一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统及建造方法

技术领域

本发明涉及水电站引水斜井施工技术领域，特别是指一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统及建造方法。

背景技术

引水斜井是水电站中重要的建筑物，其特点是倾角陡、直径大、长度长，所以施工难度大。国内引水斜井一般的设计参数为：倾角45°～60°，开挖直径6～10m，最大施工长度由于受施工能力限制控制在400m左右。

目前，国内开工建设的高水头电站引水斜井采用多级布置方案，洞室长度较长，调节保证设计性能较差且厂房位置相对靠前，不利于减小厂房附属洞室和勘探平洞长度。当斜井长度较长时，不得不增设中平段或者中平洞施工支洞，增加了工程投资，延长了工期，加大了工程施工布置设计的复杂程度。斜井开挖采用钻爆法施工，施工导向和成洞体型不易控制，开挖成洞的平整性差，超挖和欠挖问题普遍，开挖与压力钢管安装无法同步进行，施工速度慢，工期长，安全性差等。而现有的斜井施工装置公告号为CN112412478B的一种隧道斜井施工系统及施工方法采用管片支护，主机部分带动后配套同步运动，不适用于开挖与压力钢管同步安装的工况。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统及建造方法，解决了现有技术中斜井TBM开挖与压力钢管安装无法同步进行的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统，包括设置下部施工支洞内的始发装置、设置在上部施工支洞内的接收装置和用于斜井TBM始发的始发洞室，始发洞室与下部施工支洞连通且始发装置设置在始发洞室与下部施工支洞的交汇处；始发洞室的洞底设有顶推装置和止退装置；所述斜井TBM包括TBM主机、ABS装置和后配套系统，所述ABS装置连接在TBM主机上，所述后配套系统可拆卸连接在用于支护斜井的压力钢管内。

进一步，所述始发装置和接收装置均包括固定架和铰接架，铰接架铰接在固定架上，且铰接架通过铰接油缸与固定架连接，铰接架通过铰接油缸铰接点转动；铰接架上滑动设有滑移架。

进一步，所述TBM主机包括刀盘和箱式主梁，刀盘与设置在箱式主梁上的主驱动相连接，所述箱式主梁上设有撑靴支撑装置，ABS装置滑动连接在箱式主梁的尾部。

进一步，所述ABS装置包括前ABS装置和后ABS装置，后ABS装置通过连接油缸与前ABS装置连接。所述箱式主梁与压力钢管内设有相对应的溜渣通道。所述顶推装置包括顶推架，顶推架上设有顶推油缸；止退装置包括止退架，止退架上设有止退撑靴；止退架位于顶推架的前方。

进一步，所述压力钢管包括前部钢管段和若干个后部钢管段，后配套系统设置在前部钢管段内，前部钢管段与后部钢管段、相邻两个后部钢管段之间连接有接力装置；前部钢管段和后部钢管段均包括若干个钢管节。

进一步，所述接力装置包括设置在压力钢管内的一级接力架和二级接力架，一级接力架和二级接力架之间连接有接力油缸，一级接力架和二级接力架的外圆周上均设有沿径向设置的支撑油缸，支撑油缸的伸缩端设有靴板，支撑油缸及靴板通过开设在压力钢管上的槽孔实现伸缩。

一种所述的水电站引水斜井TBM斜井建造系统的建造方法，步骤如下：

S1：TBM主机运输到下部施工支洞并顶推移动至始发装置上，始发装置带动TBM主机旋转至与斜井倾斜角度一致；

S2：运输后配套系统的至下部施工支洞并与压力钢管定位完成后，将后配套系统的管线与TBM主机管线连接；

S3：始发装置将TBM主机向上顶推移动进入始发洞室并采用撑靴支撑装置、ABS装置辅助固定，防止TBM主机后溜；

S4：将后配套系统所在的钢管节一次放置在顶推装置前方并由顶推装置向前推动实现随TBM掘进向前移动，当顶推装置行程到位后，止退装置固定压力钢管；

S5：前一节钢管节顶推到位后，顶推装置油缸回收，接入下一节钢管节；新接入的钢管节与前一节钢管节连接后，止退装置断开与压力钢管的连接；

S6：重复步骤S5直至完成整个掘进段内压力钢管的拼装；

S7：当斜井内压力钢管长度达到一定长度之后，在压力钢管上设置接力装置，接力装置与顶推装置、止退装置配合对压力钢管进行随TBM前移的同步拼装；

S8：TBM主机掘进到上部施工洞处，转动接收装置至与斜井倾斜角度一致，然后将TBM主机与接收装置连接；

S9：转动接收装置至与上部施工洞平行状态，拆解TBM主机，并运输洞外存放；

S10：采用卷扬机牵引载有后配套系统的压力钢管移至上部施工洞并进行拆除；

S11：人工进行接力装置所在压力钢管的前后端连接；然后将接力装置收回至拼装好的压力钢管内；

S12：接力装置采用换步作业的方式或采用卷扬机牵引方式移动至接上部施工洞内并进行拆除。

步骤S7中接力装置的工作过程如下：一级接力架回收，二级接力架撑紧洞壁，一级接力架和二级接力架之间的接力油缸伸出，将一级接力架所在的压力钢管向前推进一个行程；一级接力架撑紧洞壁，二级接力架回收，一级接力架和二级接力架之间的接力油缸回收，将二级接力架所在的压力钢管向前提拉一个行程。

