大海则矿井主斜井TBM施工方案.docx
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大海则矿井主斜井TBM施工方案
大海则矿井主斜井TBM施工方案
第一章工程总体概况
1.工程概况
大海则矿井主斜井井筒长度2633m，倾角14o，埋深637m，井筒净直径5.8m（斜井具体情况见主斜井纵断面图）。
该斜井采用TBM进行施工，井筒二衬管片采用外径为6900mm，内径为6100mm，管片厚度为400mm单面楔形的通用管片，衬砌的设计强度为C50，抗渗强度等级为P12。
衬砌每环宽1.5m，由封顶块（K），领接块（B1、B2），标准块（A1、A2、A3）构成。
纵、环向均采用M30弯螺栓连接。
总管片用量为1755环。
衬砌接缝间防水采用由三元乙丙橡胶制成的弹性密封垫。
本工程隧道施工采用中国铁建重工产的外径为7180mm，长度为9000mm的复合式TBM掘进机。
主斜井纵断面图
2.水文地质概况
2.1地质情况
地质为砂岩、泥岩，主导地质以软岩为主，主斜井依次穿越地层为洛河砂岩组、泥岩组、侏罗系中统直罗组砂岩。
地层特征及分布详见下表：
2.2水文情况
主斜井穿越的含水层为第四系萨拉乌素组、白垩系下统洛河组、侏罗系中统安定组、侏罗系中统直罗组和延安组2号煤上覆岩层，按照水平狭长廊道法各含水层段的井筒涌水量计算。
主斜井井筒总涌水量为不同地层段计算涌水量之和：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
=1661.3+14566.08+60.8+3841.2+57.1=20187.1（m3/d）。
即为841m³/h。
3.主要工程量
工程量详见下表
工程项目
线路长度
（m）
管片用量
（环）
土方量（实方）
（m3）
大海则矿井主斜井
2633
1755
108247
4.施工进度安排
详见附图一施工进度计划图。
5.施工重难点
1）640m埋深，如何有效阻止各地层水力连通。
2）大坡度下坡（-25%）时，管片、砂浆、钢轨等物料运输困难。
3）大坡度下坡时的排水问题。
4）如何解决管片下沉问题。
5）TBM主机防扭转问题。
6）岩石含有较高的粘土矿物和有机物，需防止结泥饼。
7）皮带输送机的安歇角问题，特别是TBM设备上的皮带机。
8）螺旋输送机耐磨设计、出碴效率问题。
第二章施工总体部署
1.施工部署
1.1施工部署原则
本标段工程的部署原则：
科学、合理的原则统筹安排。
工程体现多专业特点，不同专业施工接口多，所以必须做好内外关系协调，由项目部统一协调指挥，结合工程情况充分发挥项目部优势，主动争取各方的支持与配合。
1.2施工总体目标
1.2.1质量目标
工程质量标准满足本次招标“工程技术规范说明”所引用的现行技术标准、规范、规程等有关规定，确保工程全部达到工程质量合格标准。
1.2.2工期目标
合同工期2012年10月10日～2013年11月21日，总工期408天。
1.2.3安全生产目标
严格按照国家安全制度和规定，达到“三无一杜绝”、“一创建”的目标，即无基坑坍塌、洞内塌方冒顶的责任事故；无重大机械设备事故、重大交通和火灾事故；无一次性直接经济损失在五万元以上的其他工程事故；杜绝因公死亡；
1.2.4文明施工目标
树样板工程，建标准化现场，做文明职工，达到该地区文明工地标准。
1.2.5环境保护目标
达标排放，节能降耗，杜绝恶性环境事件。
综合环保目标达到国家及该地区施工的环保要求。
2.现场组织机构框图及职责
2.1现场组织机构框图
