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以色列铁路隧道TBM施工方案概述

一、 工程概况
l 工程简介：
3号隧道主要包括两条并行的单线铁路隧道（分别称南线和北线），每个隧道长约11，595m。两条隧道由西向东平行行进，线路坡度2.5％，两单线隧道的坡度一致，两隧道轨道中心线间距25米，线路基本上是直线，在K145391.62～K145597.50区为R=2500m的左转曲线。
西口南北隧道分别采用一台TBM进行掘进，掘进长度分别为8.7千米，其余地段采用钻爆法进行开挖，钻爆法开挖长度2.9千米。隧道掘进口为直径10.10米的圆形断面，净空要求为8.8米的圆形断面，衬砌厚度最小0.4m。
l 地质概况
西部（大约全长的30%）：是层状、块状的坚硬岩石，如石灰岩、白云岩等，也有部分泥灰和白垩夹层，岩层急剧向下倾斜，伴随有溶洞和喀斯特地貌，本段岩石可分为I类围岩。
·中间部分（30%）：本段穿越富含泥灰岩夹层的石灰岩地层，地层适当向东倾斜，本段含有I类和II类围岩。
·东部（40%）：主要由白云岩、石灰岩组成，可能有溶洞活动喀斯特地貌，本段岩石可分为I类围岩。
根据地质报告，综合分析，按岩石质量比率RMR法划分如下：
岩石等级
质量评价
UCS(无约束抗压强度)Mpa
占隧道长度的比例
I、II
好的
60
50％
III
一般
70
35％
IV
差
35
5％
V
极差
15
10％

二、 机械的选型
根据隧道的地质情况，项目的工期要求，经过前期同厂商的调查，拟定采用单护盾硬岩掘进机，管片衬砌方案；
主要技术参数：I
类型
电动

刀盘功率
3,500kW
10 x 350kW
最大旋转速度
0 - 5.96rpm

最大扭矩
12,770kNm

额定扭矩
8,069kNm

旋转方向
左/右方向, 出碴为单方向

轴承类型
3-滚轴轴承

密封系统
3排唇密封

主轴承使用寿命
>15,000 小时
根据DIN ISO 281 L10
详细参见单护盾TBM机械技术参数表。
三、 供电方案
l 方案一：
TBM施工供电系统结合全工程项目的总体供电主要方案为：
根据当地电网提供的22kv的电压，设置一台22KV/11KV 6000KVA 的变压器，接驳变压后，再由一根11kv电缆进洞，电缆直接接入TBM后配套车的总供电设备上，由此对整个TBM机、后配套设备及其附属设备进行电力供应。
全洞按每1.5km设置一处变压器考虑，变压器容量视施工段工程用电设备的布置和用电量而设。变压器出线沿隧洞纵向向前、向后各750m设电缆，该电缆上每隔100m设一配电盘，安装插座、闸刀等，满足施工中洞内施工、抽水、隧道照明等。
洞口通风设备设置：11KV/380 600KVA 两台（南北线各一）距离洞口大于50米。
拌和站预制厂设置：11KV/380 630KVA 一台。（包括钢筋加工设备，起吊设备等）
TBM主驱动变压器2 x 2,200kVA (690V)和后配套系统变压器1 x 1,000kVA (400V)接驳。
皮带运输机配备：2×315KW (400V)变压器。
l 方案二：
从当地电网22KVA 高压经控制柜接驳后22KVA高压进洞，进洞后，与硅树脂型 主驱动变压器2 x 2,200kVA (690V)和后配套系统变压器1 x 1,000kVA (400V)接驳，供主机和后配套设备电力。
洞口通风设备设置：22KV/400 600KVA 两台（南北线各一）距离洞口大于50米。主要供通风和洞口照明等用电。
拌和站预制厂设置：22KV/400 630KVA 一台。（包括钢筋加工设备，起吊设备等）
洞内设置1,250 KVA, 22/1.1 KV 移动式变压器各一台，和2荷载隔离开关闸；移动次数46次，每380米移动一次。作为隧道照明，和后部施工使用。
皮带运输机配备：2×315KW (400V)变压器。
四、 供水、排水方案
l 施工用水：在高于隧道口50m左右合适的地点设置高山水池，存水量为100m3左右，通过￠100mm钢管将水通到TBM后配套系统末尾连接管道，洞内每2000米设增压泵，以供TBM施工。在山下有满足要求的水源处用多级泵将水输送至高山水池内以供应施工用水。
l 隧道排水采用管道排水，设置直径为150mm的排水管，与TBM后配套的软管相连，防止突发涌水的发生；
排水泵
100m³/h
在管片安装区域
逆向清洁泵
50m³/h
在管片安装区域

