隧道進口段TBM掘進法施工技術

孫宏軍

（河北路橋集團有限公司，河北 石家莊050011）

0 引言

某隧道位于嶺脊地區，平均海拔為1100～2950m，最高海拔為2 951.6m。山嶺南、北兩側地形切割劇烈，山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復雜，植被稀疏，相對高差為800～1200m。隧道左線起訖里程為DK141+590～DK164+042，全長22 452m，為單面上坡，全隧除出口308m 位于曲線上外，其余均位于直線上，左右線間距為36m。本標段TBM開挖起始里程為DK141+911，到達里程為DK155+425，TBM 掘進距離為13 514m，其中，Ⅱ級圍巖4 134m、Ⅲ級圍巖7 398m、Ⅳ級圍巖1 822m、Ⅴ級圍巖160m。

1 隧道進口段TBM法施工方案分析

開工進場并完成施工準備工作后，采用鉆爆法通過橫洞開挖TBM 預備洞和出發洞，鉆爆法開挖伯信特隧道出口300m。同時，施工烏蘇通溝大橋基礎、墩身及1～3 號橋墩間箱梁，并填筑TBM組裝場地，修筑TBM 施工臨時設施。TBM 組裝場地填筑到標高后，按TBM 組裝要求進行場地硬化，安裝TBM 組裝用龍門吊車，并完成TBM 組裝機具、工具的準備工作，此時TBM 部件運輸已開始按順序分批進場。大件進場卸車后，即可展開TBM 主機及后配套的組裝。TBM 主機完成組裝即向出發洞步進，后配套逐節組裝和主機連接，全部組裝完成后，進行調試，然后開始始發掘進。TBM 掘進時，采用有軌方式將開挖的石渣運出洞外，利用翻車機翻渣，汽車轉運至棄渣場。因洞外場地狹小，翻車機布置在烏蘇通溝大橋吐魯番臺及1 號墩之間，軌道鋪進伯信特隧道250m。襯砌安排在TBM 掘進后方適時跟進，考慮橫通道及輔助洞室的開挖，襯砌工作面落后TBM 后配套尾部一定距離。襯砌臺車在結構設計時考慮通風管道、水管、高壓電纜的穿行。在襯砌臺車附近，靠近TBM 一側和遠離TBM 一側設置兩付浮放道岔，襯砌臺車下部，設一付浮放道岔，共三付浮放道岔，供運輸列車通行襯砌臺車。TBM 施工段工況如圖1所示。

圖1 TBM施工段工況示意圖

2 TBM掘進施工技術

為了進一步控制本工程的掘進方向，在換步作業中，主操作員根據激光導向系統提供的TBM主機位置數據進行調向作業，完成對主機掘進方向的調整，使TBM 的掘進方向始終處于控制范圍內。結合本工程的地質資料和上一循環掘進情況，選擇合理的掘進模式。TBM 有兩種掘進模式，一種為低速掘進模式，此模式下刀盤轉速為2.7r/min，刀盤轉速低，扭矩大，推進力、撐靴需要的支撐力較低，適合圍巖松軟、穩定性差的地段采用；另一種為高速掘進模式，此模式下刀盤轉速為5.4r/min，刀盤轉速高，扭矩相對較小，推進力、撐靴需要的支撐力較大，適合圍巖整體性、穩定性好的地段采用。

2.1 TBM掘進施工初期支護

初期支護采用噴混凝土、錨桿、鋼筋網、鋼拱架四種方式單獨或聯合組成，具體施工方式視地質條件而定。支護順序和時機與圍巖自穩時間關系密切。若圍巖比較破碎、軟弱、自穩時間較短，應按超前小導管→鋼拱架加鋼筋網→錨桿加鋼筋網→噴射混凝土的順序進行施工。二次襯砌待襯砌臺車到達該位置時進行。

水泥采用普通硅酸鹽水泥，標號不低于425號。砂采用硬質純凈中砂或粗砂，細度模數大于2.5，含水率以5%～7%為宜。石子采用堅硬耐久的碎石或卵石，粒徑不大于1.5cm，級配良好。當使用堿性速凝劑時，不得使用含活性二氧化硅的石料。水中不含影響水泥凝結與硬化的雜質，不得使用污水、pH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量超過水量1%（按SO4計）的水。速凝劑根據水泥品種、水灰比等，通過不同的混凝土試驗選擇最佳摻量。要求初凝時間不大于5min，終凝時間不大于10min。

噴射前用水或風沖洗受噴面，設置標志或利用錨桿外露長度以掌握噴混凝土層厚度。檢查機具設備和風、水、電等管線路，并試運行，保證密封性能良好，輸料連續，均勻。空壓機性能應滿足噴射機工作風壓和耗風量的要求。高壓風進入噴射機，必須進行油水分離，以免影響混凝土質量。濕噴混凝土施工流程如圖2所示。

圖2 濕噴混凝土施工工藝流程圖

本工程錨桿支護采用TBM 自帶錨桿鉆機鉆孔，施工工藝和施工方法同鉆爆法施工段砂漿錨桿、中空注漿錨桿。鋼拱架構件自洞外通過運料平板車運至TBM 機尾下部后，通過下部吊機、升降平臺、上部轉運吊機、轉運小車運到刀盤后方的鋼架安裝器處。

