双护盾TBM施工关键技术

双护盾TBM施工关键技术

马帅

江苏中车城市发展有限公司  江苏省无锡市  214000

摘要：目前，采用TBM（隧道掘进机）进行岩石地层中对于隧道的施工，已经得到了广泛的应用，如铁路隧道中建设、公路隧道中建设、引水隧洞中建设，尤其是已经成为长大隧道建设中首要的选择技术。起初在城市隧道建设中使用TBM技术较少，但是在深圳地铁开发中运用了TBM双护盾施工技术且取得了成功。

关键词：双护盾；TBM；施工；关键技术

1双护盾TBM水工隧洞施工重点与难点

1.1施工布置与运输存在难度

水工隧洞施工要求TBM设备与物料都要从明挖段的基坑进入，但由于基坑内场地空间较小，所以需要进行合理协调布置，确保TBM设备能够顺利完成掘进施工。并且，TBM设备还要从明挖段基坑组装角度出发，在现场组装期间，必须要合理安排TBM与配套设施的进场顺序，了解通风系统、轨道系统和主机等系统安装程序。在此基础上，轨道运输也需要完成合理布置，对道岔和配置编组合理的列车。所以优化洞内外统筹布置和施工运输直接关系着TBM在水工隧洞后期高效施工中的作用，也是需要重点考虑的问题之一。

1.2穿越断层破碎带等不良地质洞段时存在安全风险

隧洞开挖会面对较为复杂的工程地质，甚至会存在多条较大的断层破碎带，这些断层胶结差、较破碎，多数沿冲沟发育，大部分两端连接有山塘水库，是良好的导水及储水体，这些断层、软弱破碎洞段可能造成塌方、刀盘及护盾被卡被埋等风险。若软弱破碎围岩同时出现涌水，TBM存在沉陷被困、TBM被淹的风险，人们需要进行超前处理。这些不良地质洞段都是影响TBM施工进度和施工安全的关键技术问题。

1.3TBM设备零部件与参数优化匹配

在水工隧洞掘进施工中，必然会遇到坚硬且严实硬度较高的围岩地质。如果遇到这样的施工状况，TBM设备刀具的磨损和换刀时间明显增加，主轴承和刀盘承受着较大的力，很容易出现刀盘开裂的风险问题。所以，水工隧洞TBM施工重点任务之一就是要重视刀盘刀具和主轴承检查维护保养工作。除此之外，因为大部分围岩洞施工段都十分坚硬且完整，而TBM掘进贯入度非常小，在刀盘转速和推动力方面都需要持续优化，确保在提高推尺速度的基础上延长设备使用寿命，这也是当前水工隧洞掘进施工的关键要点之一[2]。在此基础上，还应当重视TBM管片拼装和施工运输管理，提升TBM设备掘进效率，减少因TBM设备延误的时间。

2双护盾TBM水工隧道施工质量的控制措施

2.1提高TBM及配套设备的寿命与可靠性

一是做好刀盘设计审查，提高刀盘强度和刚度，优化耐磨设计，做好刀盘焊接和制造监制工作，加强施工中刀盘、刀具的检查和维护。TBM选型设计要选用大尺寸主轴承，工厂要做好主轴承组装监制工作；TBM运行中采用在线监测、油样分析、振动监测等技术手段，加强主轴承润滑和状态监测。二是聘请TBM专家，做好TBM及其后配套设计方案，优化出渣皮带机、通风系统、轨道运输系统选型设计，确保TBM及其后各个配套系统具有较长的运行寿命、较好的可靠性以及较高的施工效率。三是建立全面有效、突出重点的设备状态监测与维护保养技术方案，以刀盘、刀具、主轴承、主轴承密封、刀盘驱动系统和主机液压系统等为重点监测对象；综合采用运转参数监测、油液磨损分析、油品理化指标分析、振动分析、噪声诊断和无损探伤等监测诊断方法；完善维护保养规程，严格遵循维护保养规程要求。四是根据不同围岩条件，优化匹配TBM的掘进推力、刀盘转速等参数，降低TBM振动，提高TBM寿命和进尺速度。