五、 出渣运输方案
l 隧道出渣采用皮带机出渣，皮带机出渣的优点：A.不受出渣的制约，连续出渣，TBM设备效率能沟最大限度的保证；B.同有轨运输比较，隧道通风条件降低。
主要技术参数：皮带宽度：1.0米；
皮带运输能力：1.200t/h;
转速：3m/s
所需功率：565KW
安装2×315Kw 的变压器作为动力供应。

l 洞内轨道运输：洞内铺设单线，每1公里处设置会车道岔，主要进行管片的运输和注浆材料的运输。
l 方案一：隧道底部临时运输轨道枕底采用混凝土填充方案；
l 方案二：底部管片进行特殊设计，达到混凝土填充面；
l 如采用第一方案，TBM后配套走行轨，到配套末节车尾50米左右的运输线路轨枕采用钢轨枕，混凝土填充后，用木枕抽换钢轨枕的方法，实现运输线路的延续，混凝土填充面滞后配套末节车50米左右；
l 如采用第二方案，则不需要钢轨枕，轨道直接铺设在仰拱面，如图二。
l 初步拟定运输轨距900mm,TBM 后配套走行轨2840mm。钢枕采用254×254×107 UC,木枕采用200×200×1500mm，钢轨采用配片P43标准轨。
l 洞为弃渣采用自卸汽车倒运到弃渣场。每天进尺15米，每班进尺7.5米，渣量：78.5×1.4×7.5＝819 m3，两洞平行作业出渣量为 819×2＝1638m3，洞外弃渣场300㎡，采用30T的运渣车，15m3/车，共需110趟，洞外二次倒运运距5公里，按洞外行车速度45公里/小时，4个小时出渣完成，每车从装运到往返0.5小时，每车往返8趟，需车辆：14辆。共需配置运渣车辆为14×1.5＝21辆
l 隧道衬砌系统图 图一
l 后配套布置图 图二：

六、 通风方案
l 采用功率200KW×2/58KW×2轴流式对旋风机（SDDY-11NO.14A）长管路压入式通风；￠2.0米增强维纶PVC通风管连接到TBM尾部，TBM接力风机（带消音器）接力，继续经冷却风机和空调机组降温后送到TBM主机与连接桥交汇处。
l TBM
最大风量：2500-3200m3/min,最高风压7530Pa;
l 洞外供风实行风阶段供风，
掘进0-3.0公里，启动低速风机运转；3.0-8.7公里，启动高速运转。
七、工期安排与施工阶段化分
l TBM工厂制造工期为12月，运输到现场为2个月，
l 计划TBM开挖段施工总工期为28个月,施工净掘进时间为528天，每月工作时间为25天，合计为22个月，设备的安装和调试为2.5个月，维修保养期为1个月,拆卸时间为2.5个月。
计划在完成3公里的掘进任务后进行一次维修保养。
单护盾TBM提前2个月完成掘进任务，平均月进度指标为350米，最高为450米。
平均进尺每天15-18米，每天两个循环，每个循环为10个小时，每天保养和维修时间为4小时。试掘进阶段每天进尺6米，每月进尺150米。
各类围岩的掘进指标分别为：I类围岩450米，Ⅱ类围岩375m/月；Ⅲ类围岩150m/月；
施工进度计算表
里程
围岩类别
施工段长度（m）
进度指标
（m/daily）
掘进时间(day)
备注
K0+000~K0+080
III
80
6
13
试掘进阶段
K0+080~K0+300
II
220
6
37
试掘进阶段
K0+300~K1+300
II
1000
15
67

K1+300~K3+300
I
2000
18
111

K3+300~K6+800
II
3500
15
233

K6+800~K7+800
II
1000
15
67

528

l TBM施工场地准备
计划用11个月时间完成TBM到场前的施工准备工作，包括隧道西口洞口开挖工程，场地平整，场地的硬化，桥式龙门吊机的安装调试，始发洞的开挖支护等，为TBM进场做好一切准备。
l TBM的装配
计划用2.5个月的时间完成TBM机组的安装、调试、动载试验工作。
l TBM施工试验段
为TBM初期试掘进施工期，主要目的是进行设备的磨合，设备操作手的技术实地操作培训，称TBM试验段，计划平均月掘进150米。每天掘进6米。
l TBM的掘进施工阶段：
初步计划平均月完成350米。施工期间约478天。
l TBM维修阶段：
在完成3公里的掘进施工后，用一个月的时间对TBM进行一次全面的维修保养。
l TBM拆卸收尾阶段：
计划用65天时间完成TBM机组的拆除和向洞外转移工作，确保后续工程顺利进行。
七、 人员配备
TBM生产人员设置及职责范围
班组
岗位
人数
备注
管理人员
队长
1
属于管理人员，队长：负责每班施工生产、安全和环保等，土木工程师：开挖和衬砌的技术，机械工程师：TBM的技术服务。
土木工程师
1
机械工程师
1
开挖班
司机
1

机械工
2

电工
2

安装管片
8
（拼装1，螺丝安装2，推进千斤顶1，注浆2，运输管片2）
杂工
2

皮带维护
3

测工
2

保养班
机械工
4

电工
2

轨道工
4
风、水、轨道
洞外工作人数
通风班
2

运渣班
11
装载机司机1，汽车司机10
砼生产班
3
装载机司机1，搅拌机司机2
砼运输班
2
浆液材料洞内运输
管片预制
12
钢筋工4，整模工4，起吊工2，捣固2，
机械修理
3