本工程管理体系将实行在项目部的领导下和各职能部门密切配合下的项目经理负责制，设立项目经理部负责区间隧道的施工组织管理，详见图2-1
2-1施工组织机构图
2.2组织机构成员职责
（1）项目经理：
①代表企业实施项目管理。
贯彻执行国家法律、法规、方针、政策和强制性标准，执行企业的管理制度，对工程的质量、安全、进度、成本、文明施工及环境保护等全面负责。
②确定项目经理部管理组织机构的构成，建立质量管理体系、安全管理体系和环境管理体系，明确相关人员的职责，并全面组织区间施工的开展和协调工作。
③对进入现场的生产要素进行优化配置和动态管理。
④负责与建设单位、监理单位、设计单位和各协作单位的协调，解决项目中出现的问题，确保工程按期完工。
主动积极处理好与项目部所在地政府部门的关系，确保工程的顺利进行。
（2）项目副经理:
①在项目经理的领导下，全面组织区间隧道的现场施工活动，负责工程总体部署，总体计划的管理，协调各部门关系，合理组织生产。
②参与制定并贯彻项目经理部的各项管理方针和管理体系。
③负责工程的合同管理、物资管理、设备管理和分供方的评审工作。
④负责对项目经理部的计划进度、实际进度进行调控，确保工程按期完工。
⑤对工程中的所有风险源进行辩识，确保工程施工中现况建筑物及地下管线的安全。
（3）项目总工程师:
①在项目经理的领导下，具体主持项目质量管理保证体系的建立，并进行质量职能分配，落实质量责任制，对工程质量负全面技术责任。
②负责编制及审批施工组织设计、施工方案及不合格品的处置、纠正和预防措施的实施。
③组织对本项目的关键技术难题进行科研攻关，进行新工艺、新技术的研究和实施，不断提高工程质量，确保对工程总工期的控制。
④组织有关人员对材料、设备的订货、供货质量进行监督、验收、认可，严把质量关。
⑤组织好工程的竣工验收工作。
（4）安全质量部：
①配备符合工程要求的安全工程师以及专职安全员，负责工程施工中的各项安全工作。
②负责现场施工安全，落实各项安全制度，定时检查现场施工安全情况。
③负责职工的安全教育和特殊工种的安全培训，确保各工种持证上岗。
④负责制定实施施工安全措施、机械安全措施，临时用电安全措施。
⑤贯彻安全事故报告制度，进行调查分析，提出处理意见。
（5）工程计划部：
①配备符合工程要求的结构工程师，由其负责施工过程的各项管理工作，根据工程进度计划，合理组织施工，确保施工安全、施工质量、施工进度。
②工程的年、季度、月计划编制及实施，对施工实施动态管理，落实项目进展的进度计划，并随工程实际情况不断调整具体实施计划的安排，以保证总进度计划的落实，负责工程量的统计报表工作。
③负责不同阶段施工场地和临时堆场的协调和管理，有序地组织平面、立体的各种材料和设备运输、堆放等工作。
④负责施工过程的文明施工和环境保护管理。
（6）物资设备部：
①配备符合工程要求的材料工程师，由其负责材料供应的相关工作。
②负责施工所需材料的采购、供应、管理工作，并提供相应的质量证明。
③负责施工过程材料和周转料的调配，顾客提供产品的验证检查。
④负责对材料的标识管理和搬运、储运工作。
⑤配备符合工程要求的机械工程师，由其负责机械设备的相关工作。
⑥负责施工机械的使用和租赁管理，按计划进行机械的平衡调度。
⑦负责制定落实机械设备的大、中修计划，保证机械完好率。
（7）施工管理部：
①由项目部总工程师负责，配备符合工程要求的量测工程师、测量工程师、以及专职资料管理员。
②负责项目有关技术管理工作的实施，组织图纸会审与交底工作。
编制各分部、分项工程施工方案。
③监督检查《施工组织设计》在工程中的实施过程，负责工程中出现的新工艺、新技术的实施管理。
④负责对工程竣工资料的审核、组卷。
