价值工程
0引言
交通、市政等行业越来越获得普遍应用，每项应用都有其特殊性和普遍性难点和经验值
得提炼和借鉴。根据项目地质勘探，
水文地质资料及分析结果，每台硬岩TBM 掘进机会选择适合大部分特征点掘进、
支护、后配套等子系统和机构，技术上很难配置适应所有围岩特征的的子系统。 本研发依托项目源于埃塞俄比亚GD3水利水电EPC 合同中12.4km 长、双护盾TBM 成洞
直径8.15m 的大
（2）发电引水隧道支护和项目关键线路工期保证的管理和技术研究。
GD3电站引水洞TBM 掘进主要特点和难点是支护与
衬砌占用直线工期，
以及TBM 掘进效率的提高难度大。研究项目双护盾TBM 掘进隧洞的支护方式，包括掘进期支护、
掘进后集中支护，以及掘进效率的提高。本研究项目通过功能优化、技术攻关和价值创造，利用专家论证、
技术方案比较、研发成套技术措施和发明，最终实现了支护与蓄 水平行作业（实施）
、围岩系统支护与TBM 掘进平行作业、针梁台车混凝土衬砌与喷混凝土支付平行作业， 最终组织研究了本成套支护技术方案，部分技术填补了行业空白。
1本项目主要研发创新成果
1.1研发了引水洞边支护边进行水库蓄水的支护等
配套技术解决方案，
突破了技术常规①优化TBM 退场方案。
原设计的TBM 完工后退出方案是从进口段铺设3，
2km 轨道自行退到引水洞拆除场，这将延误通水发电关键线路至少4个月直线工期。
显然不能按照原设计方案拆除TBM 。
在此情况下，项目部组织了全球TBM 专家对拆除方
案等其他影响发电技术难点进行了功能分析和研究，
专家组对7个TBM 拆除方案比较，见表1，最终采用了开挖
TBM 洞内拆除洞，
进行洞内拆除的方案，使后期系统支护开工时间提前4个月；仅仅花费约260万元人民币达到了减少了TBM 步进3.2km 出洞占用的直线工期和约8000万元发电损失费用。
②新增施工隧道，
将蓄水和支护交叉施工变为平行施工。
TBM 原出洞方案是从进水口旁拆除洞退出，但是，引水洞开挖进度滞后，
水库蓄水条件已具备，项目必须按期蓄水，否则项目将面临延期一年发电的巨大损失。为解决
引水洞开挖滞后与蓄水的冲突，
必须考虑蓄水期引水洞上游的交通通道
（见图1所示），这样项目部经过比较论证，决定从库水位以上开挖一条TBM 洞内拆除、组合台车支
护时运送喷混凝土等用的施工支洞。
在蓄水期进行隧洞支护和为TBM 拆除提供通道，
同时封堵原来TBM 洞外拆除方案中已施工的交通洞。
这样将蓄水和洞内施工的交叉工序变为平行施工工序，
避免了8个月蓄水工作占用发电直线工期，较原计划减少至少4个月直线工期，
及减少4个月的系统支护占用的发电直线工期。
1.2研发了系统支护与TBM 掘进同步进行以及高效
掘进的成套解决方案，
填补了行业空白①行业内TBM 隧洞系统支护方案是在TBM 拆除后进行，
GD3的TBM 段系统支护页不例外，原设计是在TBM 拆除后再开始系统支护，
但由于TBM 开挖工期严重滞后，项目部必须采取赶工措施。
在此背景下，
必须开发新设备或利用掘进时间同步进行系统支护
（见图2所示）。通过专家分析，研发了“湿喷混凝土衬砌设备工作台车”
，提供了掘进与支护同时实施的技术方案，填补了行业空白，根据TBM 掘进期间洞内风
管、出渣皮带、内燃机车运行等特点，
台车满足了洞内掘进期永久支护要求，具有自带吊装装置、钻孔机具、挂网、湿喷机、支护机具，由工字钢、角钢、轨道轮、电机、减速机、铁
皮等材料机具自主设计加工而成
（见图3所示）。②鉴于原厂设计适应性范围窄的夹具功能不足问题，
研制并应用了专利技术
“隧洞支护钢拱架安装装置及夹具”
。TBM 自带钢拱架夹具适应性差，
不满足I16和I20工——————————————————————
—作者简介：杨谦（1985-），
男，湖北宜昌人，高级工程师，研究方向为水利水电工程。
硬岩TBM 大型洞室支护技术创新研究
Innovative Research on Support Technology for Large Tunnel in Hard Rock TBM
杨谦YANG Qian
（中国葛洲坝集团，
北京100025）（China Gezhouba Group ，Beijing 100025，China ）
摘要：针对大型硬岩TBM 施工难点和特点，
组织研发了比较系统的技术方案，一方面将部分交叉作业变为平行作业，另一方面通过方案优化、技术创新提高了TBM 掘进或者支护效率，为行业解决类似问题提供了思路和参考。
Abstract:According to the difficulties and characteristics of large hard rock TBM construction,a comparative systematic technical scheme is developed.On the one hand,part of the cross operation is changed into parallel operations;on the other hand,the TBM tunneling or support efficiency is improved through scheme optimization and technical innovation,which provides ideas and reference for the industry to solve similar problems.
