不良地質(zhì)地段的TBM施工技術(shù)探討

郭忠

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司　重慶　沙坪壩　400037）

不良地質(zhì)地段的TBM施工技術(shù)探討

郭忠

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司重慶沙坪壩400037）

本文主要介紹關(guān)于TBM技術(shù)在不良地質(zhì)以及地段的應(yīng)用，首先對(duì)TBM技術(shù)通過(guò)不良地質(zhì)和地段的主要輔助設(shè)備，包括超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以及預(yù)測(cè)和超前的處理措施，接著對(duì)安全通過(guò)不良地段以及地質(zhì)的主要的步驟進(jìn)行詳細(xì)的介紹，最后介紹了一下不良地質(zhì)對(duì)TBM技術(shù)的影響，并對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。

TBM施工技術(shù)；不良地質(zhì)地段

1　引言

TBM的中文全名就是隧道掘進(jìn)機(jī)，它的功能性很強(qiáng)，具有高效、安全等優(yōu)越的性能，所以它的應(yīng)用比較廣泛在我們當(dāng)今的隧道工程中，隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)引大入秦30A隧道對(duì)掘進(jìn)機(jī)的成功使用以及其比較高產(chǎn)的紀(jì)錄，人們對(duì)使用TBM的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步的加深，發(fā)現(xiàn)了TBM對(duì)施工長(zhǎng)大隧道的好處，例如其經(jīng)濟(jì)性和可行性都很好。在我們的引大入秦和引黃入晉的水利隧道工程對(duì)TBM成功采用后，我國(guó)的鐵路部門也把這項(xiàng)技術(shù)用在了隧道工程中，并且也取得不錯(cuò)的成績(jī)。TBM在施工時(shí)具有協(xié)調(diào)和連續(xù)性以及做工密集性的特點(diǎn)。它在切巖石的時(shí)候?qū)鷰r的擾動(dòng)以及破壞要比鉆爆法小很多，但是，它也存在著比較明顯的缺點(diǎn)，例如它在初期支護(hù)上的能力就不如鉆爆法做的及時(shí)；另外它的設(shè)備比較大，把隧道大部分的空間都給占據(jù)了，導(dǎo)致在支護(hù)以后就無(wú)法進(jìn)行后退；并且它的初期支護(hù)設(shè)備的位置一旦固定好就不能隨意的變動(dòng)，在一點(diǎn)行上它沒(méi)有鉆爆法機(jī)動(dòng)靈活。正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，其對(duì)坍塌、巖爆、軟弱地層以及涌水和膨脹巖這些不良地質(zhì)情況的適應(yīng)性比較的差。有時(shí)候不良地質(zhì)甚至?xí)?duì)TBM的施工產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，有時(shí)候會(huì)導(dǎo)致TBM掘進(jìn)作業(yè)的利用率降低，甚至嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)TBM損壞、人員傷亡以及難以順利通過(guò)的許多十分嚴(yán)重的情況，所以，我們?cè)趯?shí)際的操作中一定要及時(shí)的采取有效的措施來(lái)確保我們工作的順利的進(jìn)行。

2　安全通過(guò)不良地質(zhì)地段的主要輔助設(shè)備

要想順利的通過(guò)不良地質(zhì)，一些必要的輔助設(shè)備是必不可少的，并且我們還要對(duì)其合理的應(yīng)用，因?yàn)檫@些都為我們快速以及安全的通過(guò)不良地質(zhì)和地段起到非常重要的作用。目前，在我國(guó)主要的設(shè)備有超前鉆機(jī)、錨桿機(jī)、環(huán)梁安裝器以及混凝土噴射系統(tǒng)等一些比較重要的輔助設(shè)備。在實(shí)際的生產(chǎn)中這類的設(shè)備我們一般把它們安裝在掘進(jìn)機(jī)的頭部，這樣我們可以在掘進(jìn)過(guò)程中及時(shí)的應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)，有利于降低我們的損失。

2.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)

