复杂地层小断面小转弯半径TBM设计关键技术研究（论文）.pdf

· 105 · 复杂地层小断面小转弯半径 TBM 设计关键技术研究 刘  广，杨  平，闫富华，周显刚，张雄伟 （中国水利水电第五工程局有限公司，成都 610066） 　　 ［摘　要 ］ 为了解决复杂地层小断面小转弯半径隧洞全断面硬岩隧道掘进机（以下简称TBM）应用受限 的问题，以衢江抽水蓄能电站的排水管廊施工为工程背景，结合小半径转弯隧洞TBM施工难点，对TBM的 针对性设计展开研究，主要得到以下结论：刀盘边刀及滚刀尺寸及布置方式均针对性调整，更适用于小半 径区间掘进；在TBM掘进过程中，加强对推进轴线的控制，曲线推进时TBM实际上应处于曲线的切线上； 严格控制掘进速度和纠偏量，降低因掘进推力过大而引起的向外分离的增发，保证掘进形程差的前提下缩 小纠偏量。 　　 ［关键词 ］ 盾构；近接施工；近接侧穿 　　 ［中图分类号］  U 455.3 　　　　［文献标志码］  A　　　　　［文章编号］  1001 -523X （2023 ）07-0105 -02 RESEARCH ON KEY TECHNOLOGIES FOR TBM DESIGN OF SMALL CROSS SECTIONS AND SMALL TURNING RADII IN COMPLEX STRATA Liu Guang ，Yang Ping ，Yan Fu-hua ，Zhou Xian-gang ，Zhang Xiong-wei 　　 ［Abstract ］ In order to solve the problem of limited application of tunnel boring TBM machinel in small cross-section and small turning radius tunnel in complex stratum, this paper takes the construction of drainage pipe gallery of Qujiang pumped storage power station as the engineering background, combines the difficulties of TBM construction in small turning radius tunnel, and studies the targeted design of TBM. The main conclusions are as follows：The size and layout of cutter head edge cutter and hob are adjusted in a targeted manner, which is more suitable for tunneling in small radius interval. In the process of TBM tunneling, the control of the propulsion axis should be strengthened, and the TBM should actually be on the tangent of the curve when the curve is advanced. Strictly control the tunneling speed and correction amount, reduce the additional emission of outward separation caused by excessive tunneling thrust, and reduce the correction amount under the premise of ensuring the poor tunneling shape. 　　 ［Keywords ］ shield tunneling ; adjacent construction; proximal side wear 为了解决高峰用电时刻用电压力，增强电网的 调峰、调频和调相能力，同时实现低碳化调峰目标， 抽水蓄能电站在近年来被广泛投资建设 [1]。目前的抽 水蓄能工程广泛采用 全断面硬岩隧道掘进机（以下简称 TBM） 掘进施工，不同于传统山岭隧道施工，其掘进 区间短、线路曲线小、掘进断面小等特点给TBM在 抽水蓄能电站中的应用带来困难。 针对这种问题，已经有部分学者、施工单位以 及TBM 研发单位针对小断面小半径隧洞的TBM 设备 开展适应性研究以及施工掘进技术研究。尹威华等 [2] 针对小半径TBM施工的转弯问题，进行了支撑系统 的适应性研究。顾大力等 [3]针对TBM的小半径转弯步 进始发技术进行了探讨。唐与等 [4]针对TBM的小半径 施工的推进系统展开了研究。荆留杰等 [5]则开展了提 高TBM破岩效率的刀盘针对性研究。吕永航 [6]探讨 了TBM在抽水蓄能工程中应用的可行性与优化解决 方案。目前针对小半径转弯的TBM施工，大多解决 方案是针对工程特点开展相应的设备和施工技术研 究。依托衢江抽水蓄能电站工程，针对该工程断面 小、转弯半径小的特点，开展TBM设备针对性设计 研究以及施工技术研究，以期为后续施工的顺利贯通 奠定基础。 1 工程概况 1.1 抽水蓄能项目概况 衢江抽水蓄能电站位于浙江省衢州市衢江区黄 坛口乡，距杭州市、金华市及衢州市直线距离分别为 200 km 、 80 km 和 15 km 。电站计划安装 4台 300 MW 可 逆式水泵水轮发电机组，总装机容量 1200 MW ，设计 年抽水电量 16 亿 kW·h ，发电量 12 亿 kW·h 。电站枢纽 工程主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和 地面开关站等组成。 TBM 施工的区间全长 4 156 m ， 采用 3.53 mTBM 隧道掘进机施工，其中包含 580 m 下 收稿日期 ：2023–03–12 作者简介 ：刘广（1981—），男，湖南常宁人，工程师，主要研究 方向为市政工程。 ·106 · 平洞排水廊道， 1 868 m 厂房排水廊道， 1 708 m 厂房 自流排水洞，最小坡度 0.189% ，最大坡度 5% 。最小 转弯半径 R=30 m 。采用 3层螺旋形布置，组装段和始 发段位于自流排水洞出口 50 m 段，上层排水廊道在厂 房左侧与通风兼安全洞或者主变排风洞连接处，作为 TBM 的回收段（图1）。 厂房自流排水洞全长1 708 m 下平洞排水廊道 580 m 厂房排水廊道三层全长1 868 m 图1 抽水蓄能工程平面示意 隧道穿越