TBM在不良地質條件下的施工技術

李華平 范龍 荊盼 曹新平

摘 要：TBM在應用中具備挖掘、支護、出渣等功能，在實際的施工中可以達到連續作業的目的，因此在隧道施工中可以實現一次成洞的效果，具有高效、高質、環保等優點。而在隧道施工中，若是遇到不良地質條件，則需要嚴格的按照規定要求來制定相應的TBM施工技術方案，以此來對TBM施工技術進行合理的運用，這樣可以保證TBM更加安全、穩定地進行掘進施工，從而提高工程的實際施工效益。

關鍵詞：TBM 不良地質 施工技術

引 言

目前TBM施工技術常應用于超長隧道的建設中，可以說全斷面隧道掘進機在實際的應用中可以達到快速開挖的效果，TBM在應用中不僅施工質量高，也更加安全，這也使此種施工技術在隧道施工中得到了良好的應用。由于全斷面隧道掘進機在實際的應用中其體積、重量等都相對較大，因此在不良地質條件下必須要科學的對其施工技術進行進行應用，這樣才能夠使TBM可以適應不良地質條件，進而達到順利施工的要求。

一、TBM施工技術分析

1、TBM的導向技術。在隧道施工中TBM的掘進導向技術應用主要是為了對其掘進方向進行控制，以此來防止在掘進中出現盤形滾刀受力不均的問題，并且通過TBM掘進導向技術的應用還可以避免出現超挖、欠挖等問題，從而保證施工成本及施工進度得到有效控制，而在TBM導向技術的應用中需要注意以下幾點內容。第一，對掘進方向參數進行計算，一般掘進方向參數需要根據施工地段的實際范圍來進行確定，以此來保證掘進方向的正確。第二，對掘進線路進行控制，在應用TBM施工中必須要確保其軸線的正確，并對其中心線的偏差進行控制，使其符合工程設計標準要求。第三，要確保做到對掘進前的準確定位工作，掘進后還要進行適當適時調整。

2、TBM的施工模式。一般TBM會提供3種掘進模式：自動扭矩控制模式、自動推力控制模式以及手動控制模式，這3種模式還根據轉速來分為高速模式與低速模式兩種。在隧道施工中TBM手動控制模式其技術應用更為靈活，因此可以適用多種地層條件，因此在不良地質條件下也可以滿足其施工要求。而在應用全斷面隧道掘進機施工的過程中其處于高速掘進的狀態，因此會使周圍巖體振動頻率增大，巖石可能會出現松動、脫落等現象，若是遇到不良地質條件其所帶來的安全風險也會增加，為此在不良地質條件的隧道掘進中可以應用，高扭矩、低轉速掘進模式，這樣可以更好地保證在全斷面隧道掘進機施工的過程中圍巖的完整性、穩定性，提高工程施工的安全。

3、TBM的掘進施工技術。第一，將TBM刀盤后部位置通過側向撐靴穩固在洞壁巖面之上，配合楔塊油缸牢固鎖定側向撐靴支撐位置，利用反作用力傳給洞壁，完全鎖定掘進的水平推進方向。另外就是調整前支撐位置，確保TBM掘進的垂直方向坡度也被完全鎖定。第二，在水平撐靴定位后，要第一時間推進推力油缸，轉動刀盤正式開始掘進施工。在掘進過程中，由于刀盤滾刀會產生最高250kN的推進力，它能夠致使100MPa左右強度的掌子面圍巖產生破裂，最后被滾刀切碎成直徑在10-12cm左右的圍巖碎塊。第三，要根據TBM設備的實際扭矩參數、轉速曲線等等基本性能來針對不同地質條件。如果地質條件不良，可以采用轉速在0-4.5rpm，扭矩在7000kNm左右的刀盤進行軟巖切割。第四，在隧道掘進過程中，隨著刀盤旋轉速度的加快，反扭矩也會越來越大，此時TBM會通過水平支撐板來緊緊支撐洞壁，保證隧道內支護結構安全穩定。第五，在鉆進工作形成完全結束以后，水平撐靴板、側面撐靴等等支護設備都會被撤掉，TBM的整體重量主要靠后支撐來支撐，再配合收縮牽引油缸來將TBM掘進機移動到下一輪掘進位置。

二、在不良地質條件下對TBM施工技術的具體應用分析

1、施工前。第一，在全斷面隧道掘進機使用之前需要做好相關的技術交底工作，以此來確保在作業的過程中可以按照技術規定的要求來標準化、規范化進行作業。第二，對TBM應用中所涉及的各類材料及設備進行準備，這樣可以使各項施工技術在工程中順利的得到應用。第三，做好不良地質的勘查工作，在應用TBM施工之前需要對施工地段的不良地質性質、程度、范圍等進行全面的勘察，判斷不良地質對TBM所造成的影響，并制定相關的施工技術方案，一般情況下對于不良地質影響較弱的地段會采取直接掘進的方式進行作業，而對于影響較為嚴重的地段則需要進行超前處理之后再應用全斷面隧道掘進機來進行掘進作業。

2、施工過程。在應用全斷面隧道掘進機施工中，需要針對不良地質地段的情況來確定掘進參數，由于不良地質的形態不同，因此對TBM所產生的影響也有一定的差異性，針對此種情況對于全斷面隧道掘進機的掘進參數必須要科學地進行計算，以此來保證其推力、扭距、速度、轉速等都符合不良地質條件的施工要求，這樣才能夠保證全斷面隧道掘進機可以安全通過。例如，在隧道施工中斷層破碎帶屬于一種較為嚴重的不良地質，在此類不良地質施工中若是對周圍巖體擾動較大，則會使斷層中的碎巖剝落，嚴重時將會導致坍塌的事故發生，在全應用全斷面隧道掘進機進行作業時需要注意對其掘進速度及刀盤轉速進行調整，通過減小掘進參數的方式來降低其掘進過程中對周邊巖體所產生的擾動及影響，以此來防止在掘進過程中隧道出現坍方的問題。

3、施工后。一般在應用TBM完成掘進后，需要根據不良地質的性質及危害程度來選用適當的支護方式加強巖體的穩固性，以此來避免圍巖出現坍塌、剝落等問題，一般在TBM施工中會采取錨噴、噴錨網、鋼拱架等方式來進行支護作業。根據不良地質地段實際的情況還可以采取聯合支護的方式提高TBM施工的安全性，從而保證隧道整體的穩定。

三、結語

由于TBM在實際的應用中對不良地質的適應能力較低，因此在施工作業的過程中若是遇到不良地質條件，則需要科學地制定相關的施工方案，以此來對TBM施工中所涉及的各項技術進行全面的規劃，這樣才能合理的對施工技術進行應用。在應用全斷面隧道掘進機施工中，按照施工技術方案來標準化進行操作可以提高工程作業的安全性，減少在施工過程中所遇到的問題，這樣也可以提高TBM施工技術在實際中的應用效果。

參考文獻

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