地質(zhì)勘探在一定程度上存在著比較大的局限性，并且在實(shí)際的操作中掘進(jìn)機(jī)在隧洞掘進(jìn)中會(huì)遇到一些地質(zhì)圖上沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)的不良情況。所以我們?yōu)榱诉M(jìn)一步探明掘進(jìn)機(jī)前方不良地質(zhì)的確切情況，更要積極的開(kāi)展施工地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)工作，這樣我們可以更加詳細(xì)的掌握圍巖的具體的情況，也方便我們及時(shí)的采取有效合理的措施。我們比較常用的方法就是，利用TBM上配備的超前鉆機(jī)，和超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)以及平導(dǎo)地質(zhì)情況來(lái)推斷，并且我們還可以利用出露的巖石和出碴的情況甚至在掘進(jìn)時(shí)的異常情況我們也可以用來(lái)作為我們進(jìn)行判斷的依據(jù)。只有預(yù)測(cè)的方法選擇正確，我們的勘測(cè)工作才能做好，才能為我們的后續(xù)工作做好準(zhǔn)備。

2.2超前處理措施

超前處理措施就是要求我們根據(jù)前方的地質(zhì)情況來(lái)進(jìn)行判斷地質(zhì)地段是否適合用TBM掘進(jìn)：如果適合，我們就繼續(xù)向前掘進(jìn)；如果不適合的話，我們就要對(duì)前方的這些不良地質(zhì)地段采取超前處理措施了。在實(shí)際的操作中主要有兩種方式：①利用TBM自身設(shè)備進(jìn)行超前處理；②利用其它開(kāi)挖方法進(jìn)行超前，兩種方式的結(jié)果是一樣的。另外我們也可以利用其它開(kāi)挖方法進(jìn)行超前處理，一般來(lái)說(shuō)對(duì)于比較大區(qū)域性的不良地質(zhì)地段，如果我們利用TBM自身設(shè)備進(jìn)行超前處理的話就可能不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)和快速或著很好地滿足工程的需要的目的，在這個(gè)時(shí)候，我們的選擇是采用其他的開(kāi)挖方法，例如鉆爆法，這種方式是我們?cè)谶@時(shí)的最佳的選擇，在這種方法作業(yè)完，我們的TBM再掘進(jìn)通過(guò)或直接步進(jìn)通過(guò)就可以了，這樣一來(lái)工作就可以很順利的進(jìn)行。

3　TBM安全通過(guò)不良地質(zhì)地段的主要施工步驟和輔助措施

在實(shí)際的操作中在通過(guò)不良地質(zhì)地段的時(shí)候，我們的操作步驟可以按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行，同時(shí)在施工的時(shí)候還要根據(jù)不良地質(zhì)的具體情況采取相應(yīng)的輔助措施來(lái)進(jìn)一步的確保安全的通過(guò)。

3.1掘進(jìn)前

在進(jìn)行掘進(jìn)之前，我們一般需要對(duì)工作人員進(jìn)行安全和技術(shù)方面的教育和培訓(xùn)，并且要進(jìn)一步的了解不良地質(zhì)地段可能會(huì)對(duì)TBM施工產(chǎn)生的一些不利的影響，及時(shí)的掌握一些相應(yīng)合理的處理措施，還要增強(qiáng)工作人員的安全防患意識(shí)。同時(shí)，我們也要把許多我們所需要的的材料以及設(shè)備都提前的準(zhǔn)備齊全，到需要的時(shí)候我們可以能夠及時(shí)的提供，這樣可以更好地保證我們工作的順利進(jìn)行。根據(jù)地質(zhì)勘探的資料來(lái)進(jìn)行超前的地質(zhì)預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)，提前的確定不良地質(zhì)地段的性質(zhì)、程度以及范圍等因素，還可以具體分析，根據(jù)不良地質(zhì)的具體情況采取相應(yīng)的處理措施。一般對(duì)于不良情況比較輕微的地段，有些情況對(duì)TBM不會(huì)造成什么影響，我們可以不進(jìn)行處理，直接進(jìn)行掘進(jìn)工作；在遇到一般的不良地段的時(shí)候，我們一般會(huì)采用先掘進(jìn)，然后再處理的辦法來(lái)進(jìn)行解決；單對(duì)于不良情況非常嚴(yán)重的地段，尤其是掘進(jìn)機(jī)根本無(wú)法進(jìn)行施工時(shí)，一定要及時(shí)的停止掘進(jìn)，先利用TBM自身設(shè)備或采用其它的開(kāi)挖方法進(jìn)行超前的處理，在處理后再用TBM掘進(jìn)通過(guò)或直接步進(jìn)通過(guò)。

圖1　TBM通過(guò)不良地質(zhì)地段時(shí)的施工步驟

3.2掘進(jìn)時(shí)