⑤负责对重大质量事故的调查分析，并提出纠正预防措施、并监督实施工作。
⑥负责工程测量的交桩、放线、复核等，严格按照图纸及相关精度要求实施工程测量工作。
完成测量内业资料的编制，保存测量记录，并负责项目竣工测量工作。
负责测量仪器的保管工作，并保证未经检验的仪器不准在项目工程中使用。
⑦负责工程监控量测，反馈真实信息，做好信息化施工。
（8）经营合同部
①配备符合工程要求的合约工程师和计量工程师，由其负责工程施工中的各项经济工作。
②负责签订合同，具体实施项目合同的管理工作，并作好竣工结算工作。
③负责工程中的洽商记录，设计变更的核算报价工作，监督合同的履行。
④负责各专业分包商的年、月报的核实与工程款的核时阶段性的结算工作。
⑤根据合同条款和有关法律依据，作好工程索赔工作。
⑥做好工程保险所需材料的收集和准备工作。
（9）综合管理部
①负责高效组织与管理、专业接口的协调配合关系。
②负责如何统筹安排，精心组织，优化配置，减少矛盾，使得每个工作面协调推进，每道工序衔接紧凑，安全、优质、按期完成施工任务。
（10）TBM施工各班组
负责整个TBM施工的质量、安全，积极响应项目部各部门的号召，完成项目部下达的各项指标。
（11）注浆施工各班组
负责隧道内二次注浆、端头井加固，积极响应项目部各部门的号召，保质保量完成项目部下达的各项指标。
3.现场布置
3.1现场平面布置
生产区域根据施工现场需要及场地情况，布置管片、注浆材料堆放场、搅拌系统、烘房、充电间、电工间、仓库、机修车间。
生活区域在工地现场以外，依据该地区文明工地有关标准修建临时生活及办公设施。
3.2隧道断面布置
隧道在左上方每隔5环布置一个灯架，控制照明和日光灯可固定在上面。
在左下方每环安装一个托架，上面铺设人行走道板，由∠40×4上铺走道板连接组成，右上方每隔3环布置一个吊架，供动力电缆固定之用，通风管道布置在右侧，给水管道布置在左下方，详见隧道横断面布置图2-2。
图2-2隧道横断面布置图
4.施工供水、供电
4.1施工用电
根据现场实际用电需求，合理对总耗电量、办公用电和施工生产用的各部分耗电量、电源选择、供电系统电压、变电所容量及安装进行设计，严格按照国标及该地区有关规定进行安装、使用和管理。
4.2施工供水
现场供水采用DN100管道。
从由业主引至TBM施工现场的总水管处，通过管路将水供至TBM施工各用水点，建立临时供水系统。
施工设施和生活设施用水根据设施的布置情况与用水量需求，敷设适当通径的给水支管路。
5.施工排水、出土、通风及通讯
5.1施工排水
为确保工地环境整洁，达到文明标准化要求，在工地上建立有效的排水系统。
隧道内污水排放：
在TBM连接桥下设一小型集水箱，污水通过排污管排放至平台底板上集水坑，再通过污水泵将污水排放至地面的沉淀池，最后排放到污水管网。
同时落实“防台”、“防汛”和“雨季防涝”措施，配备“三防”器材和值班人员，做好“三防工作”。
5.2弃土处理
由于TBM出土有时含水量很高，又湿又烂，在运输途中极易造成道路污染，所以在装车时，不能高于车厢拦板，车辆出工地必须先经冲洗槽冲洗，严禁滴漏、颠撒污染道路。
按照地区有关规定做到文明施工。
5.3隧道通风
送风方式：
隧道内通道采用大功率、高性能风机，用ø1000mm风管送风至开挖面，送风有效距离大于3km，以确保远距离通风的要求。
通风设备噪音不超过75分贝，且保证隧道内工作人员新鲜空气量不小于每人每分钟3m3。
5.4施工通讯
隧道施工通讯：
隧道内通讯线路为八部程控电话线路，安装在照明灯具支架上。
在项目经理部及中央管理室、工作井口、工作井底、料库、TBM操作室等处各设一台电话进行通讯联系，确保信息畅通和命令及时传达。