物资设备管理
2

合计

60

说明：TBM （带管片衬砌）开挖人员配备表（2班，每班10个小时）

每班作业人数：（按皮带运输考虑），按两洞平行作业考虑，共需生产工人60×2×2＝240人。
八、 TBM始发方案
单护盾TBM 采用洞口起吊设备安装，安装反力设备和负压环的方法进洞。
l 1、进发座台的准备
座台采用钢筋混凝土与钢结构组合的座台。进发座台用工字钢和钢轨等材料装配制作，反力设备由反力座和临时组装管环构成。
反力设备针对必须的推力应具有足够的强度及推进时基本无变形的钢度，用工字钢安装反力座，临时组装的管环用容易处理的钢或高强度的铸铁管片拼装。
l 2、进发口及入口密封圈
为了确保TBM机贯入地层轴线的精度，施作一段进发洞，进发洞长约20米左右。导口密封垫圈用于填充在导口与管片间隙中的垫圈，其作用是止水，确保施工质量和安全，TBM 推进后，可通过反力座对掘削面加压，TBM 后配套通过之后 可对管片后背进行注浆，尽早稳定导口。必须周密的考虑进发口的净空和垫圈的材质、行状及尺寸。
九、 隧道衬砌管片的设计和预制和安装
l 设计要求
l TBM专用条款提出，管片承包商进行设计，包括管片的尺寸，配筋，采用的管片类型等；
l 隧道管片衬砌：隧道管片衬砌应该按永久条件进行设计，应对所有永久和临时荷载条件进行设计检核，隧道管片厚度为40cm。
l 混凝土强度等级B50(以色列标准)。混凝土为水密性混凝土，抗地下水化学成分的侵蚀按照GGR的要求。混凝土的组成要经过常驻工程师的批准。
l 钢筋含量要经过静力计算，估计不小于100Kg/m3。
l 防火要求：添加聚丙稀纤维作为防火混凝土的添加材料，2～4Kg/m3。
l 地下水流量超过了要求的范围或暴露的岩石条件显示需要，在经一步的开挖前要进行超前预注浆处理。
l 管片预制＆安装
l 管片的预制采用现场预制或工厂预制的方案；初步拟定现场预制。
l 管片预制完成后，由管片运输车按每环所需的类型运输到洞中，由管片安装机械安装。
l 管片后安装后进行注浆固结，在围岩完整地段，可注射豆粒石。
十、 管片注浆方案
采用洞外配料，洞内配套设备拌和的注浆方案，注浆设备配备如下表。
l 管片注浆时机的选则： 最佳注入时期应在TBM推进的同时进行注浆或推进后立即注浆，注入的浆液必须完好填充尾隙。对于岩体较稳定的地段，无需要求一定要与掘进同步。
l 浆液的选择，要根据地层的条件确定注入浆液的种类，对于稳定的地层地段可选用单液浆，对于围岩完整地段，可注射豆粒石。对于围岩裂隙较大，单液浆损失较大，可考虑使用双液浆，便于及时固结。
l 采用单液浆，多采用后方注入式，既从环后方的管片注浆孔注入，一次完成几环注浆，从施工看，操作可避免掘进面的机械设备密集，影响管片的运输安装。
l 注浆管理：要进行注浆压力和注浆量多得管理，要控制理论注浆量＆实际注浆量的比较，实际注浆量一般为理论注浆量1.5～2倍，如果发现注浆量超出实际计算量2倍以上，要查明超挖、漏失等因素；管片注浆压力一般为0.1-0.3Mpa，要防止压力过大，损害管片。
l 注浆设备如下表：

背衬注浆系统

砂浆注浆系统

通过管片衬砌进行
砂浆泵
0 - 20m³/h
带80升搅拌罐和遥控装置
泵的数量
2个

水泥袋操纵装置
1个

电气功率
30kW

砂砾设备

通过管片衬砌进行
砂砾泵
0 - 8m³/h
带遥控
泵的数量
3个

空压机
11m³/min @ 13 bar
隔音
电功率
4.4kW
每个泵

十一、 横通道的施工
l 横通道处采用切割安装好的管片拆除的方法进行施工，切割完成后，根据围岩情况进行横洞口的加固，采用管棚，小导管，架设钢拱架等加固围岩和支护的方法，这部分要进行专门的设计，要考虑拆除后管片的受力情况。这部分没有现成的图纸，承包商要进行设计。
l 拆除后管片部位要布置密封圈，确保防水，对于有出漏水的地方要布设透水管输水，并于横通道的防水系统相连。
十二、 隧道通过溶洞的施工
l 本隧道地质报告显示存在溶洞的条件，在TBM掘进的过程中，采用长短距离的超前地质预报，探明溶洞的位置，充填物等，采用相应的加固方案。
十三、 不稳定地层的处理
l 地层处理通过超前加固措施实现，包括注浆，注射泡沫剂（产生堵塞作用），排水孔（排出断层前面的水）。
十四、 TBM的解体。
l TBM掘进到交汇点后，TBM采用洞内就地拆卸方案，盾壳留在洞里，其他部件小型机械人工配合拆除。