本发明的有益效果如下：

1、本发明TBM主机与后配套系统采用非刚性连接的分离式工作，TBM后配套系统位于压力钢管内并由顶推装置、接力装置顶推前移，减轻了TBM主机牵引前移的重量，使TBM斜井向上施工安全性提高。

2、本发明TBM施工方法，将传统的斜井多级施工优化为一条直线隧洞，减少了中平段或者中平洞施工支洞，降低了工程施工布置设计的复杂程度，优化引水系统布置，缩短引水系统长度，减小工程土建工程量，有利于改善水电站调节保证设计性能。

3、本发明的TBM施工方法，能够实现自动化机械化挖掘，大大降低了劳动强度，减少了能源消耗，节约成本，同时其设备施工稳定，效率高，有效控制地层扰动，降低施工风险。本发明整体结构设计合理，可实现TBM开挖与压力钢管安装同步进行，很好的填补了引水斜井采用TBM开挖的空白，可从整体上缩短斜井建设周期，有利于电站提前运行产生经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明TBM主机上ABS俯视示意图。

图3为本发明后配套系统断面示意图。

图4为本发明接力装置断面示意图。

图5为斜井TBM始发与接收示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，实施例1，一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统，包括设置下部施工支洞100内的始发装置1、设置在上部施工支洞200内的接收装置2和用于斜井TBM3始发的始发洞室300，斜井TBM3开挖的隧道为斜井，斜井用于连通上部施工支洞和下部施工支洞。始发洞室300与下部施工支洞100连通且始发装置1设置在始发洞室300与下部施工支洞100的交汇处；始发装置用于对TBM主机31的始发。始发洞室300的洞底设有顶推装置5和止退装置6；顶推装置用于对压力钢管4、TBM的顶推，使其向前掘进并进行同步压力钢管拼装，压力钢管4也斜井隧洞之间设有钢管支撑8。所述斜井TBM3包括TBM主机31、ABS装置32和后配套系统33，所述ABS装置32连接在TBM主机31上，所述后配套系统33可拆卸连接在用于支护斜井的压力钢管4内。TBM主机尾部悬入压力钢管内，TBM掘进施工与钢管顶推作业相互分离，提高施工效率。

本实施例中所述始发装置1和接收装置2均包括固定架1-1和铰接架1-2，始发装置1的固定架1-1固定在位于下部施工支洞100下方的始发洞室内；接收装置2的固定架固定在上部施工支洞200的底部。铰接架1-2铰接在固定架1-1上，且铰接架1-2通过铰接油缸1-3与固定架1-1连接，铰接架1-2通过铰接油缸1-3铰接点转动，实现铰接架1-2角度的调节。铰接架1-2上滑动设有滑移架1-4，滑移架可在油缸或牵引装置的作用下相对铰接架滑移，用于TBM的始发和接收。

如图2所示，实施例2，一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统，在实施例1的基础上所述TBM主机31包括刀盘31-1和箱式主梁31-2，箱式主梁31-2可采用现有的凯式结构，即包括内凯与外凯，本实施例中内凯为加长设计。刀盘31-1与设置在箱式主梁31-2上的主驱动相连接，主驱动提供刀盘转动的动力。所述箱式主梁31-2上设有撑靴支撑装置31-3；撑靴支撑装置可采用现有TBM上的撑靴装置，用于对TBM主机31进行支撑同时也能提供TBM向前掘进的动力。ABS装置32滑动连接在箱式主梁31-2的尾部，可防止TBM主机后溜。ABS装置通过管线与后配套系统连接。ABS装置为常开状态（撑紧洞壁状态），通过主控室操作可操作为关闭状态（撑靴回收，非撑紧洞壁）。

具体为：所述ABS装置32包括前ABS装置321和后ABS装置322，后ABS装置322通过连接油缸323与前ABS装置321连接。前ABS装置321和后ABS装置322均可采用类似现有TBM上的撑靴装置，其为常开状态（撑紧洞壁状态），通过主控室操作可操作为关闭状态（撑靴回收，非撑紧洞壁）。

本实施例中所述箱式主梁31-2与压力钢管4内设有相对应的溜渣通道9，进行溜渣作业。具体为所述TBM主机滑槽可将渣土直接转运到钢管内的溜槽内进而继续下滑到底部基坑接渣装置。

