞口附近的山上建容量为200m3的钢筋混凝土蓄水池(距洞口垂直高度80m)，泵站至蓄水池铺设4200mm钢管，TBM施工用水由蓄水池经150mm管路引至后配套拖车上的20m3清水箱。    针对隧道反坡施工的实际，根据设计资料富水区段可能有大涌水的提示，考虑设备不可避免地会出现故障，而TBM配套设备中没有22kW潜水泵的备份，一旦遇突水、涌水情况，排水系统的任何部位出现故障，均将导致停止排水。为杜绝TBM因排水不力而停机停产，确保正常施工，必须改造、优化和加强掘进机的排水系统。   TBM原排水系统保持不变，水泵置于前外机架正下方，通过倒链悬挂于机架下，换步过程中将水泵升起，其他时间可落于洞底，以减轻振动；如果洞底积碴较多，亦可将水泵升至适当高度。秦岭隧道I线施工中，原置于16#拖车右侧的水管卷筒不便于通过横通道向线平导排水(由出口向洞内看线平导位于I线的左侧)，将其移至17#拖车接力风机左侧，水管作相应调整。为避免因污水箱或污水泵故障导致排水系统停止工作，在污水箱进水管上加装三通及球阀(15#、16#拖车之间)，一路引人水箱，另一路经球阀、三通与水管卷筒相连。图6  给排水系统排水备用系统选用2台6ZX-20型电动自吸泵，安装在连接桥前下部左侧注浆泵前方，用支架悬挂于连接桥中层平台下。  图6  给排水系统     排水备用系统的进水管用150mm软管，架于内机架下部单轨吊机导轨支架上，延伸至前外机架下方，通过机架处吊环垂下，并在悬挂点与支架之间预留5m，以利于TBM掘进及换步。进水软管的前端加设钢筋拦网，防止吸人碎石及杂物而损坏水泵。出水管分别采用中150mm钢管、软管，布置于连接桥和后配套的左侧，并延伸至后配套尾部，各拖车之间的钢管用软管连接；机器之后至横通道部分，以钢管为主，置于仰拱块左侧，延伸至横通道；后配套尾部与钢管之间用软管相连。为防止管路中水倒流对泵产生不良影响，在自吸泵与出水管之间增设止回阀。    TBM通过后的洞壁涌水量较大的地段，临时采用排量相当的潜水泵，置于仰拱预制块中心水沟，通过横通道向线平导排水。    排水系统配置专用配电箱，容量为180kVA，安装于连接桥E02配电柜外侧过道平台上。常规情况下动力主要由TBM主变供电，经E04配电柜输出；当E04停电时，利用架设于横通道及洞壁的电缆线由线可移动变压器供电。为保证排水不间断，充足的照明是必要的，在配电柜、主机下部水泵处、后配套17#拖车污水管卷筒和污水回水泵处均设有应急照明灯。    为便于排水系统的前后联络，设置2部电话，l部装在自吸泵泵站部位，另1部装在污水泵处。    (二) 施工工艺    1. 工艺流程见图7。    2. 操作要点。    (1) 必须保证供水水压正常，TBM尾部清水箱进水压力不得小于0.3MPa，扣除管路损失，洞外蓄水池垂直高度应在80m左右。 图7  给排水工艺流程     (2) 为保证供水清洁，蓄水池抽水泵站必须设置钢筋拦网，以防止大量污物被抽人蓄水池，蓄水池应每3个月(或根据实际情况适当缩短)清理一次池底所沉积的污物。    (3) 为保证所有用水设备的安全，除长时间停机外，应向TBM不间断供水。    (4) TBM掘进供水管路需在洞内延伸，应每400m安装一闸阀，延伸水管前关闭闸阀，连接完毕打开。    (5) TBM换步过程中，清、污水管卷筒应由专人负责监护。    (6) 发现漏水部位，及时处理。    (7) 整个施工期间，排水工作必须24h连续进行。    (8)每日检查所有水泵底座稳固情况，发现松动及时紧固，以防水泵因振动而导致早期损坏。    (9)TBM上坡施工排水方法。    刀盘后部积水可在仰拱预制块铺设点的前方用水泵直接排至中心水沟，水将在重力作用下自行流至洞外，前部涌水较多时，按实际需要启动22kW潜水泵向污水箱排水。    