摘要：全断面隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中应用迅猛增长。本文根据作者多年施工经验，对隧道进口段TBM掘进法施工技术这一课题进行了详细的阐述，供大家学习和借鉴。
关键词：隧道进口段;TBM掘进法;施工技术
1、引言
中国一般习惯将硬岩隧道掘进机称为TBM，将软地层掘进机称为盾构机。在岩石中开挖隧道的TBM：通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。在松软地层中掘进隧道的TBM（国内通常称为盾构机）：通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。
对于全断面隧道掘进机，目前在国内有两种提法，其一是岩石掘进机（TBM），其二是盾构机。TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。当然，盾构机目前也有安装硬岩TBM滚刀的复合盾构。而硬岩TBM又可分为敞开式TBM、双护盾式TBM、单护盾式TBM。硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达150m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。而软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。
目前，世界上生产硬岩掘进机TBM的厂家主要有美国罗宾斯ROBBINS，德国海瑞克HERRENKNECHT，德国WIRTH（2013年中国中铁工程装备集团有限公司收购该公司TBM知识产权），法国法码通NFM（现属中国北方重工NHI）。
2、TBM掘进法施工
掘进机法是挖掘隧道、巷道及其它地下空间的一种方法。简称TBM(tunnel boring manchine）法，是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出。分为：全断面掘进机的开挖施工，独臂钻的开挖施工，天井钻的开挖施工，带盾构的TBM掘进法。
掘进机是全断面开挖隧洞的专用设备(见彩图)。它利用大直径转动刀盘上的刀具对岩石的挤压、滚切作用来破碎岩石。美国罗宾斯公司在1952年开始生产第一台掘进机。70年代以后，掘进机有了较快的发展。开挖直径范围为1.8～11.5m。在中硬岩中,用掘进机开挖80～100m3大断面隧洞，平均掘进速度为每月350～400m。美国芝加哥卫生管理区隧洞和蓄水库工程，在石灰岩中开挖直径9.8m的隧洞，最高月进尺可达750m。美国奥索引水隧洞直径3.09m,在页岩中开挖，最高月进尺达2088m。隧洞掘进机开挖比钻爆法掘进速度快，用工少，施工安全，开挖面平整，造价低，但机体庞大，运输不便，只能适用于长洞的开挖，并且本机直径不能调整，对地质条件及岩性变化的适应性差，使用有局限性。
3、隧道进口段TBM施工方法的优缺点分析
3.1 TBM施工方法的缺点
开挖作业能连续进行．因此，施工速度快，工期得以缩短，特别是在稳定的围岩中长距离施工时，此特征尤其明显。没有像爆破那样大的冲击，对围岩的损伤小，几乎不产生松弛、掉块，崩塌的危险小，可减轻支护的工作量。 振动、噪声小，对周围的居民和结构物的影响小。 因机械化施工，安全，作业人员少。近期的tbm可在防护棚内进行刀具的更换，密闭式操纵室、高性能的集尘机等技术采用，使安全性和作业环境有了较大的改善。
3.2 TBM施工方法的缺点
费和运输、组装、解体等的费用高，初期投资高，不用于短隧道。施工途中不易改变开挖直径和形状。地质的适应性受到一定限制。对软弱围岩，还存在不少问题；对硬岩，强度超过200MPa后，刀具成本急剧增大，开挖速度也降低。
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4、隧道进口段TBM掘进法施工技术
