12 开敞式TBM仰拱混凝土同步衬砌双通道台车研制及应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/10/6,#,开敞式,TBM,仰拱混凝土同步衬砌双通道台车,研制及,应用汇报,材料,中国水利水电第十四工程局有限公司,二,一八年十月,一,研究背景,二,总体思路,三,仰拱台车技术要点,四,研究技术创新点,五,研究内容主要成果,六,推广应用情况与经济社会效益,情况,执行情况,目 录,本科研项目依托的是辽宁省,重点输,供水隧道工程施工,三,标，,主洞长,41.09km,，钻爆段,3.40km,、,TBM,施工,段,37.69km,（洞径,8.5m,），主洞采用两台,德国海瑞克生产的开敞式,TBM,掘进，,TBM1-1,段,7.35km,、,TBM1-2,段,10.02km,、,TBM2-1,段,11.45km,和,TBM2-2,段,8.89km,，,施工支洞最长,2.4km,。,一,研究背景,1,、依托工程概况,主洞开敞式,TBM,施工段衬砌成洞断面为圆拱斜墙形，二次衬砌结构包括仰拱砼和边顶拱砼,、,a,类仰拱,（素砼）,b,类仰拱,（单层钢筋砼）,、,类仰拱,（双层钢筋砼）,序号,项,目,单 位,主要技术指标,1,仰拱长度,/,m,41113.354,2,分块长度,m,12,（,16,）,3,TBM,掘进段仰拱厚度,/,顶面宽度,mm,927/5299,4,砼,技术,参数,/,C35W12F200,仰拱砼主要技术指标表,一,研究背景,1,、工程概况,2,、,TBM,同步衬砌技术现状分析,工程名称,TBM,数量,开挖,直径,掘进,长度,同步衬砌技术应用情况,辽宁大伙房输水工程,3,台,8.03m,60.3km,2007,年,12,月，由中铁西南院研制的与,TBM,平等作业的,QM12/S,型,全环内通式衬砌台车,在,TBM3,标段进行了为期,28,天的生产性试验，,2008,年,5,月，在,TBM1,标段尝试使用中铁西南院设计生产的,YG16/S,型穿行式仰拱衬砌台车进行,TBM,掘进和仰拱混凝土浇筑同步施工。,均采用,单线轨道配合移动式浮放道岔,实现同步作业的运输问题，连续皮带机出渣。,叶库二线中天山隧道,1,台,8.8m,13.4km,有轨运输出渣,工况下，,仰拱预制块,同步铺装，四轨双线制运输，,2008,年底开始陆续投入,3,套台车系统，进行开敞式,TBM,掘进与,边顶拱衬砌同步施工,，平均月进度,506m,。,兰渝铁路西秦岭隧道,2,台,10.23m,12.9km,连续皮带机出渣工况下，,铺设仰拱预制块,，安装四轨双线轨道供列车通行，,2010,年,9,月开始实施,边顶拱同步衬砌,。,引汉济渭供水工程,2,台,8.02m,39.1km,四轨三线制有轨运输和连续皮带机出渣工况下，,仰拱预制块同步铺装,，采用,穿行式台车,实现,TBM,掘进与,拱墙衬砌同步施工,。设置专门的通行门洞及滑行轨道承载皮带机，实现连续皮带机在台车内穿行，需,拆除和重新,悬挂皮带机链条。,辽宁省重点输供水工程,8,台,8.03m,/,8.5m,109.8km,2014,年,4,月在水源工程施工三标开始使用双通道,仰拱衬砌同步衬砌,进行施工。,国外开敞式,TBM,施工隧洞的底部仰拱位置一般采用预制混凝土方案，鲜有采用现浇混凝土衬砌方案。,一、项目背景,2,、,TBM,同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,1,、台车后,300m,设置四轨三线制浮放道岔；,2,、,全环,内通式衬砌台车,在,TBM3,标段进行了为期,28,天的生产性试验,大伙房工程全环内通式衬砌台车,+,移动式浮放道岔,同步,衬砌施工,技术,（刀盘直径,8.0m,）,2,、,TBM,同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,1,、隧洞横通道间距,240m,；,2,、衬砌段前后（,3,个横通道,840m,间距,）布设,2,套移动式渡线道岔；,3,、两台台车综合