TBM各部位的冷却用水进入污水箱后，直接通过开启的球阀及相应管路排人仰拱预制块中心水沟流向洞外。    在检查与更换刀具时，应用潜水泵将刀盘前部的积水排出，使刀盘内具有良好的作业环境。(10)TBM进入反坡段施工的排水方法。    TBM反坡施工，污水相对向刀盘区域集中，当进入富水区段时，施工用水和涌水将同时向刀盘处集结，水量大且不稳定，需根据TBM刀盘后部积水量的大小，决定潜水泵或自吸泵的开启与关闭。常规情况下，每5-10min单独启动1次潜水泵或自吸泵即可满足需要。当积水较多时，可启动1-2台备用的自吸泵排水；突水、涌水量较大时，需同时启动前部3台水泵，以最快的速度将积水水位降至30cm以下，保证设备及人员的安全。    正常情况下，潜水泵所抽排的水和TBM各系统冷却用水经管路进入后配套16#拖车左侧污水箱，当污水箱的水位接近最高水位线时，自动启动污水回水泵，将污水排人线平导或后部水池。通常每15-20min启动1次回水泵即可满足需要。    当污水箱或污水回水泵出现故障不能正常工作时，应及时顺序打开污水回水泵处通向污水管卷筒的球阀，关闭该处通向水泵的球阀，打开污水箱进水管处通向卷筒的球阀，关闭通向污水箱的球阀，使污水直接通过卷筒排人线平导或后部水池。     连接桥部位的2台备用自吸泵所抽出的水，经管路直接排人线平导或后部水池。    污水回水泵所抽排的水进入线平导，需经过安装于17#拖车接力风机左侧的污水管卷筒，TBM掘进时，需延伸卷筒水管；当卷筒水管仅剩余1-2圈时，应接长排水钢管、回收污水管，防止TBM拖拉后配套时将水管拉断。此处需专人负责卷筒水管的收放及尾部管路检查。    所有潜水泵工作过程中必须浸入水中，以防水泵空转干磨而损坏。    (11) 检查与更换刀具过程中，在刀盘后部筑起一道小水坝，以防止由刀盘内抽排的水倒流进入刀盘底部前区而影响刀盘内的工作。    (12) 污水进人污水箱后，经沉淀净化处理，所含的砂子、碎石残存于水箱底部，正常掘进时，每10-15d清理1次，遇富水地段，则相应缩短清理间隔。清理方法：先将污水箱底部沉积室的盖板打开，大部分残存的砂石将自动坠落，为使清理更加彻底，可用水冲洗2次。    (13) 潜水泵工作和闲置不用时，必须底座着地、落稳，以防掘进过程中在振动的作用下倒链断裂而损坏水泵。只有在TBM换步过程中才允许用倒链将水泵提升，随机架同时向前移动，换步完成立即将水泵落下并可靠放置。    (14) TBM突然停电时，立即将线平导延伸至I线的备用电源接通，保证排水工作的连续进行。    (15) 排水系统易出故障的部分是电路，应注意防潮。出现故障立即排除。    (16) 利用自吸泵排水时，因直接通向线平导，各软管段(尤其是后配套尾部的软管)会在水压作用下剧烈振动，应经常检查各软管连接状况是否良好。    (17) 遇特殊情况，前后作业人员要通过电话联络，通报情况，以利排除故障。    (三) 机具设备    设备选型力求体积小、功率大、可靠性强、物美价廉，TB880E型掘进机反坡排水系统设备配置见表4。表4  给排水系统主要机具设备配置     (四) 劳动组织    成立给排水工班，下设3个小组，分别随掘进、整备工班作业。工班长需了解TBM排水系统的设备构成，具有相应的机械、电气知识及工作经验，全面负责排水工班的工作。每个小组设组长1名，具备一定的电气知识及相应的故障排除经验，全面负责本小组工作，并协调好本组与其他班组之间的关系，组织进行后配套尾部仰拱预制块左侧水管的延伸与更换，前后巡查，发现问题及时排除，特殊情况，及时报告工班长及值班人员，保证排水顺畅。劳动组织见表5。 