陳崗　葉珠東

摘要：TBM技術（全斷面隧洞掘進技術）主要是利用機械壓力對巖石土地進行切削、破碎，是高度機械化和自動化的大型地下隧道開挖設備，其技術復雜，具有高效、快速、優(yōu)質、安全等優(yōu)點。TBM技術是一項新型的隧洞施工技術，其主要以TBM為核心設備，以大型現(xiàn)代化裝載運輸機械為輔助設備，采用全斷面掘進機法施工，掘進、出渣、襯砌、灌漿等工序一次完成，全斷面一次成型，施工進度快，安全性好，通風要求低，襯砌支護工程量少。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，TBM掘進技術已相當成熟。

關鍵詞：TBM技術；施工；技術

TBM選型是隧道成功貫通的前提，選型得當可以減少設備故障的發(fā)生，獲得較高的掘進速度，縮短工期，降低施工成本。相反，不恰當?shù)倪x型會增加設備故障率，延誤工期，增加施工成本，甚至無法繼續(xù)掘進。隧道施工關鍵技術是進行隧道施工的根本，主要包括TBM施工組織管理、TBM在不良地質地段的施工技術、TBM刀具技術、TBM掘進方向測量控制技術、TBM通風技術、TBM施工供電和通信技術、TBM出渣與物料運輸技術等，各個技術環(huán)環(huán)相扣，緊密連接，任何技術出現(xiàn)差錯都會使施工無法進行。

1TBM的主要特點

TBM對地質條件要求較高，傳統(tǒng)鉆爆法對具有很強的靈活性，對施工地理沒有要求，鉆爆法主要的問題是安全性，但TBM對地質條件同樣要求較高，對不利于工程施工的地質條件，如高地應力，巖爆，高壓力水頭及大流量涌水下的地質條件，TBM不能完全適應，另外，TBM是幾套系統(tǒng)的集合，屬于知識密集型產(chǎn)品，對操作工人的知識程度要求就比較高，也由于TBM復雜的系統(tǒng)集合，任何一臺TBM設備出現(xiàn)問題，都會拖延整個施工進度，其維修，保養(yǎng)，操作對人員的要求高，TBM對地理位置也有要求，后勤的保障就是一個問題，TBM施工，短距離隧道不經(jīng)濟，并且TBM設備龐大，移動不便，一旦出現(xiàn)問題，維修，改進都很不方便。

2TBM的選型

2.1敞開式TBM特點

（1）敞開式TBM是為隧道（洞）地質條件好、地層穩(wěn)定、巖質堅硬而設計的開敞式掘進設備，具有設備堅固、掘進速度快、隧洞成本購成低和TBM售價較低的特點；

（2）此類TBM的刀盤結構堅固，面板上幾乎沒有開口，只是在刀盤周邊設置幾個鏟斗裝碴，從刀盤面板背后的中心開口卸碴至膠帶輸送機上；

（3）由于掌子面地層穩(wěn)定，主要由刀盤上安裝且具有擠壓破碎硬巖的盤（碟）型滾刀破巖，開敞式掘進；

（4）該TBM由x形撐靴撐往已掘進后的洞壁（接地壓力大于3MPa）上，以提供刀盤掘進時足夠的破巖推力的支撐反力，同時，x形支撐穩(wěn)定主梁以保持著TBM的掘進方向；

（5）此類TBM配備有錨桿一掛鋼筋網(wǎng)、鋼拱架（或鋼格珊）、初噴和重復噴射砼等設備，對隧洞開挖表面進行初期支護，一般待隧洞全部貫通后，再進行隧洞整體模筑襯砌，不采用昂貴的管片襯砌；