关键词：硬岩；TBM 大型洞室；支护技术创新；研究Key words:hard rock ；TBM large tunnel ；support technology innovation ；research 中图分类号:U455.3文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）15-104-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.15.032
·104·
Value Engineering
字钢等支护构件高效安装要求，
项目组研制并应用了专利技术“隧洞支护钢拱架安装装置及夹具”
，解决了拱架高效、
安全支护的难题。采用两把风炮扳手安装连接螺杆；
减短每榀5节弧形工字钢中最后一节的长度和连接方式，
解决了钢拱架支护施工时，夹握钢拱架不稳固的问题，
使得单榀钢拱架安装时间缩短，实现掘进期钢拱架高效支护。单品拱架安装历
时一般在150分钟，
应用后指型盾后单榀钢拱架安装时间缩短到78分钟。直接提高了TBM 有效掘进时间。
③鉴于原厂设计的通风管阻碍台车行走问题，研发了
湿喷台车风管防护罩专利，解决了湿喷台车如何避让原设计通风管问题
（见图4所示）。④鉴于原设计助力站体积较大，
阻碍湿喷工作台车行走的功能缺陷，研发了湿喷台车行走顶升装置专利技术、
湿喷台车行走铰提装置专利。解决了在湿喷期间，
台车过原设计方案助力站障碍物的难题。
表1方案比较及功能分析
序号
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
方案六
方案七
拆机方案牵引出洞（原设计）楔块式步进出洞支腿式步进出洞
牵引楔块联合式步进出洞夹紧油缸交替步进出洞扩挖洞室门机拆除洞室内电动葫芦
拆卸
缺点
需要较大的牵引力。卷扬机、轨道、混凝土、钢丝绳投入较大后盾无法提供足够的
摩擦力推动前盾，
即无法换步。轨道、
混凝土、
电缆投入较大爆破法开挖的隧
道围岩不平顺，
使支腿支撑洞壁困难。轨道、混凝土、电缆投入较大轨道、混凝土、钢丝绳、
电缆投入较大
轨道、
混凝土、电缆、
夹轨器、高压电缆等投入较大。拆除转场历时长需开挖较大的拆卸洞室。洞室扩挖、
新购门机、拖车租赁投入较大
需开挖较大的拆
卸洞室。洞室扩
挖、
新购电动葫芦、拖车租赁投入
较大
优点
方案简单，不需要拆卸洞室方案简单，不需要拆卸洞室方案较简单，不需要拆卸洞室方案简单，不需要拆卸洞室方案简单，不需要拆卸洞室
历时短，
无洞外拆除，总体投资较小总体投资最小
难易程度
容易；
存在钢丝绳被拉断等安全隐患
容易较容易配合较为困难；
存在牵引和步进操作不同步时钢丝绳被拉断的安全
风险
容易
较为困难；安全风险较小最困难；存在很大的安全风险
可行性研究困难困难困难
较为困难，主要体现在配合上实施简单，
有成功案例
（短途、水平段）
实施简单，
有很多成功案例实施简单，有成功案例
历时4个月，
拆除转场历时长4个月，拆除转场历时长4个月，拆除转场历时长4个月，拆除转场历时长4个月，拆除转场历时长2个月，不需转场，洞室开挖2月
2个月，
不需转场预估费用
476
306
238
259
图2TBM 原系统设计自带临时支护设备袁不满足系统支护要求
图1新增至库水位以上交通洞
接电站进水口
新增库水面以上交通洞
拆除扩挖洞
后配套改装综合台车支护段衬砌台车施工段
接地下厂房
始发洞
说明：1.本图仅为示意图。
砼封堵
道岔
人工爆破开挖段
水流方向
ter Flow et section
concrete plug
concrete Lining
砼衬砌
TBM dismante tunnel
TBM 拆除用扩挖洞室
mannual drill&blast section TBM
TBM 掘进段