在挖掘的時(shí)候，一定要合理選擇和優(yōu)化TBM掘進(jìn)的參數(shù)，因?yàn)槲覀兊腡BM在不同的地質(zhì)條件下掘進(jìn)所需的推力、扭矩和推進(jìn)速度以及刀盤轉(zhuǎn)速都是不一樣的，這些掘進(jìn)參數(shù)都要具體分析。一般在TBM通過(guò)不良地質(zhì)地段的時(shí)候，我們一般可以根據(jù)不良地段的類型以及其不良程度來(lái)選擇適宜的掘進(jìn)參數(shù)來(lái)使TBM可以安全的通過(guò)。例如，在通過(guò)斷層破碎帶的時(shí)候，我們可以適當(dāng)?shù)臏p小TBM的掘進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速等相關(guān)的掘進(jìn)參數(shù)來(lái)減小對(duì)圍巖的撓動(dòng)和破壞，這樣可以在減小或避免坍方上產(chǎn)生很大的作用。

3.3掘進(jìn)后

在挖進(jìn)后，我們要根據(jù)不良地質(zhì)地段的性質(zhì)以及程度來(lái)進(jìn)行選取合適的支護(hù)形式的行動(dòng)，及時(shí)的對(duì)其加強(qiáng)支護(hù)。一般我們會(huì)采用的支護(hù)形式是比較多的，像噴混凝土、錨噴以及噴錨網(wǎng)加鋼拱架的聯(lián)合支護(hù)措施等，這樣我們可以確保挖進(jìn)后的穩(wěn)定性以及安全。

4　不良地質(zhì)對(duì)TBM的影響

在我國(guó)的隧洞區(qū)的巖層一般都比較的古老，它們所經(jīng)受的地質(zhì)構(gòu)造作用也比較多，所以其大小裂隙斷層發(fā)育比較多，巖體很破碎，形成的夾層就會(huì)比較的軟弱，在承受壓力上有很大的不足。另外，有的巖石比較容易變質(zhì)和變形，巖性比較的脆弱，在長(zhǎng)期的地質(zhì)構(gòu)造力作用下，比較容易的就會(huì)產(chǎn)生比較密集的裂隙，有時(shí)候還會(huì)有大量的巖渣露出輸送帶，散落的分布在前護(hù)盾以及后護(hù)盾之中，這就大大地增加了我們?nèi)斯で逶墓ぷ髁浚斐蒚BM長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)，我們的工作效率也會(huì)大大的降低。不良地質(zhì)的對(duì)TBM的影響是比較大的，它直接關(guān)系到TBM的工作能否順利進(jìn)行。

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，TBM的作用是十分的明顯的，它具有安全、快速以及節(jié)省成本的功能，所以在關(guān)于不良地質(zhì)地段的施工上起著減少投資和縮短工期以及保障安全上起著非常重要的作用，同時(shí)這也是TBM在施工中的關(guān)鍵技術(shù)以及其有困難的地方。當(dāng)然TBM的缺點(diǎn)也是有的，例如TBM對(duì)不良地質(zhì)地段的適應(yīng)能力一般是比較差的，但是這不是不可解決的，只要我們?cè)谶@個(gè)問(wèn)題上給以足夠的重視并認(rèn)真的做好相關(guān)的工作，我們的工作就能得以安全的通過(guò)。為了進(jìn)一步的保障施工的安全性，我們必須要有建立健全的安全保證體制，并且要作好對(duì)工作人員的安全和技術(shù)的培訓(xùn)工作，另外也不能忽視各種材料和設(shè)備的相關(guān)準(zhǔn)備工作，一定保證掘進(jìn)和支護(hù)工作快速以及高質(zhì)量的完成。

[1]劉健.秦嶺隧道掘進(jìn)機(jī)通過(guò)塌方地段的對(duì)策.世界隧道，2014（5）：34～ 37.

[2]樓伯良.掘進(jìn)機(jī)通過(guò)不良地質(zhì)地段的施工方法及應(yīng)變措施.華東水電技術(shù)，2014（04）：65～67.

[3]雷銘.線隧道進(jìn)口段TBM施工技術(shù)探討.秦嶺隧道TBM施工專題情報(bào)資料，2010（09）：23～56.

[4]張利生.引黃入晉南干線七號(hào)隧洞不良地質(zhì)段TBM施工探討[J].北京：中國(guó)電力出版社，2006（07）：56.

U455.49

A

1673-0038（2015）21-0078-02

2015-5-5

郭忠（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事土建施工技術(shù)管理工作。