衬砌月进尺,431m/,月；,中天山铁路隧道,有轨运输出渣,工况水平,面仰拱预制,块,+,矮边墙现浇,+,双通道渡线,同步,衬砌施工,技术,（刀盘直径,8.8m,）,2,、,TBM,同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,后工作台架,拉门式支架,衬砌台车,防水、钢筋台架,西秦岭铁路隧道水平,面,仰拱预制,块,+,矮边墙现浇,+,双通道,同步,衬砌施工,技术,（刀盘直径,10.23m,）,拉门式支架,2,、,TBM,同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,2,、,TBM,同步衬砌技术现状分析,一、项目背景,引汉济渭,内,弧,面,预制,仰拱,单通道,同步衬砌,（刀盘直径,8.02m,）,四轨三线制TBM施工区段总体布置,图,边顶拱衬砌台车及衬砌段皮带,钢筋安装台车及前段皮带,皮带机穿行托架,一,研究背景,3,、研究项目的提出,地质条件情况,类和,a,类围岩长度,28.25 km,，,边顶拱衬砌的比例约为,25%,，,仰拱衬砌施工越快完成，对实现总体工期目标的贡献越大。,施工方案比选,对,TBM,掘进影响,工程技术实践,TBM,施工时系统性强，掘进、出渣、支护、运输等工序平行连续作业，需要在已掘进洞段同步延伸连续皮带、大直径风管、高压电缆、供排水管道、,TBM,行走及物料运输轨道。,全环或边顶拱衬砌与,TBM,掘进平行作业,，,隧洞空间限制,，,难以解决干扰问题,。,仰拱衬砌,断面小，占用空间小，便于施工布置,，与,TBM,掘进平行施工的干扰问题相比较之下较为容易解决，,仰拱为,后续的边顶拱施工创造有利的交通条件,对比内容,仰拱预制块方案,现浇混凝土方案,投资规模,相对较,大,：预制厂、蒸汽养护系统、库房、堆放场地,相对较,小,：混凝土拌和系统,工艺要求,工序,复杂,工序,简单,质量控制,技术复杂，精度要求高，控制,难度,大,技术成熟，,易于控制,施工效率,预制块工厂化生产，效率高，,同步铺装效率决定,现场浇筑，,工作面是否受干扰决定,对工程运行的影响,预制块,之间、与,岩面之间的缝隙,难以注浆,填充密实，纵横、径向的安装,误差，,糙率大,，不利于,有压,运行工况,整体,密实性,和外观,平整度,好，,糙率小,，利于有压运行工况,工期要求,整个工程的,关键线路,，工期压力巨大。,a,、多个工程尝试同步衬砌，技术上可行。,b,、,大伙房输水工程所使用的仰拱台车在,升降坡过渡处理、前后坡轨安装与拆除、同步穿行的交通解决方案、仰拱模板定位精确度,等方面仍存在诸多有待解决的问题,。,c,、已有成果和工程实例均未能提供行之有效的,仰拱跟进衬砌解决方案,。,1,、边界条件,（,1,）隧道开挖直径,8.5m,；,（,2,）沿隧道掘进方向右侧，布置连续皮带出渣系统；,（,3,）沿隧道掘进方向左侧，布置供排水管、供电系统（包括变压器）；,（,4,）隧道顶部，布置,2.2m,风筒；,（,5,）有轨,编组,列车（包括内燃机车、混凝土搅拌罐、物料运输车、人员运输车）正常通行，长度,60m,，满载重量,144t,；,（,6,）,TBM,掘进延伸材料及初期支护材料正常运输，其中最大件为储风筒，尺寸为,8m2.4m2.4m,（长,宽,高）。,二 总体思路,研制设计一种开敞式,TBM,双通道仰拱,砼,同步衬砌模板台车（以下简称仰拱台车），实现,TBM,隧洞掘进与底部仰拱,砼,现浇同步快速施工。仰拱台车总长,131.686,m,，,重,138t,，,采取“前斜坡段,+,前道岔段,+,四轨双通道标准段,+,后道岔段,+,后斜坡段”的布置方式,，,前后升降坡段坡度,3,，,主要,钢材,为,HW200,、槽,16,型钢,。,二 总体思路,2,、功能设计方案,二 总体思路,3,、总体结构设计,道叉段结构简化图,标准段的结构简化图,结构分析,荷载分析,静荷载（自重、活荷载）,移动荷载（编组列车）,荷载组合,分析方法及采用软件,按实际运行情况分以下三种工况对结构进行分析：,全部静载,+,一列编组停放在标准段,+,另一列编组通过。