Support work direction Lining （support ）work diection
Y+800加利福尼亚道岔
水流方向
Water Flow
衬砌台车
综合喷混台车支护作业方向衬砌
（支护）作业方向Lining trolley
Support trolley 水流方向Water Flow
·105·
价值工程
1.3充分利用原TBM 系统功能配置研发了喷混凝土支护与混凝土衬砌同时施工的技术方案
原设计的TBM 系统配置了9个不同功能的台车组，
总厂79m 。
为缩短工期，充分利用TBM 设备进行上游喷混凝土台车的功能设计，
通过组合相关功能台车，项目研发了“湿喷混凝土衬砌设备组合台车”
发明专利，提供了钢筋混凝土衬砌与湿喷混凝土衬砌同时实施的技术方案及后配套改装的台车。
该组合台车利用拆除后的TBM 的7个后配套台车做
行走骨架，设计加工新的安装、作业平台和机构，将起重设备和发电、钢筋加工、钻孔、灌浆、湿喷混凝土等设备等精
心设计、安装组合而成的台车，具有钻孔、
锚杆安装、灌浆、钢筋加工和安装、
湿喷施工自发电等功能，用于TBM 拆除后系统支护，
与针梁台车常规混凝土衬砌支护各自同期分担支护任务。设备在TBM 拆除洞内制作安装，自行到工位，按照钻孔、注浆、钢筋安装、喷混凝土、
养护等工序完成作业内容。
喷混凝土半成品从洞外通过新开挖的施工支洞运到台车，
再倒入湿喷机喷护。此时在另一端及TBM 始发端，采用的针梁台车同时进行混凝土衬砌。参见图4所示。
2与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较
2.1本项目研究技术路线国际领先
国际上能够适应210MPa 硬岩的TBM 开挖支的、上
述护配套措施未见报道。岩石硬度、
围岩节理和属性变化超过合同预期条件下实现TBM 掘进的隧道高效综合支护
技术，在市政交通、
水利等行业并不多见，无相关可供参考的经验或技术，其项目采取的解决问题的思路和办法因具体项目特征而异。
2.2技术方案国际领先
本项目实现了TBM 掘进与永久支护同期、后期两台
台车同期支护、
边蓄水边支护的行业新技术方案，是国际国内没有先例的。
项目最终赢得可观的经济效益和发电等社会效益。该项目核心技术均为国际领先或者国内独创。国际上各类TBM 只能适应该范围内特定范围围岩支护和
掘进，例如本项目研发前TBM 按照120MPa 以内围岩配置。本研发技术方案和思路适用于各类TBM 高效支护施工和TBM 配置参考。
3结语
硬岩TBM 设备本身在中国设计制造难度大，一般大型TBM 主要有国外成熟的大公司提供，其技术层面在中
国的适应性都有一个磨合、
改进的过程，加上大型项目本身为实现建设目的而对包括TBM 在内的施工项目经济效益、社会效益的要求高，
必须有相对成熟的技术支撑。本项目为TBM 高效施工提供了技术思路和部分解决方案。
参考文献:
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[2]谢靖涛，
冉晓兰，何辉煌，等.泵送混凝土入口封孔装置[P].湖北省：CN209482307U ，2019-10-11.
[3]齐晓明，
朱家毅，罗百胜，等.TBM 穿越滨海硬岩不同倾角破碎带技术[J].山东交通科技，2022（06）：38-41.
图4
喷混凝土衬砌设备组合台车
图3湿喷混凝土衬砌设备工作台车能在TBM 支护期间自由行驶
1：台车牵引及固定装置；2：开挖成型洞壁；3：供风管固定锚筋；4：混凝土泵送台车；5：供风软管道；6：喷混工作台车；7：供风管防护罩；8：台车底部运输滑轨；9：牵引卷扬机；10：电动提升葫芦.
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