6.危险品仓库
按照防火防爆的有关规定设置危险品仓库等临时性构筑物，易燃易爆物品堆放间距和动火点与氧气、乙炔的间距要符合规定要求，临时设施区按规定配足消防器材，危险品仓库等重点部位应配备足够数量、种类合适的灭火器。
重点仓库或部位等每25m2建筑面积配备一只灭火器；非重点仓库，如宿舍等建筑区每100m2配备2只灭火器。
消防设备配备合理，性能完好可靠，消防栓、消防器材周围畅通不得堆物，消防器材应有专人负责维护管理。
7.管片渣土运输
井筒内安装二台带宽B=2200mm带式输送机前后搭接承担井下渣土提升任务，管片和浆液运输采用两台卷扬机配滑轮组完成。
8.拌浆系统
拌浆系统采用1m3混凝土搅拌机，并配置12″钢管，搅拌好浆液通过钢管输送至储浆桶中，然后放到运浆车上。
在搅拌机旁边布置膨润土、粉煤灰、水泥、黄砂、卵石堆料场，膨润土堆料场上设置防雨蓬，水泥及粉煤灰采用罐装。
9.施工设备配置
施工设备详见下表：
施工机械设备表
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
土压平衡铰接式TBM
Ф7180mm
台
1
2
500吨汽车起重机
辆
1
3
200吨汽车起重机
辆
1
4
管片平板车
10T
辆
4
5
全液压反铲挖掘机
0.4m3
辆
1
6
混凝土搅拌机
1m3
台
1
定制
7
柱塞式注浆泵
台
2
8
TBM发射、接收系统
套
2
定制
9
轴流通风机
75kw
台
1
10
发电机
台
1
11
矿用泵
200kw
台
2
12
轻型水泵
台
10
13
徕卡全站仪
TC1201+
台
1
14
水准仪
苏一光DSZ200
台
1
15
地质钻机
MG-50
台
2
16
高压泵
台
1
17
灌浆泵
台
1
18
空压机
P-0.8MPa，Q-6m3/min
台
1
19
泥浆泵
台
1
20
浆车
台
2
21
双液注浆泵
台
11
22
冷却水塔
个
1
23
储浆罐
10m3
个
1
24
卷扬机
台
2
25
皮带机
台
2
26
装载机
台
1
10.劳动力组织
10.1施工工班
详见劳动力配置表
劳动力配置表2-1—TBM掘进
工序名称
TBM掘进（1台）
动力维修
制浆
井下
井上
工种
开卷扬机
同步注浆
管片拼装
二次注浆
TBM司机
测
量
行车司机
挖掘机司机
防
水
装载机
电
工
修
理
焊
工
制浆工
人数
2
2
3
3
1
1
1
1
2
1
1
1
1
3
组数
3
小计
6
6
9
9
3
3
3
3
6
3
3
3
3
9
合计
51
9
9
说明
1、本表为一台TBM施工的劳动力安排。
2、本工程为隧道施工，实行三班二运转作业制度。
3、管片生产和洞门加固施工人员未考虑在内。
劳动力配置表2-2—地表端头井注浆加固
工序名称
端头井加固
动力维修
工种
施工责任人
安全员
专业工程师
工班长
配浆
注浆
司泵
钻孔
电
工
修
理
人数
1
1
1
1
2
2
2
4
1
1
组数
3
小计
3
3
3
3
6
6
6
12
3
3
合计
42
6
说明
实行三班24小时作业制度。
10.2作业人员动态
11.材料供应
物资供应计划表
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
水泥
t
3000
暂估量
2
膨润土
t
1800
暂估量
3
粉煤灰
t
6000
暂估量
4
细沙
m3
5000
暂估量
5
卵石
m3
5000
暂估量
6
水
t
6000
暂估量
7
走道板
1.5m*0.5m
块
2000
自制
8
水管