,全部静载,+,两列编组在标准段同向并列前行。,全部静载,+,同时停放两辆列车,+,标准段一节四个轮子有一个轮子下面的道轨下沉,20mm,。（验证结构刚度）,二 总体思路,3,、总体结构设计,荷载组合中第三种为纯静力分析，前两种需要进,行,动荷载的影响线分析,。即在全部静载不变的情况下，标准车队形成的动载序列从驶入台车开始在结构上每移动一个步长后，将整个结构进行一次分析并纪录各杆件的内力和所有节点的位移，至到全部车队驶出台车，动载移动完成后，再从纪录表中检索各个,杆件,的,最大内力及各节点的最大位移,，然后对各杆件的,强度及刚度的合理性进行分析,。为达到此目的，采用了,混合节点形式空间杆件结构分析软件,进行计算。,有轨列车编组图,标准段单节长度,7.9m,，高,4.106m,，宽,5.025m,，共,12,架，左侧布置出渣皮带机，故截面为,非对称形式,。底梁上安装双列机车轨道，每节标准段设置,4,套,（,2,对）,行走轮组,，,下部有,0.4,5m,孔口,用于电动葫芦,拆除,、调运,支高架。,三 台车技术要点,3.1,、正常段结构设计,道岔段也是桁架结构，单节长度,7.9m,，,轨道,转弯,半径,60m,，,实现双轨并道,，满足,2.38m,储存风筒通行,，,布置在标准段前后各,2,节位置，,分别用作,清渣作业预备段,和内燃机车轨道安装段,。,三 台车技术要点,3.2,、前后道岔段结构,前斜坡段分为,4.08m,的轨道搭接段和,21.3m,的升坡架段，,与,支高架,轨道搭接,，轨距,970mm,。桁架段前后,有行走轮,，前后轮中间有一组,丝杆支点,，,前端,经改造后的轨道搭接装置可整体推动。,后斜坡段也分为,7.082 m,轨道搭接段和,14.257 m,降坡架段。行走轨道,铺设在,已浇,仰拱,混凝土面，,轨道每,3.0m,用,道钉固定,。,三 台车技术要点,3.3,、前斜坡段,本系统共设置了,功率,3kw,、行走速度,3.52m/min,的,4,套驱动装置,，分别安装在,前后端的道岔段,上,，,减速机使用行星齿轮减速器,。,三 台车技术要点,3.5,、驱动装置,每节安装,4,组行走轮,，轨道由紧贴岩壁的,轨道支座,提供反向支撑，,轨道支座,以隧道初期支护钢拱架尺寸设计,，采用,2,根,25,插筋固定，孔深,45cm,岩壁轨道,轨距,5870mm,。,三 台车技术要点,3.6,、行走机构,三 台车技术要点,3.7,、仰拱台车组装,与轨道连接,组装台车其他部件,有轨运输至掘进段,行走轮组或驱动装置组装,与相邻钢框架连接,安装间或检修间钢框架组装,仰拱台车组装过程流程图,仰拱台车在,检修,间拼装,（,22,天）,仰拱台车在掘进段对接调试,1,）开敞式,TBM,仰拱混凝土同步衬砌双通道台车，在非对称方形框架台车结构内满足轨行式列车双通道行驶，整体布置上采取“前斜坡段,+,前道岔段,+,六个分节四轨双通道标准段,+,后道岔段,+,后斜坡段”的结构和吊物孔的结构布置方式。,2,）该台车实现了仰拱混凝土的快速连续浇筑，月最高强度实现,624,延米（,52,仓）。,3,）该台车其特征在于不对称台车采取整体轨行式移动运行方式，沿隧洞两侧安装轨道行走，比行走机构安装在仰拱混凝土顶面和仰拱岩面上更灵活，通过升降坡段实现仰拱台车的快速移动，为仰拱混凝土快速施工提供了技术保障。,4,）升降坡轨道搭接装置，使内燃编组机车实现由隧道标准轨与仰拱台车标准轨的行走过渡，使内燃编组机车安全、高效的通过仰拱台车，避免机车上下坡频繁跳轨。,四 研究技术创新点,4.1,、创新点,四 研究技术创新点,4.2,、查新报告,（,1,）,发明了的,开敞式,TBM,仰拱,砼,同步衬砌双通道台车，第一次在仰拱台车内布置列车双行轨道，使仰拱台车成为又一个错车的平台，满足了列车连续运行的要求，加快了施工进度，使用效果良好。,（,2,）仰拱台车采用,轨行式列车双通道结构,，保证了,TBM,配套轨道及支高架快速拆除、双通道运输、仰拱备仓、仰拱浇筑、仰拱养护、台车移位等多工序交叉作业，成功,实现了,仰拱快速连续浇筑与,TBM,掘进