中铁隧道股份有限公司 河南郑州 450000
摘要：TBM在隧道工程施工中，有施工速度快、对围岩扰动小、安全、高效及自动化、信息化程度高等特点，TBM在不同情况下施工会遇到不同的影响因素，但地质条件是影响TBM掘进的一个主要因素，本文结合我单位新疆YE供水二期输水工程喀双段V标项目TBM在施工中对限制TBM性能的较重要和常见的硬岩石掌子面坍塌地段TBM掘进机控制措施方面进行讨论并提出对策以供研讨。
关键词：TBM 掌子面 影响因素 对策
Control Measures of TBM Excavator in the Collapsed Section of Hard Rock Palm
Mengbo.
China Railway Tunnel Co., Ltd.. Henan Zhengzhou 450000
Abstract: TBM has the characteristics of fast construction speed, small disturbance to surrounding rocks, safety, high efficiency, automation, and informatization in tunnel construction. TBM has different influence factors in different circumstances. However, Geological conditions are a major factor affecting the TBM excavation. In this paper, the control measures of TBM digger which restricts the performance of TBM are discussed and put forward for discussion.
Key words: TBM palm-surface influencing factors countermeasures
TBM法施工是一种投资大、作业方式不灵活，但潜在施工速度快的隧道开挖方法。最大特点是广泛使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态。在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，此外，还有优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。
但地质条件是影响TBM掘进的一个主要因素，下面对限制TBM性能的较重要和常见的硬岩石掌子面坍塌地段TBM掘进机控制措施方面进行讨论并提出对策以供研讨。
一、可钻掘性极限及对策
如果TBM不能以充足的贯入速率贯入岩层掌子面和开挖刀具的磨损超过允许极限，则称这种岩层为不可钻掘的。表示TBM开挖岩层能力的主要指标是该TBM在最大推力作用下所能取得的刀盘旋转一周的贯入率。如果岩石较硬，加上贯入率较低，那么就会造成刀具更换频繁，这样除增加因更换刀具而占用的时间外，还会增加开挖成本。如果刀盘旋转一周的贯入率小于2～2．5mm，就可认为岩石的可钻掘性存在问题；如果贯入率大于3～4mm／周，那么TBM的开挖效率就较高。为了保持足够的贯入率，常常最大限度地向前推进刀盘。但如TBM任何一部分的设计与制造不能在最大推力作用下工作，将会引起异常振动，刀盘和撑靴结构将逐渐出现裂缝。由于在隧道内修理、更换刀盘不容易，因此这些事故对TBM?施工生产造成的损失是很严重的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同样，向前推进刀盘的推力如果过大，主轴承和向TBM刀盘传送动力的齿轮箱有可能受损，这样造成的后果更为严重。避免出现该问题主要在于TBM的设计制造过程中，要根据隧洞（道）的实际地质情况进行针对性的设计制造，应考虑在TBM增加一些辅助功能，以增加钻掘能力。同时TBM操作过程中也需对钻进情况进行有针对性调整，避免TBM长期超负荷运作。
