在云頂隧道工程實踐中圍繞復雜地質技術攻堅、核心設備智能改造、環境與能源調控系統、超長隧道運維優化四個方面完成了13項技術優化,保質保量完成了施工任務。
云頂隧道地質地形條件復雜,洞身圍巖主要以花崗巖、板巖、片巖為主,同時存在六條斷層破碎帶以及長達1.5公里的綠泥石片巖段,施工過程中很容易出現塌方,人員和設備損害,大涌水等重大風險。為了保證安全質量和進度,項目從多維度解決地質難題。
Q1
怎樣實現TBM快速穿越斷層破碎帶?
方案: 主機護盾外側創新性地增設環向鋼筋排倉。
成效: 該結構可在穿越斷層破碎帶時,通過鋼筋排系統將松散巖體擋于初期支護之后,有效防止因渣土流失引發的失穩和坍塌,既保障了作業安全,也顯著提升了掘進效率。
Q2
在富水段落TBM是如何掘進的呢,采取了哪些措施?
方案: 執行"探、堵、排、封"四步法,引入CFC超前探水系統,動態研判確定經濟高效處置方案。
措施: 嚴格遵循“先探后掘、以堵為主、堵排結合、擇機封堵”的原則,為TBM設備配備先進的超前鉆機及CFC超前探水系統,提前掌握前方地層的含水情況。探明出水情況后,注入發泡型化學漿液進行堵水處理。針對涌水量較大的地層,則通過超前傘形鉆孔實施帷幕注漿,進一步提高止水效果,確保掘進安全有序推進。
Q3
云頂隧道反坡段超長距離掘進施工中,如何解決排水問題?
小貼士: 云頂隧道反坡段掘進距離超過4500米,最大高差達34米,管道總水頭損失超過110米,該段施工具有排水距離長、揚程損失大、排水量大的特點,常規排水設備難以滿足現場需求。
方案: 選用高耐磨、寬流道、高鉻合金材質的臥式離心渣漿泵,采用接力泵站進行分段增壓,提升排水效率。
成效: 保證了常態排水能力300 m³/h,應急排水能力600 m³/h,確保了反坡段復雜工況下的排水任務安全順利推進。
Q4
云頂2號隧道掘進過程中,遭遇罕見的斷裂滑移型巖爆區,如何解決的?
斷裂滑移型巖爆是隧道施工中因圍巖應力突然釋放,導致巖體沿地質斷裂面高速滑移、彈射的災害現象,可能造成設備損毀、人員傷亡。
方案:利用云頂1號隧道已開挖完成的區段,在云頂2號隧道掌子面前方空間實施徑向超前鉆孔作業,并實施預裂爆破。
成效:通過預裂爆破,在刀盤前方未開挖巖體中形成一定范圍的破碎帶,提前釋放圍巖應力,有效降低巖爆風險,保障施工安全。
核心設備智能改造
根據云頂山脈的地質地貌特點,在TBM原有設備基礎上,累計對2臺TBM進行了147項優化和設計改進,保證了施工的安全、持續、快速、可控。
Q5
傳統TBM主驅動系統缺乏內部狀態監測手段,難以實時掌握潤滑與油質狀況,導致設備可靠性下降,如何解決這一問題?
方案: 在不破壞密封性的前提下,通過集成透明視窗與傳感器,對主驅動實施可視化油位監測改造,實現齒輪油油位及品質的實時在線監測。
成效: 改造后,主驅動潤滑效率顯著提升,通過動態油位監測可及時補充油脂;結合油質數據分析優化散熱策略,運行溫度降低12%。同時,齒輪油更換周期延長至150小時,年維護成本減少約8萬元,且齒輪油消耗量降低10%。這一創新兼顧了設備可靠性與經濟性,為復雜工況下的高效運維提供了關鍵技術支撐。
Q6
云頂隧道TBM掘進傳統TBM供水管路法蘭密封墊易因流水侵蝕損壞,傳統更換需復雜吊裝作業,耗時長且存在設備擠壓風險。如何解決這一問題?
方案: 開發專用輕量化更換工裝,適配隧道狹小空間作業需求,并優化拆裝流程以減少密封面損傷風險。
成效: 改造后,單次法蘭密封墊更換時間由4小時縮短至2小時,作業效率提升50%;工裝適配性設計使密封墊一次安裝到位成功率提高至98%,減少反復拆裝導致的設備磨損。年維護成本降低約5萬元,同時避免因吊裝作業引發的潛在安全風險。
Q7
傳統TBM護盾液壓系統在巖爆工況下易因瞬時高壓沖擊導致油缸損傷,如何解決的?