0.05m*6m
根
3000
9
盾尾油脂
桶
300
10
HBW
桶
150
11
牛腿
20.8KG/个
个
200
自制
12
轨枕
53KG/个
个
3000
自制
13
钢轨
43KG*6m/根
根
1000
14
反力架
套
1
自制
15
发射托架
套
2
自制
16
洞内电箱
套
30
17
洞外二级电箱
套
8
18
洞外一级电箱
套
1
19
箱变
套
1
20
灯架
套
400
21
灯管
75W
个
400
22
泡沫剂
桶
300
23
高压电缆
3*50+1*25
m
3000
24
洞内照明线
m
15000
管片需求计划见下表：
管片需求计划
生产月份
数量（环）
2012年12月
100
2013年1月
170
2013年2月
170
2013年3月
170
2013年4月
170
2013年5月
170
2013年6月
170
2013年7月
170
2013年8月
170
2013年9月
170
2013年10月
125
第三章TBM设备选型
1.选型依据
1）本工程地质为砂岩、泥岩，主导地质以软岩为主，岩石最大饱和单轴抗压强度为70MPa；
2）岩石含有较高的粘土矿物和有机物；
3）斜井穿越的各地层平均RQD值最小为47.5%（洛河砂岩组），最大为72.1%（侏罗系中统直罗组砂岩组）；
4）钻孔后的抽水试验所得各层最大涌水量为951.78m³/d；
5）渗透系数最大为3.39m/d。
2.设备选型
根据上述水文地质条件、岩层分布、渗透系数、隧道埋深等情况，可有如下几种选择：
（一）复合式TBM
1）需按照TBM大功率、高转速原则配置主驱动；
2）采用复合式刀盘,大开口率、加强耐磨设计，并设置磨损检测器；
3）螺旋输送机和后配套皮带机出碴；
4）螺旋输送机需采用超强耐磨配置；
5）需配置合适的泡沫膨润土系统，防止结泥饼现象；
（二）泥水盾构
1）采用复合式刀盘，需加强刀盘耐磨设计；
2）设计压力为10Bar，需采用5道主驱动密封；
3）进出浆管径均为DN300，进浆流量800m³/min，出浆流量950m³/min
4）利用多级离心泵出碴，但需要解决大埋深斜井的碴土泵送问题；（咨询了相关厂家，此工程需要约16台40m扬程泥浆泵）
5）缺点：
需要较大的场地进行泥水分离，施工成本较高；
（三）护盾式TBM
1）采用硬岩TBM刀盘；
2）利用主机内皮带机和后配套皮带机出碴；
3）缺点是不能有效解决泥岩地层糊刀、出碴不畅等问题；
（四）敞开式TBM
1）采用硬岩TBM刀盘；
2）利用主机内皮带机和后配套皮带机出碴；
3）缺点是不能有效解决泥岩地层糊刀、出碴不畅等问题；
4）开挖断面太小不能实现同步衬砌，后期衬砌时间较长，综合效率较低。
几种方案比较而言选择复合式TBM较为合适，其可以解决泥岩地层糊刀盘、出碴不畅等问题。
3、TBM配置方案
（一）主机
1）开挖直径7350mm，盾尾采用50mm/Q460钢板；
2）最大推进速度80mm/min；
3）主机、后配套均配置超大排量排水设备，以应对隧道内大量涌水；
4）前盾顶部设计2个稳定器，底部设计有防滚条；
5）推进油缸采用浮动式支撑有利于TBM纠偏
稳定器示意图
浮动油缸示意图
（二）刀盘
1）刀盘宜采用面板式复合刀盘，开口率约为37%；
2）采用17寸滚刀，滚刀和撕裂刀可以互换；
3）中心滚刀刀间距90mm，数量8把；
4）正面滚刀刀间距90mm，数量26把；
5）边缘滚刀，数量11把；
6）刀盘面板和边缘焊接复合钢板，具有的较强耐磨性；
7）回转接头8路泡沫+8路液压+1路电气，刀盘隔板上设置高压冲洗嘴，可有效防止刀盘及开挖舱结泥饼现象；
