超長隧洞TBM掘進的風險與控制

吳根生 王玉芳 王群

【摘 要】深埋超長隧洞工程與其他工程項目相比，由于具有隱蔽性、復雜性和不確定性等突出特點，工程多采用TBM施工技術進行掘進施工。每個隧道工程都有本身的特征，文章結合遼寧大伙房水庫輸水工程和遼寧省東水西調工程TBM在實施過程中遇到的主要風險進行分析，提出長隧洞TBM施工風險控制對策與建議，為我國深埋超長隧洞TBM施工提供可借鑒的寶貴建議。

【關鍵詞】超長隧洞 TBM 掘進 風險與控制 施工

1 引言

自上世紀90年代初TBM施工技術引入我國甘肅引大入秦工程，特別是遼寧大伙房水庫輸水工程成功應用后，TBM在我國的鐵路、水利行業應用越來越普遍。由于有些工程所處位置的地理、地貌、環境保護等的特殊性，隧洞獨頭掘進的長度達到25km。

2 TBM掘進技術特點

深埋超長隧洞工程與其他工程項目相比，由于具有隱蔽性、復雜性和不確定性等突出特點，僅僅從有資質和業績的TBM制造商那里訂購一臺特別選型的TBM還遠遠不夠，發揮TBM掘進技術特點還需要施工單位的努力，每個隧道工程都有本身的特性，而且每個施工單位都有自己的傳統和觀點。因此，在工程建設中，TBM設備、施工隊伍和施工人員操作技術水平等對工程的建設有直接影響。

3 TBM掘進的影響因素

由于TBM施工技術方案與工藝流程復雜，且不同TBM選型其工法又有不同的適用條件，貿然采取某種方案、技術和設備勢必會產生風險。同時，整個工程的建設周期長、施工環境條件差，這些對施工單位人員都很容易產生不良影響，導致出現各種意外風險事故。如果施工控制措施不完善，可操作性差，組織機構人員不落實，施工控制信息不暢通，有效控制方法落后，管理人員素質差，組織不力等，勢必將給工程帶來巨大風險。施工過程中必須重視地質觀測的重要性，在詳細的預防性地質調查與預報的基礎上，充分考慮地質條件對TBM的影響對TBM運行起到積極意義。TBM通過合理設計和使用，可以規避不良地質狀況所帶來的重大風險。

4 TBM掘進的風險與控制對策

（1）強化設備維修保養，每日至少保證強制停機保養4小時；加強對各部位的監測；尤其是主軸承（減速箱、主電機）這些關乎TBM設備的重要部件，嚴密監測潤滑系統流量，潤滑脂脈沖次數以及迷宮密封處油脂擠出情況，經常性地觀測軸承齒圈的磨損情況和振動水平，利用換刀空隙，及時測量主軸承的軸向間隙，同時通過油液磨損分析和理化指標分析，了解軸承磨損動態。杜絕主軸承嚴重污染和密封過早損壞事故。主軸承使用壽命不低于20000小時，在一個大型工程同時有多臺TBM施工時，設備制造商應在國內備用一個主軸承。掘進過程如需更換主軸承，則采用開挖旁通洞或開挖主軸承存儲間的辦法，進行更換主軸承。

（2）安排好每日正常維修保養的作業內容，盡量把需停機排除的故障安排到維修保養或者皮帶硫化停機時間內一并排除，分解和化解維修保養壓力和設備風險。壓縮換刀、調刀時間，換刀、調刀盡量安排在維修保養時間內進行。在必須停機更換調整刀具時，要合理安排刀間差，爭取做到每日有計劃地小批量換刀。

（3）每7km或8km設置一個錯車道岔，保證材料供應及時，提前安排好施工支護作業的物資運輸，最大限度減少支護作業時間。安排好運輸、卸碴和巡查作業、保證隧道內風、水、電、軌道、皮帶等各條運輸線暢通無阻，減少停機等待情況的發生。

（4）合理選擇TBM掘進參數，減少斷面內局部坍塌，司機密切關注皮帶巖渣，盡量使開挖下來的巖塊塊度適中，及時作相應調整；在掘進過程中認真對設備參數進行監控，及時發現故障和故障部位，立即處理，恢復設備性能。

（5）選用耐磨刀具，刀圈受圍巖落石沖擊造成刀圈損毀、刀圈磨損消耗大、刀體軸承容易漏油、軸承變形；刀具維修時加強查刀密度和舊刀保養。盤刀刃腳形狀要適合所開挖的圍巖，盤刀淬火技術要滿足圍巖強度特性；嚴密跟蹤滾刀質量。合理選擇掘進參數是減少刀具消耗的有效措施之一，不同的圍巖要選擇不同的推進力及推進速度，要使刀具處在最佳工作狀態，不欠載、不過載、且整盤刀具的負載均勻，使刀具整體受力合理。刀盤要有足夠的剛度，針對刀盤耐磨與開裂問題，一般采用特殊耐磨材料板（如hardX400），及時檢查刀盤耐磨條和耐磨板的磨損情況，磨損嚴重或開焊要及時進行更換和補焊。

（6）目前超前地質預報方法很多，應結合工程施工特點，選擇適宜的綜合超前預報系統，采用洞內探測與洞外地質勘探資料相結合，物探與鉆探相結合，開展多層次、多手段的綜合地質超前預報系統，相互印證，提高準確性，并貫穿整個施工過程。

（7）努力提高管理水平，整體把握施工方案、施工組織、運輸協調、后勤保障等，工程施工以土建人員為主；而設備管理維修、操作技術、狀態監測、預報停機、油質檢測和配件采購等應以電氣、液壓和機械人員為主，滿足施工作業班組倒班需要，圍繞共同的掘進目標，主動承擔份內工作不推諉。TBM是集電氣、液壓、機械于一體的現代化設備，任何微小故障都會造成設備停機施工停產，采用現代化的管理手段把設備管理好、采用現代化手段跟蹤監測，能準確地找出故障原因。對各工序施工、技術要求都要實行標準化，安全靠制度，施工按程序，維修按規程。大幅提高施工人員的管理水平和技術素質，強化崗位責任制，改變過去隧道施工的粗放式管理。

5 結語

終上所述，由于TBM施工技術方案與工藝流程復雜，且不同工法又有不同的適用條件，貿然采取某種方案、技術和設備勢必會產生風險，深埋超長隧洞工程采用TBM進行掘進施工要根據實地情況采取相應的策略，防范風險，抓好控制，確保工程順利實施。

參考文獻：

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