表5  劳动组织     (五) 质量控制    定期检修给排水系统的所有设备，严格执行TB880E型隧道掘进机保养规程及TB880E型隧道掘进机维修规程，实行强制保养，按需维修，发现隐患及时处理，确保给排水系统完好。    (六) 安全措施    1. 安全用电，按SD标准和TB880E技术文件执行。    2. 经常检查配电柜、电机、水泵，防止电气设备受潮。    3. 经常检查前部潜水泵的悬挂倒链是否良好，确保该水泵的安全。    4. 定员定岗，确保排水工作顺利进行，杜绝因排水系统出故障而影响施工。    (七) 效果    工序衔接紧密，工作效率高，有力地保证了给排水系统的正常工作，TBM未发生被水淹现象，保证了TBM正常运作。    污水箱特别设置的沉淀装置，有利于环境保护，得到了社会各界一致好评。    (八) 实例    1998年10月28日，35kY变电站进行全面检修，停电长达12h，此时，采用I线洞壁照明电源供电，排水设备投入运行，顺利完成了排水任务。    1999年3月19日，当TBM掘进至DK77+812时，洞内同时发生涌水与塌方，3套排水系统同时投入运行，经过近2h的连续工作将刀盘后部积水水位控制在20em以内，保护了TBM电气、液压、润滑系统免受损坏，保证施工顺利进行。    五、初期支护    隧道掘进机施工是一项先进的隧道施工技术，采用机械直接开挖的方法，不用钻眼爆破，因此在减少对围岩的扰动、控制超欠挖和开挖轮廓等方面大大优于钻爆法。但是对于局部围岩软弱带、断层破碎带、岩爆发生地段，初期支护仍然是不可缺少的。    TBM施工充分体现了新奥法施工的思想，掘进开挖对围岩扰动不像钻爆法强烈，且一次成形，全断面开挖，开挖面圆顺，避免了应力集中。开挖后及时实施支护，充分利用围岩的自稳能力，并允许围岩适当变形，建立一整套围岩支护监控量测系统，及时反馈信息修改支护参数。应用岩体力学、地质学原理和TBM的破岩机理，采取不同类型的支护和防护措施，最大限度地减小围岩破坏程度，在确保机器与人员安全的前提下减少初期支护工作量。    (一) 初期支护工艺特点    1. 机械化程度高。隧道掘进机本身配有各种先进的支护施工设备，自动化程度高，从而使劳动强度大大降低，改善作业环境。    2. 支护及时，确保安全。隧道掘进机不论处在掘进或停止状态，围岩支护作业可照样进行，这就保证了有充足的时间对围岩进行支护。    3. 为了使支护方式与隧道掘进机施工的特点相适应，在原铁路隧道围岩分类的基础上，进一步细化了支护类型及相应的支护参数，从而使TBM施工段支护更具可操作性。    4. 本工艺适用于敞开式隧道掘进机在-类围岩地段初期支护施工。    (二) 材料    1. 锚杆采用422螺纹钢加工，长度有2.5m、3.0m两种。锚杆垫板150mm×l50mm×6mm。钢筋网采用8mm钢筋，间距25em×25em。锚杆、钢筋网及垫板均在现场加工。钢拱架由指定厂家加工，由5片116钢组成，拼装成外径8.67m圆形结构。槽钢片为16，弧长3.54.0m。密封钢板为3mm普通钢板。注浆超前小导管32mm。    2. 湿喷混凝土用425#硅酸盐水泥(或普通硅酸盐水泥)；砂子，以细度模数2.5-3.0的中砂为宜，应干净；减水剂选用咸阳化工厂生产的SJG高效减水剂。掺有速凝剂的混凝土应保证初凝时间5min，终凝时间10min。    3. 预注浆用水泥，选用新鲜的525#普通硅酸盐水泥；水玻璃浓度35Be；缓凝剂Na2HPO4。    4.锚固剂采用符合施工需要的合格产品。    (三) 确定支护类型    TBM掘进的初期支护以锚杆+钢筋网+湿喷混凝土为主，在严重塌方地段采用喷锚网+密封钢板+钢拱架+灌注混凝土联合支护方式。支护时可参照设计图纸和现场实际情况决定支护类型及参数。