隧道TBM施工关键技术应用

隧道TBM施工关键技术应用

摘要：TBM具有快速、安全、高效的显著特点。掘进机在我国隧洞工程中相继应用，虽然技术先进，但是，只有完全掌握这项技术，对隧洞施工全过程中的每一个环节进行严格把关，才能真正保证掘进机隧洞施工质量。本文对隧道TBM施工的几点关键技术进行了分析。

关键词：TBM；施工关键技术；涌水；超前预报

TBM隧道掘进机，是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。相对于传统的隧道开挖方法，尤其是在长达隧道方面，TBM隧道施工有无可比拟的优势，它集钻入、掘进、支护于一体，通过采用先进的电子信息、遥测遥控等先进技术对整个施工作业全过程进行制导和监控，使隧道施工过程始终处于可控状态，在国际上现已广泛应用于水利水电、铁路公路、市政交通等隧道工程中。施工企业，特别是国有大中型施工企业要在隧道施工市场立于不败之地，获取市场竞争中的技术优势、品牌优势和成本优势，那么科学运用TBM隧道掘进机加强质量控制势在必行。

一、超前地质探测技术

由于长隧道在施工前的地质勘查不可能做得十分详尽，因此常常在施工中出现一些不可预见的地质灾害，例如涌水、岩溶、瓦斯、断层、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等。因此，TBM在掘进过程中，必须有超前地质探测的保证。

超前地质预报为TBM掘进施工中隧洞地质监测的重要组成部分，它包括隧洞围岩描

述、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报及相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作，并及时提供超前地质预报成果资料。

超前地质预报工作主要是对围岩及水文地质条件进行监测、对不良地质体进行预报，及时获取现场第一手地质资料和仪器测试数据，是地质预报工作成败的关键，同时现场地质工作和仪器测试与隧洞TBM掘进施工相互干扰、又相辅相成。因此，进行超前地质预报的地质工程师要在充分了解前期地质工作的基础上，对隧洞的工程及水文地质条件进行认真的调查，时时跟进TBM施工，在TBM检修维护的空隙时间里及时的进行仪器测试，保证采集的资料、数据准确无误，并尽快提供分析成果，为围岩支护和不良地质体的超前处理提供依据。

二、正确选择合适的机型

TBM是专用性强的工程机械，正确选择TBM机型是TBM隧道施工顺利与否的关键。TBM选型主要考虑地质条件、隧洞埋深及断面尺寸，尤其是隧洞沿线的工程地质条件及水文地质条件是确定TBM机型最主要的因素。

（一）选型依据

（1）隧道设计参数（包括隧道的断面形状和几何尺寸、长度、埋深、坡度、曲线半径、隧道的座数和相互位置等）；（2）隧道沿线的地质资料；（3）隧道的地理位置环境因素；（4）隧道施工进度。

（二）选型方法

1、由隧道洞线走向选择TBM

（1）竖井

隧道轴线垂直于地面，应选择竖井TBM。

（2）斜井

隧道轴线倾斜于地面则应选择斜井TBM。

（3）平洞

隧道轴线与地面交角小于3%，就可以选择平洞TBM。

2、由隧道的地质条件选择TBM

TBM可分为开敞式、单护盾式、双护盾式和扩孔式。

（1）开敞式TBM，是利用支撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及扭矩的全断面岩石掘进机。他适应于岩石整体性较好的隧道。在隧道岩石不但能自稳，而且岩石强度能承受水平支撑的巨大支撑力，还能承受掘进机头部接地比压而不下沉的地质条件下，能充分发挥其快速掘进的效能。但是，由于任何隧道的地质状况、围岩性质都存在不一致性，因此开敞式TBM除具备进行硬岩掘进的性能外，还应该具备在不借助其他手段和措施的条件下，具有通过软弱围岩、断层等不良地质的能力，独立完成隧道的掘进。这种能力表现在TBM根据岩性不同选择配置支护设备上,包括锚杆机、混凝土喷射机、钢拱架安装机、超前钻机、管棚钻机等。