（6）硬巖TBM沒有全圓的鋼制盾殼保護，只在刀盤部位設置有分塊式（頂護盾、側護盾和前下支撐）的伸縮護盾，以穩(wěn)定刀盤沿著指定的方向掘進；

2.2雙護盾TBM的特點

（1）雙護盾TBM的主機安裝在前后兩個鋼殼護盾中，兩護盾之間鉸接連接；

（2）雙護盾掘進機是為隧道（洞）地質條件較好、地層較穩(wěn)定、巖質較軟而專門設計的巖石掘進機；

（3）由于掌子面地層較穩(wěn)定，主要由刀盤上安裝且具有擠壓破碎巖石的盤（碟）型滾刀破巖，開敞式掘進；

（4）雙護盾掘進機一般采用鋼筋砼管片襯砌隧洞，管片之間采用橡膠帶止水，向管片背面間隙空間充填（小粒石）和注漿密實，固定管片，使隧洞穩(wěn)定；

（5）雙護盾TBM可用撐靴緊撐掘進后的洞壁，以提供刀盤掘進時足夠的破巖推力的支撐反力，當在軟巖或土層中掘進，撐靴緊撐掘進后的洞壁不足以提供掘進推力所需支撐力時，則撐靴收回且靴板面與盾殼弧面齊平，此時，由盾殼內周邊的推力油缸撐頂在盾尾內已拼裝好的管片端面上，提供刀盤所需的掘進破巖推力；

3TBM施工關鍵技術

3.1通風技術

1、洞外至TBM之間的通風

洞口風機采用三臺Howden-Buffalo公司生產(chǎn)的150XN Axial型風機串聯(lián)安裝，以增大風壓，最大壓風量1800-3600m3/min，最大風壓7453Pa。風機機架采用焊接方式，風機基礎應滿足重量為風機總重的2倍或風機轉動部分4倍的要求。為保證壓入洞內的空氣新鮮，防止洞內排出的污濁空氣被再次壓入洞內，應把風機架設在距洞口約50m處。洞外部分風管采用硬質鐵皮風管，架設于帶有斜撐的門式支架上，以抵抗風力的影響，支架間距為10-13m。洞內部分使用100m/節(jié)的Φ2200mm軟風管隨掘進距離的增大而逐段延伸，懸掛于錨桿；各節(jié)之間用專用卡匝鎖緊，保證整體密封。在掘進長度為0-4km時，啟動一臺風機，4-6.5km時啟動兩臺風機串聯(lián)供風，6.5-9.2km時啟動三臺風機串聯(lián)供風。

2、風管儲存系統(tǒng)

在TB880E型隧道掘進機尾部18#拖車上有一軟風管儲存系統(tǒng)，其內整齊疊存100m長Φ2200mm軟風管，隨著TBM掘進、后配套跟進逐漸被拉出，由于儲存筒錐形端蓋處有導向橡膠，存在一定的預緊力，風管被拉出后一直處于張緊狀態(tài)。儲存筒有兩套，當TBM上儲存的軟風管即將全部被拉出時，洞外將裝好100m軟風管的儲存筒運到TBM后配套尾部18#拖車處，用一套專用的起吊設備方便而快速地進行更換，以保證在很短時間內有新風進洞。

3、BM上的通風及空冷設施

由洞外風機輸送的新風到達TBM后配套17#拖車時，經(jīng)接力風機增壓后，沿布置于后配套及連接橋左側的圓形及異形鐵皮風筒（后配套2#拖車的風筒布置于中間）繼續(xù)向前輸送，至4#拖車經(jīng)冷卻風機和空調機組降溫后送至TBM主機與連接橋交匯處（離刀盤工作掌子面約25m），此處要求向前供風風速v≥0.164m/s，向后風速v≥0.164m/s。

3.2高溫有害氣體下TBM的施工技術

我國地質狀況復雜，地底伴生地質環(huán)境多，這樣復雜的地質環(huán)境，在地底長期巨大的壓力作用下，煤氣，沼氣以及其他對TBM施工有害的高溫氣體，對TBM的施工帶來了危險。有害氣體威脅人員的生命安全，粉塵，氣體對設備的損害也很嚴重，設備出現(xiàn)的故障率也隨之提高，這些有害物質溶于水，也有可能污染水質。在這種環(huán)境下的施工技術是：做好前期的地質勘探，分析工作區(qū)煤層的分布、濃度、巖體的完整性等等，如有必要提前注漿，預防工作面斷裂，塌陷以及有害氣體的泄露；施工時保持洞內工作環(huán)境通風暢通，及時疏散有害氣體，防止瓦斯泄漏，并對有害氣體空氣濃度實時監(jiān)測，在工作時，也要對水質情況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，如有必要停止作業(yè)。

TBM在水電站的建設中發(fā)揮了越來越多的作用，隨著科學技術的以及TBM施工技術的發(fā)展，TBM在水電建設上的應用還將更加廣泛，水電站TBM的選型和相關的施工技術，是TBM施工是否能達到施工要求的重要因素，在制定TBM施工方案時，根據(jù)不同的地質條件，合理選型，合理利用TBM施工技術，對水電站的建設是很有利的。