支护类型见表6，支护参数见表7。表6  支护类型 表7  支护参数     (四) 施工工艺    1. 工艺流程(见图8)。    2. 一般地段的支护方式。    (1) 锚杆孔定位。及时用高压水冲洗刀盘护盾后面的裸露围岩岩壁，定出钻孔位置。孔距1.2m，呈梅花型布置。  图8  初期支护工艺流程     (2) 钻孔。启动刀盘后面锚杆钻机从拱顶开始向两边拱墙依次钻孔。    (3) 浸泡锚固剂。每根锚固剂上捅3个眼，浸泡至锚固剂不冒气泡、手感发软为止。    (4) 挂网。要求钢筋网与围岩密贴，网片间搭接12.5cm。    (5) 置放锚杆。每个钻孔放人10-15根已泡软的锚固剂，在钻机钻头罩40mm圆形保护帽后利用锚杆钻机直接将锚杆推人锚孔内。    (6) 如果围岩较破碎，应先进行超前喷混凝土作业，封闭危岩后再进行锚固作业。    3. 喷混凝土作业。    (1) 湿喷法施工工艺流程见图9。   图9  湿喷法施工工艺流程     (2)为了保证混凝土的水灰比处于受控状态，喷锚用的混凝土由拌合站拌合，要求生产能力>25m3/h，并设电子计量。现场施工配合比为水泥：砂：碎石：水=12.371.520.45，SJG型高效减水剂掺量为水泥重量的1.2。    (3) 混凝土采用有轨运输。混凝土装入混凝土搅动运输罐车。在洞外场地编组需约10min，当隧道掘距5km以上时，混凝土罐车运输到掘进机喷混凝土系统并就位约30min，因此，混凝土生产后运输到掘进机上的时间应控制在50min以内。运输过程中应一直保持混凝土罐车转动搅拌，不得加水，喷射时混凝土坍落度应保持在14-18cm。    (4) 混凝土罐车就位后，打开出料口，转动罐车让混凝土流人湿喷机进料斗。在进料斗处设孔径12mm筛网，避免超径骨料进入机内。TBM配置的混凝土喷射机械手可在喷锚走行车的环形梁300°范围内和纵向7m范围内灵活地进行湿喷混凝土作业。    (5) 启动机械喷射手时，先开风，后送料，待混凝土从喷嘴喷出后，再供速凝剂；停止时，先关闭速凝剂计量泵，之后停止供料，待喷嘴残留的少量混凝土及速凝剂完全吹净再停风。    (6) 湿喷机操作手配合机械喷射手操作。在喷射过程中，应保证料斗内有足够的混凝土，控制好泵送的频率和压力。一般情况下，将湿喷机频率调定为12r/min，油缸进油压力保持在60-100MPa之间，此时泵送速度为12m3/h，这样工作比较平稳且不会影响施工进度。    (7) 喷射自下而上，先墙后拱，分部分块按顺序进行，喷射时，喷射臂上喷嘴应基本上垂直于受喷面(经现场反复试验，喷嘴与受喷面的垂线成5°-15°夹角时，喷射回弹量小，喷射效果最好)。喷射过程中，应采取叠压前进方式，喷嘴沿螺旋形轨迹运动，使喷射出的混凝土束以一圈压半圈作横向移动，这样有利于提高湿喷混凝土的均匀性及密实度，减少回弹。    4. 不良地质段支护方式。    (1) 一般塌方地段(一般支护方式)。    隧道掘进后在刀盘护盾上方或护盾后出现崩塌或掉块的局部不稳定块体的处理方式是：加密锚杆(锚杆长3m、间距1m)，挂双层钢筋网，在锚杆端焊接22纵向联接钢筋，然后用TBM配备的机械手湿喷混凝土。此处理过程对TBM掘进无影响。    掘进后在刀盘或护盾上出现小型塌方的处理方式是：加密锚杆(锚杆长3m，间距0.8m)，挂双层钢筋网，利用刀盘护盾后面的钢拱架安装系统架设槽钢钢架。槽钢钢架用锚杆固定，端部焊牢，每段槽钢钢架至少要用3根锚杆锚固，锚固后lh每根锚杆拉拔力应达20kN，3d应达100kN以上。安装1榀槽钢钢架需停机约30min。    (2) 较大塌方地段(联合支护方式)。当隧道边墙发生较大塌方、围岩强度不足以承受撑靴压力时，掘进机将无法掘进，必须停机，