复合式刀盘三维示意图-新疆涝坝湾煤矿
（三）主驱动
采用电机驱动（10×200kW），3m直径主轴承，额定扭矩8000**********，脱困扭矩为9600kNm，刀盘转速0～4.7rpm。
（四）螺旋输送机
1）采用叶片直径为920mm的螺旋输送机；
2）叶片周围焊接合金块；
3）筒体内壁焊接HARDOX耐磨板；
4）轴前端为实心轴，表面堆10mm耐磨焊层；
5）驱动功率200kW，最大扭矩200kNm，转速0～19rpm。
叶片周边镶嵌合金
叶片表面堆焊耐磨层
（五）后配套系统
1）配置有独立、可靠的碴土改良系统（可加入泡沫、膨润士,或高分子材料等），具有8路单路单泵泡沫系统；
2）拖车需加配独立的二次注浆设备（具备注单、双液浆功能）；
3）所有设备及作业平台均适应14°下坡，保证作业方便安全；
4）所有人行通道均采用防滑设计保证行走安全。
斜井TBM主机示意图
第四章施工工艺方法
1.TBM掘进施工
1.1端头井土体加固
由于施工方法未知，该处略。
1.2TBM始发施工
1.2.1TBM始发工艺流程
TBM始发工艺流程（见图4.1-1）
1.2.2TBM发射托架及反力架安装
将预制好的TBM托架（见TBM发射架构造图4.1-2）和反力架吊入工作井内，按照测量放样的基线（见TBM发射架安装定位图4.1-3），先将TBM托架焊接在预埋件上，考虑发射架在TBM始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗TBM旋转的扭矩，所以在TBM始发之前，对发射架两侧用H型钢进行加固（见TBM发射架加固图4.1-4）。
TBM调试与检修时，进行反力架的安装。
安装反力架时，在负一层楼板上用型钢搭设三角支架，利用搭设的三角支架结合手拉倒链作为提升支架，进行反力架准确定位。
安装时要精确定位，定位精度要控制在±5mm之内。
在完成反力架的定位之后，反力架与车站结构连接部位的间隙一定要用钢板垫实，以保证车站结构与反力架脚板有足够的抗压强度。
图4.1-1TBM始发工艺流程图
图4.1-2TBM发射架构造图
图4.1-3TBM发射架安装定位4.1-4始发托架的加固
1.2.3TBM设备的安装和调试验收
由于地面布置没有，该处略。
1.2.4负环管片及反力架的拼装
首先在安装反力架和始发托架时，要保证负环管片的高程和圆心与TBM盾壳的中心偏差小于±5mm。
负环管片采用标准环拼装，拼装方式采用通缝拼装方式。
管片安装顺序为：
先就位底部管片，再左右安装，每环相邻管片应控制环面平整度和封口尺寸，同时要保证K块位置精确处于12点位置。
第一环负环管片拼装成圆后，用下部千斤顶完成管片的后移。
千斤顶总推力控制在1000t以内，推进时用下部千斤顶，推力增加要遵守循序渐进的原则，保持各组千斤顶受力均匀。
管片在后移过程中，严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于10mm。
负环管片与基准钢环之间的空隙可衬垫石棉橡胶板缓冲垫。
负环管片在脱出盾尾的过程中，为保证负环管片的位置安装正确，在管片与托架间采用垫塞方木楔来实现，方木楔间距50cm安设一块；为防止TBM推进中管片受力变形，在管片两侧加型钢支撑。
第一、二环负环管片后推时，操作推进缸人员必须与管片观察人员密切配合，避免将管片推至与盾尾撞击，下部油缸前推，顶部油缸随时跟进，推至行程末端时，用两只3t吊链通过上部管片螺栓孔挂住，保持管片位置，再由上至下逐步松开推进油缸逐块安装管片，安
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