方案: 對液壓系統進行抗巖爆改造,升級規格加速壓力釋放,每支油缸增設卸荷閥及閥塊實現超壓自動泄壓,并采用低壓回油管設計作為極端工況下的二級保護。
成效: 改造后,系統可有效緩沖巖爆沖擊壓力,后續巖爆事件中僅觸發油管爆裂而油缸保持完好,設備恢復掘進時間由42天縮短至1.5小時。改造后液壓系統抗沖擊壓力能力提升50%,且未新增額外能耗,實現“零設備損傷”目標。
Q8
傳統TBM鞍架滑動凹槽采用固定頻率自潤滑方式,在復雜地質條件下易因潤滑不足導致滑槽磨損加劇,進而影響TBM姿態控制與振動穩定性,如何解決這一問題?
方案: 升級潤滑系統為G3泵可控頻率模式,可根據地質條件動態調整潤滑頻次(如軟巖段降低頻次、硬巖段增加頻次);同步優化滑槽材質與表面處理工藝以提升耐磨性。
成效: 改造后,滑槽及軌道磨損率降低40%,維護間隔從150環延長至200環(提升33%);動態潤滑系統適配不同地質工況,減少因磨損導致的姿態調整頻次,掘進效率提升15%。同時,模塊化設計支持快速拆裝更換,單次維護時間縮短至2小時。
環境與能源調控
云頂隧道位于馬來西亞南部,地處赤道附近,常年氣溫較高,施工過程中,洞內普遍存在高溫高濕環境。為保證云頂隧道可以平穩、安全、高效掘進,根據云頂山脈的環境、氣候及周邊電力設施特點,馬東鐵七分部做出了針對性優化與控制。
Q9
針對地熱效應明顯,作業洞內高溫高濕的環境,云頂隧道是如何解決隧道長距離通風問題的?
方案: 在TBM設備上增設了制冷機組,對外循環水進行二次降溫,提高熱交換效率,優化設備內部作業環境。在洞外供風系統中,于風機出口端加裝制冷裝置,對新風進行降溫處理后輸送至TBM作業區,持續有效降低溫度。
成效: 洞內高溫、高濕環境得到有效緩解,保障了作業安全與效率。
Q10
除了通風外,針對TBM持續作業產生的高溫,還有什么降溫措施?
方案: 引入外循環水制冷系統,通過制冷機組對外循環水進行冷卻,并經管道增壓后輸送至TBM機組,利用冷卻后的外循環水通過熱交換器對內循環水降溫。
成效: 有效緩解了設備及油品因高溫引發的停機問題,顯著提升了TBM的有效掘進效率。
Q11
如何解決傳統TBM供配電系統在復雜施工環境下故障頻發的問題?
方案: 項目設計三級冗余供配電系統,一級采用毫秒級自動切換裝置保障主備電源無縫銜接;二級通過11KV轉換柜實現跨洞電力調度(如2#與4#線路互備);三級配置2臺1000KW柴油發電機及自動切換開關作為應急電源。
成效: 改造后,系統可在極端工況下(如四路高壓同時中斷)保障TBM持續運行,電源切換時間縮短至5分鐘;電力波動減少80%,年故障停機時間從150小時降至10小時以下。該系統成功應對多次突發斷電事件(包括兩次四路高壓同時中斷),確保關鍵工序不間斷推進。
超長隧道運維優化
云頂隧道總長16.39公里,超長隧道在掘進施工中,物料運輸、施工組織、整修操作等均需要精細控制,在有限空間作業也給項目運維優化提出了挑戰。
Q12
云頂隧道TBM段掘進總長度超過10公里,如何保證長距離下物料運輸安全有序可控?
方案: 隧道內設置了4軌雙線布置形式,并每隔1.5公里布設一組渡線道岔,用于列車會車和調度。運輸系統共配置21輛內燃機車,同時配套建設了網絡調度監控系統與列車防碰撞系統。
成效: 系統應用大幅提升了運輸效率和運行安全,確保了長距離掘進過程中的物料供應與施工組織高效有序。
Q13
傳統TBM主機區域設備集成度高,硫化操作空間狹小,人員設備進出困難,影響皮帶硫化修復效率,如何解決這一問題?
方案: 將固定式硫化平臺頂部改為導鏈升降式活動平臺,操作時升起以擴展空間;利用原有3組豎梁作為支撐結構,避免對其他設備改造;同時在硫化空間頂部增設觀察孔,實時監測主機尾部卸料斗運行狀態。
成效: 改造后,硫化平臺有效作業面積擴大120%;觀察孔設計使維護人員可及時發現卸料斗異常,減少停機排查時間。皮帶硫化修復速度提高35%,單次維護節省人工2人/天,直接支撐TBM高效掘進。
多年來,馬東鐵七分部聚焦云頂隧道施工重難點,堅持創新驅動,改造升級設備,強化資源配置,巧妙化解施工難題,展現出了二公局人在海外生產經營中的技術優勢,并將其切實轉化成為打造精品工程的強勁動力。