（2）护盾式TBM

单护盾TBM。适应于软岩地层以及自稳时间相对较短、地质条件较差地层。双护盾TBM，双护盾TBM综合了敞开式TBM与单护盾TBM的特点，既有撑靴又有护盾，使TBM对不同地质条件的适应能力大大增加。遇软岩不能承受撑靴的压力时，由盾尾辅助推进油缸支撑在已经拼装好的管片上推进刀盘破岩前进；遇硬岩时，则靠撑靴撑紧洞壁，由主推进油缸推进刀盘破岩前进。双护盾TBM可使开挖、衬砌同步进行[1]。

（3）复合式TBM

复合式TBM 是以传统硬岩掘进机(TBM)为基础吸取了土压平衡盾构和泥水平衡盾构的原理及优点后产生的一种掘进机。为适应复杂多变的地质情况复合式TBM 具有灵活多样的作业模式。通常情况下的作业模式有：敞开式、半敞开式及土压平衡式。比较常用的有敞开式和土压平衡式 ，可根据开挖地层条件进行两种模式的相互转换。敞开模式主要应用于微风化的岩层或稳定性很强的硬土地层，开挖面不需要支撑， 有充分的稳定性。复合式TBM 在这种地层中掘进类似于硬岩掘进机,刀盘需配备大量的滚刀，这种模式也是重庆地区采用的主要掘进模式；土压平衡模式适用于土体软弱地下水丰富且压力较大的地层。土舱内需要充满一定压力的土体才能保证开挖面的稳定。此时与一般土压平衡盾构的工作状况相似，主要应用于进出洞段的强风化岩层与地表填土地段复合式[2]。根据具体地质情况配置适合 实际地层条件的刀盘，使滚压破岩、切削破岩可单独或混合使用，滚刀和齿刀可互换或混装。多数情况下刀盘上以滚刀为主，以保证能够顺利破岩掘进。

3、由隧道转弯半径选择

单T型支撑转弯半径小，一般可控制在大于400m；双X型支撑转弯半径大，一般可

控制在大于700m；护盾式掘进机转弯半径大，一般大于1000m。

三、涌水处理技术

掘进地段已经出现突发涌水，会对TBM掘进施工产生严重影响，甚至会危及人员及财产安全。因而，处理涌水问题坚持的原则为：预测先行，预防为主；防微札渐，确保安全。

1、富水软弱破碎带地质隧道施工，关键是对地下水的治理。当地下水系不连通和地下水系与地表水系不连通时，首先考虑地质超前勘探，结合近期施工出水规律，预测前方可能的出水情况和严重程度，利用超前钻机超前钻孔，利用钻孔排水。当地下水系连通．排水困难时．采用洞内深孔注浆止水并加固围岩。

2、利用TBM主机下方挡水坝、大排量水泵和后配套大口径排水管，把急剧增长的涌水，及时通过管道抽排到后配套以外区域；

3、洞内积水较深，机车应及时改造，四周包裹放水板和封闭结构，防止水淹。利用机头架后的现成开口和宽敞通道，及时开放液压闸门，尽快排放大流量涌水。

4、减小刀盘转速，利用接渣斗百叶窗的特殊设计，迅速滤水和泄水，防止水击冲走大量积渣，及时清除皮带机周边积渣。

5、充分利用主机上方的有限空间，在高压出水口，巧妙操作机械手，及时安装钢瓦片，快速封堵出水口。必要时形成环形整体连接，有效抵抗大涌水冲击。

6、及时遮护TBM相关电气设备，密封所有可能的进水缝隙，尤其是主机前部的主电

机和配电柜，不允许水冲击和渗入。经常性检查电气绝缘程度，查看高压电缆的破损情况，防止漏电伤人事故。抬高TBM沿途所有承包商自备的焊机、水泵、切割线锯等用电设备，防止进水。利用吊链将其吊起悬挂，专人盯守，随时跟踪，随水位抬高相应处理。

结束语

今后我国大型隧洞的施工将越来越多，TBM机的运用越来越广泛。TBM的施工方法在我国是最近几年运用比较广泛，TBM的施工地质方法有别于钻爆法，但TBM的施工地质方法还没有成熟的规范，因此，TBM施工地质工作方法的研究将很有必要。

参考文献

[1]魏文杰.中天山隧道TBM施工关键技术应用[J].建筑机械化, 2014年3期.

[2]李建华,吕瑞虎,李文俊.TBM(盾构)技术应用现状及几个主要技术关键的探讨[C].2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会,2012