进一步，所述顶推装置5包括顶推架51，顶推架51上设有顶推油缸；止退装置7包括止退架71，止退架71上设有止退撑靴；止退架71位于顶推架51的前方，且固定在斜井洞壁上，止退架71上的止退撑靴能相对钢管伸缩，止退撑靴伸出时抱紧钢管，防止钢管滑退；当钢管在顶推油缸的作用下向前运动时，止退撑靴回缩松开钢管。

如图3所示，实施例3，一种水电站引水斜井TBM斜井建造系统，在实施例2的基础上，本实施例中所述压力钢管4包括前部钢管段和若干个后部钢管段，后配套系统33设置在前部钢管段内，前部钢管段与后部钢管段、相邻两个后部钢管段之间连接有接力装置6；前部钢管段和后部钢管段均包括若干个钢管节。当斜井长度较长，顶推装置5不能提供足够的顶推力时，在相应的两段钢管段之间加设接力装置6，配合顶推装置将压力钢管分段前移。接力装置的数量根据需要可设置多个，在施工过程中，接力装置按照使用位置，由上到下依次作业。

本实施例中每个接力装置6包括设置在压力钢管4内的一级接力架61和二级接力架62，一级接力架61和二级接力架62之间连接有接力油缸63，一级接力架61和二级接力架62的外圆周上均设有沿径向设置的支撑油缸64，支撑油缸64的伸缩端设有靴板65，支撑油缸64及靴板65通过开设在压力钢管4上的槽孔实现伸缩。以一个接力装置6为例一级接力装置回收，连接油缸伸出，将接力装置前部压力钢管向前移动一个行程。行程到位后，一级接力装置伸出撑紧洞壁，二级接力装置回收，连接油缸回收，将二级接力装置向前移动一个行程。按照上述方式，压力钢管分段有序进行步进式前移推进。

如图4所示，实施例4：一种实施例3所述的水电站引水斜井TBM斜井建造系统的建造方法，步骤如下：

S1：TBM主机31运输到下部施工支洞并顶推移动至始发装置上，始发装置带动TBM主机31旋转至与斜井倾斜角度一致（图中位置1）。具体为TBM以零部件方式运输到下部施工支洞，采用门吊或者汽车吊等吊装设备进行组装，主机组装完成后顶推移动至始发装置上并与始发装置滑动件牢固固定。

S2：运输后配套系统33的至下部施工支洞并与压力钢管定位完成后，将后配套系统的管线与TBM主机管线连接。具体为运输后配套部件至下部施工支洞，按照设计先后位置关系与压力钢管连接，每一节压力钢管内附属设备采用延长管线连接。后配套系统与压力钢管定位完成后，将后配套系统与TBM主机连接。

S3：始发装置将TBM主机向上顶推移动进入始发洞室并采用撑靴支撑装置31-3、ABS装置32辅助固定，防止TBM主机后溜；

S4：将后配套系统所在的钢管节一次放置在顶推装置5前方并由顶推装置5向前推动实现随TBM掘进向前移动，当顶推装置行程到位后，止退装置固定压力钢管；

S5：前一节钢管节顶推到位后，顶推装置油缸回收，接入下一节钢管节；新接入的钢管节与前一节钢管节连接后（一般为焊接），止退装置断开与压力钢管的连接；

S6：重复步骤S5直至完成整个掘进段内压力钢管4的拼装；

S7：当斜井内压力钢管长度达到一定长度之后，在压力钢管的两个钢管段之间设置接力装置，接力装置与顶推装置5、止退装置6配合对压力钢管进行随TBM前移的同步拼装。接力装置的工作过程如下：一级接力架61回收，二级接力架62撑紧洞壁，一级接力架61和二级接力架62之间的接力油缸63伸出，将一级接力架61所在的压力钢管向前推进一个行程；一级接力架61撑紧洞壁，二级接力架62回收，一级接力架61和二级接力架62之间的接力油缸63回收，将二级接力架62所在的压力钢管向前提拉一个行程。

S8：TBM主机掘进到上部施工洞处，转动接收装置至与斜井倾斜角度一致，然后将TBM主机与接收装置连接；

S9：转动接收装置至与上部施工洞平行状态（图中位置A），拆解TBM主机，并运输洞外存放；

S10：采用卷扬机牵引载有后配套系统的压力钢管移至上部施工洞并进行拆除；

S11：人工进行接力装置所在压力钢管的前后端连接；然后将接力装置收回至拼装好的压力钢管内；

S12：接力装置采用换步作业的方式或采用卷扬机牵引方式移动至接上部施工洞内并进行拆除。

TBM掘进，掘进产生的渣土通过刀盘溜渣槽经内凯滑道转溜到压力钢管溜渣通道内，进而滑落至底部基坑。渣石落入基坑口可通过转渣皮带机转运至渣土运输车运输出洞。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。