2.2强化不良地质洞段的施工控制

首先，在水工隧洞施工处于断层破碎带施工地质条件的时候，要避免掘进施工对周边围岩造成干扰，采取微扰动掘进方法适当地减少各方面掘进参数，避免围岩坍塌对TBM正常掘进造成影响，提高管片安装速度，最大限度地规避风险与缩短工期。其次要在合理运用实时地质探测系统、三维地震波和TST超前地质预报系统的基础上，做好超前地质的预报工作，对掘进参数和对应的处理措施进行及时调整。最后，针对涌水洞段和软弱破碎带，要采取先进的注浆处理技术方案，提前对前方地质展开加固处理，随后再掘进通过。如果掘进施工面对的是软弱且形变较大的洞段，那么还可以利用TBM进行扩挖，适当地扩大洞泾，确保以最快掘进速度通过不良施工地质段。

2.3加强对不良地质洞段的施工控制

一是TBM在特殊岩洞段、断层破碎带等不良地质洞段施工时，尽量降低掘进对围岩的扰动，采用微扰动掘进模式，适当降低各项掘进参数，连续匀速通过不良地质洞段，避免或降低围岩坍塌对TBM掘进的影响，加快管片安装速度，减少管片拼装对TBM掘进的延误，避免TBM在不良地质洞段停滞时间过长，规避风险，缩短工期。二是结合对超前钻机、实时地质探测系统、三维地震波、TST超前地质预报系统等先进技术的合理运用，做好超前地质预报工作，及时调整掘进参数和准备好相应处理措施。三是对于特别软弱的破碎带、涌水洞段，可采取超前注浆等超前处理技术方案，提前对前方地质进行必要的加固处理，再进行掘进通过。软弱变形大洞段可利用TBM进行扩挖，加大洞径开挖，以较快掘进速度尽快通过不良地质段。

2.4加强施工组织管理的高效性

水工隧洞施工方要构建满足TBM施工特点的现代化施工组织管理体系，同时还要成立针对施工现场不良地质问题和设备故障问题的快速反应机制，形成集专家、工程师和施工项目经理为一体的协同运作模式，在配合TBM厂家技术人员的基础上，形成相互配合的有机整体，确保TBM设备可以完好无损地完成掘进施工。同时，针对不同的岗位也要制定明确的岗位职责要求，制定出完善的作业指导方案和奖惩制度，利用先进、快捷的TBM掘进施工分析决策系统，对设备完好率、进尺和掘进参数等条件进行精准查询和分析，便于为后续施工提供有力指导。除此之外，还需要加大力度培养TBM专业人员，具体包括管理人员、技术人员和工程是等等，开展一系列管理人员培训方案，重视不同岗位工作人员的培训工作，提升他们的管理技术水平。

2.5提高施工组织管理高效性，确保按施工工期完成

首先，要建立适合TBM施工特点的现代施工组织管理体系和组织机构。要建立现场不良地质问题和设备故障问题的快速反应机制，建立有效的“经理—专家—工程师”三位一体协同工作运作模式，与常驻现场的TBM技术专家、TBM厂家技术人员形成相互配合的有机整体，提高TBM设备完好率和掘进作业率，降低设备和施工风险，从而保障掘进进度。其次，所有岗位均制定明确、科学的岗位职责，制定完整的奖惩制度，制定详细的作业指导书；建立先进快捷的TBM施工作业计算机分析决策系统，随时进行掘进参数、进尺、设备完好率和工时利用率等作业性能的查询和分析，指导和改进后续施工。同时，建立现代化远程监控系统。此外，加大力度引进和培训TBM专业人员，包括工程师、专家、管理人员和技师。要提出并实施一套系统技术与管理人员培训计划，加强各类人员培训，提高人员素质和管理技术水平。

3结论

综上所述，在水工隧洞施工期间，双护盾TBM设备发挥着至关重要的作用。对此，相关施工人员要明确了解双护盾TBM水工隧洞施工要点，进而采取科学合理的施工质量管控策略，从根本上发挥出TBM作用和优势，为提升水工隧洞施工质量和施工效率创造有利条件。

参考文献：

[1]穆永刚.富水隧洞双护盾TBM超前钻探技术优化研究[J].铁道建筑技术,2022,11:155-158+210.

[2]王灿林.双护盾TBM输水隧洞成洞段微裂隙涌水治理技术[J].铁道建筑技术,2022,11:159-163.

[3]冀国栋,王灿林,廖建炜,高云升.双护盾TBM引水隧洞高压突涌水处治技术研究[J].施工技术(中英文),2022,51(19):62-65+69.

[4]杨继华,闫长斌.复杂地质条件下双护盾TBM掘进性能研究[J].人民黄河,2022,44(10):133-138.