4.1隧道掘进机开挖开挖原则
开挖方式采用台阶法开挖，运输采用无轨运输，及时封闭开挖面施做初期支护，做好隧道监控量测，以监测结果及时调整支护参数和防水、衬砌施做时间。洞口进洞浅埋和全隧断层破碎地带穿越遵循“短进尺、弱爆破（虽采用掘进机开挖，局部仍不可避免会使用爆破方式）、强支护、早封闭、勤量测、衬砌紧跟”的原则。
4.2洞口段开挖
隧道洞口选择遵循“早进晚出”的原则，尽可能采用“无仰坡”开挖技术进洞，禁止人为“大挖大刷”现象，如发现洞口设计里程与以上原则不符，应及时通知设计进行变更，以保证进洞安全。隧道进洞后根据进度安排其它开挖、建筑、附属工程施工，但应及时施工洞口明洞段和洞门端墙。
洞口采用分层开挖，施工机械以大功率挖掘机为主，洞口场地以装载机辅以推土机整平压实，遇坚硬石质地层钻眼爆破，采用自卸车弃往制定弃土场或填方地段。隧道洞口围岩均为块碎石松散地带，为保证洞口围岩稳定，采用台阶分步法开挖，第一步将土石方开挖至开挖线形状，保留核心土，以便在核心土台上施作超前支护大管棚；第二步在超前支护完成后，挖除核心土，进行正洞开挖。先墙后拱衬砌，先修好洞门，及时施水层。该段施工避开雨季并遵循“短进尺，弱爆破，快封闭，强支撑”的施工原则。
4.3洞口段施工
根据隧道进口实际地址情况，围岩类型差，边、仰坡顶覆盖层厚。为保证施工的安全性和可靠性，在边，仰坡施工完工后，应首先进行明洞的施工，待洞门工程 结束回填后，再进行洞口段开挖。隧道出口围岩相对较好。可视实际施工情况，决定明洞施工顺序。
4.4边仰坡施工
进洞前，首先完成洞顶排水沟、洞外截水沟，以便预计引离地表水。然后，自上而下进行边仰坡开挖，严禁掏底取土或使用大量爆破，施工中尽量减少对原岩层的扰动，最后，按设计坡度对边仰坡一次修整到位，并分层进行边坡防护，以防岩土风化，雨水渗透而坍塌。
隧道洞口边，仰坡采用锚喷防护，坡面修整好后按设计要求成孔，成孔后及时将锚杆送入孔中。使用水泥砂浆注浆，水泥砂浆强度不低于20Mpa，其配合比要符合设计要求。注浆时先高速低压从孔底注浆，当水泥砂浆从孔口溢出后，再低速高压从孔口注浆，注浆压力为0.4Mpa。为增加浆液的和易性和水泥砂浆的早期强度，在浆液中掺入适量的减水剂和早强剂。
编钢筋网时，依托锚杆头挂焊Φ6钢筋网，逐点焊牢，同时边敲击筋条贴合岩面凹凸起伏（间距不大于3cm），保持平顺，特别凹陷处应增加挂网锚杆固定。喷射小石子砼前对岩面应先喷水湿润，以免砼层成壳脱落，在网片生锈前及时从上向下喷射。喷射小石子砼的配合比、外加剂掺量、气压、水量、喷距、每次喷厚、层次等应经现场工艺试验确定。
4.5超前大管棚
4.5.1施工顺序。施作砼套拱→钻机就位→钻孔→扫孔→插入钢管→孔口密封处理→喷砼封闭→管棚钢管注浆→开挖及支护→进入开挖支护循环
4.5.2砼套拱。按设计要求进行砼套拱施工，套拱内设工字钢拱架，并安装孔口导向管，工字钢与导向管焊成整体。
4.5.3钻孔。采用地质钻机从导向管钻进，并顶进长管棚钢管，开孔时低速低压。钻机纵轴方向准确定位，保证孔向正确，每钻完一孔即顶进一根钢管，注一孔浆。
4.5.4管棚插入。钢管节采用丝扣连接，为确保同一横断面内接头数量不超过50%，
5、结束语
随着隧道建设发展,TBM掘进法在隧道施工中的应用日益广泛，TBM掘进法施工技术显得更加重要。
参考文献：
[1]西秦岭隧道TBM掘进同步衬砌技术[J].徐双永,苏睿. 现代隧道技术.2011(02)
[2]兰渝铁路西秦岭隧道TBM步进技术[J].陈大军.隧道建设. 2010(02)
[3]二次衬砌、辅助洞室开挖与TBM掘进三同步施工技术[J]. 崔艳.建设机械技术与管理.2010(02)
[4]中天山隧道TBM法掘进同步衬砌施工技术[J].魏文杰. 隧道建设.2009(01)
论文作者:李鲁,肖晋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：隧道论文; 洞口论文; 围岩论文; 掘进机论文; 盾构论文; 隧洞论文; 进尺论文; 《基层建设》2019年第8期论文;