二、开挖面不稳定情况及对策
如果开挖面的岩体破碎和风化严重，会导致开挖面发生重大不稳定现象，大的岩块和粉碎石块从开挖面塌落，并且这种不稳定现象会持续不断，直至达到新的平衡，造成大的超挖。这种情况也会影响到TBM?的正常工作。
在这种情况下，TBM掘进可能由于以下两项基本原因而受阻：①?由于塌落、积聚的石块作用于刀盘或卡住刀盘，造成刀盘不能旋转。②?因开挖面不稳定造成超挖严重，在TBM前方形成空洞，需要在空洞扩大并最终发展到不可控制之前停止TBM掘进，进行空洞处理。为了预防施工事故的发生，TBM设计时应使刀盘突出盾壳的长度尽可能短，从而使盾壳本身对隧道的支撑尽可能接近开挖面。另外，在这些影响TBM掘进的不利条件下，如果TBM在起动和开挖过程中能够产生较大的刀盘转矩及能够调整刀盘的转速，都将有助于TBM的正常掘进。
在对TBM进行了这些改进之后，虽然不能完全消除影响TBM正常掘进的因素，但可以把这些因素减至最低。此外，还可以采用以下措施：(1)对形成的空洞用树脂和泡沫进行注浆回填，以形成一种人造固体；钻孔和注浆通常是通过设在刀盘上的专用孔进行的，这些专用孔人可以接近，并且要有足够的内部尺寸。(2)开挖一条旁通隧道(最好在隧道顶部)，以便把被石块卡住的刀盘解脱出来，对开挖面进行稳定加固，还可以采用传统开挖方法开挖一段隧道，或采用注浆或管棚超前支护对围岩进行加固。通过设在盾构机上的专用孔进行钻孔和注浆，形成一个伞形保护区，对处理上述特殊施工事故大有帮助。但是，为了保证TBM其他部件的正常工作，设在盾构机上的专用孔间距较大，并且向掌子面分散，因而使地基处理不十分有效。
这种情况更为重要的是做好隧道超前地质预报，结合施工经验判别好围岩情况，遇有该不良地质情况对围岩进行超前预加固，即对围岩采用超前管棚注浆或导管注浆，加固刀盘前面围岩，提高围岩自稳能力。对围岩破碎区、坍塌区和渗水区，由于TBM施工时震动较大，造成围岩松动范围扩大，降低围岩稳定性，可采用局部增加迈式锚杆并注浆以加固围岩。
三、开挖洞壁不稳定情况及对策
开挖洞壁不稳定是影响硬岩TBM?正常掘进的因素之一。如果开挖洞壁不稳定发生在紧靠刀盘支撑之后的位置，那么就会造成安装支护及撑靴定位困难，出现撑靴发力不足、不均或撑靴沉陷，无法提供TBM掘进所需反力。或者由于围岩软弱，造成掘进机掘进时撑靴部位打滑，对围岩二次扰动，出现更大的坍塌。严重情况下，TBM的日进度可降至1～2m，甚至可降至零。
采取的措施是:当剥落较小时，用喷混凝土封闭并喷平，以便于掘进机撑靴通过；坍腔较深时，首先用手喷系统封闭围岩，然后用已经架立的钢拱架作为支撑，立模灌注混凝土，填平坍腔，可以避免坍腔继续向前方延伸，有效控制临空面的继续扩大而造成更大范围的坍塌，同时也可以保证掘进机的撑靴顺利通过而不挤压拱架。能否有效抵制开挖洞壁不稳定现象取决于以下措施：(1)对开挖洞壁采取稳定加固施工措施，在紧接刀盘支撑位置之后安设钢拱架、木撑板和喷混凝土。但是，在TBM的这一敏感区域采取上述支护措施(尤其是喷混凝土)需要很长时间，而且有可能损坏开挖设备。(2)采取钻孔、注浆或在TBM上方安设伞形拱架等措施，对开挖面前方的地层进行预处理。
TBM在隧道（洞）工程施工中，具有快速、安全、经济和质量高的特点，但是这样特点的实现是与地质状况密不可分的。而对地质状况的完全充分掌握是不可能的，因此，在TBM的工程施工中，遇到不良地质状况是必然的，通过对我们具体施工中遇到问题的总结，发现对这样地质采取的规律性处理措施，将对今后TBM的工程施工发挥一定指导作用。
参考文献:
[1]吴浩. 地铁工程双护盾TBM施工地层稳定性及支护结构受力机理研究[D].西南交通大学,2017.
[2]温森,杨圣奇,董正方,赵丽敏.深埋隧道TBM卡机机理及控制措施研究[J].岩土工程学报,2015,37(07):1271-1277.
论文作者:孟博
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/30
标签：围岩论文; 隧道论文; 不稳定论文; 措施论文; 地质论文; 注浆论文; 对策论文; 《防护工程》2019年12期论文;