2.2 TBM的中段維修

本工程采用獨頭掘進，TBM 掘進距離較長。為保證設備的良好狀態，計劃在掘進至中段（掘進長度約7km處）時，對設備進行一次檢修。檢修洞采用人工弱爆破方法開挖，即TBM 到達該位置后停止掘進并后撤兩個循環的距離，然后由人工在靠近掌子面后部成型的隧道洞壁位置鉆孔，弱爆破將該位置擴挖成檢修洞。最后，TBM 推進至該位置檢修。

2.3 TBM到達

當TBM掘進至距離拆卸洞100m左右時，進行第一次測量。人工復核TBM 位置、姿態及拆卸洞方位，并與激光導向系統提供的數據進行比較，從而給出方向調整數據，指導TBM 主操作人員進行調向作業。當掘進至距離拆卸洞50m時，進行第二次量測，以后每掘進10m 量測一次，直到TBM進入拆卸洞。當TBM 距離拆卸洞室10m 左右時，為防止掘進震動對拆卸洞室及洞室與掘進段連接部位造成破壞，減慢推進速度、降低推進力，并嚴格控制TBM 掘進方向，使其沿隧道設計軸線推進。同時，嚴格控制仰拱塊鋪設偏差。

2.4 TBM拆卸與部件運輸

TBM 拆卸是一項復雜的系統工作，為保證拆卸的順利進行，需做好以下工作：拆卸洞室必須在TBM 到達前一個月完工并組裝好吊機；拆卸所需的風、水、電提前接引至拆卸洞室；提前制訂出詳細可行的拆卸及運輸方案；做好技術培訓，并做好技術交底；提前做好標識牌、標志卡，拆卸下來的零部件標識清楚、準確；做好人、材、物準備工作，步進裝置提前運至拆卸洞；準備好TBM 零部件的存放場地及包裝箱；設立專職安全員并提前培訓，全程監控TBM拆卸的安全作業。

本工程為了能有效地加快TBM拆卸進度、節約時間，TBM拆卸實行三班作業，主機用150t橋吊作業。因拆卸洞內場地不足，故拆卸下來的部件必須隨拆隨運。拆卸后的部件采用汽車通過出口鉆爆法施工段運出洞外。部件運輸狀態如圖3所示。

2.5 TBM出渣

圖3 TBM部件洞內運輸示意圖（單位：mm）

隧道進料及出渣采用四軌雙線、內燃機牽引的有軌運輸方式，軌距為900mm，兩線間距（中—中）為2 080mm。由于TBM 掘進時襯砌同步進行，橫通道、大小避車洞也跟隨施工，因此，運輸方案應同時兼顧所有施工作業。洞內設3付浮放道岔，分別位于襯砌臺車正下方、臺車前方270m處和臺車后方270m 處。洞外設立列車編組區域，鋪設道岔和編組線路。采用混合編組的方法，每一列車由內燃機車牽引10 節20m3渣車配以需要的材料車組成，能滿足掘進一個循環的需求（每掘進循環出渣量為180m3）。列車編組順序為內燃機車→渣車→噴射混凝土罐車→仰拱塊車→材料車→襯砌混凝土罐車，材料車、混凝土罐車根據需要編組。另外，上下班時間還要加掛人車，人車掛在襯砌混凝土罐車后方。編組完畢，由內燃機車頂推進洞，重車由機車牽引出洞至翻車機卸渣。襯砌用料編組在列車最前方一起進洞。

2.6 洞內運輸

本工程洞內設3付浮放道岔，分別置于襯砌臺車正下方、臺車前方270m 處和臺車后方270m 處。行車時，自1#至3#浮放道岔間只允許通行一列列車。掘進時，空車自3#軌線進洞，在3#、1#浮放道岔處與洞內出來的重車交匯，后繼續沿3#軌線前進至TBM 后配套。重車自4#軌線出洞，在1#、3#浮放道岔處與空車交匯，后繼續沿4#軌線出洞。洞內運輸方案如圖4所示。

圖4 TBM施工洞內運輸方案示意圖

3 結語

本文針對工程隧道獨頭掘進距離長特點，通過對其采取TBM 法掘進施工方法，結合本工程的地質資料和上一循環掘進情況，選擇合理的掘進模式，并系統地介紹掘進施工技術的實施過程，為同類工程提供參考借鑒。

[1] 陳大軍.蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM步進技術[J].隧道建設，2010（2）：162-168.

[2] 魏文杰.中天山隧道TBM法掘進同步襯砌施工技術[J].隧道建設，2009（1）：68-71.

[3] 徐雙永，蘇睿. 西秦嶺隧道TBM 掘進同步襯砌技術[J].現代隧道技術，2011（2）：70-72.

[4] 崔艷. 二次襯砌、輔助洞室開挖與TBM 掘進三同步施工技術[J].建設機械技術與管理，2010（2）：71-74.