TBM在引水工程隧洞開挖中的應用

石小慶

（陜西鐵路工程職業技術學院， 陜西 渭南 714000）

全斷面巖石隧道掘進機（TunnelBoringMachine），簡稱TBM，是指在常壓情況下全斷面開挖巖石的高度機械化刀盤式機頭掘進機，主要由主機及后配套系統構成，由于其掘進速度快，地質適宜性強，在國內外長大隧道中充分應用，通常TBM分為開敞式和護盾式兩種，護盾式又分為單護盾和雙護盾類型，雙護盾TBM的最大特點是能夠實現開挖掘進與襯砌管片拼裝同時平行交叉作業。

1 工程概況

本工程主要包括輸水工程和取水工程，其中輸水工程包括總干線、東干線、西干線以及各供水支線，輸水工程沿線主要有輸水隧洞、壓力管線、渡槽、倒虹吸、埋涵、節制分水閘及退水閘等建筑物。

2 隧道開挖中水電站引水工程部分TBM選型

TBM施工是連續的施工過程，并且施工的機械化程度較高、勞動強度小、安全性好。但是工程地質條件對TBM選型具有很大的影響，引水部分的隧道開挖斷面尺寸在TBM選擇固定的型號后就很難更改。TBM的挖掘進展就有一部分取決于巖體的裂隙等級程度、巖石的韌性和單軸抗壓程度。例如敞開式TBM多應用于硬巖的隧道掘進，但選擇敞開式的TBM必須考慮通過軟弱圍巖能力、特殊地質地段的超前支護設備的使用、遇到瓦斯濃度超標的地段應及時開啟通風設備等情況。

TBM施工適用于直徑為1.5m～15m的圓形隧道，TBM掘進成型的圓形斷面使輸水隧道在斷面積上得到充分的利用，特別是形成的光滑型巖面有利于減少輸水通道的水頭的大量流失。施工時對TBM主機型式的選擇中，主要有敞開式、單護盾、雙護盾、三護盾等多種類型的組合型式。并伴隨著不斷完善的TBM輔助功能，如錨桿設備的合理安裝、高效的噴漿混凝土系統，掛網設置機構系統、拱架安裝機型等迅速初等支護能力，并采用超前注漿和超前預報系統，TBM具有了先進的技術性能和完善的功能系統。TBM是由數十臺大型設備的同一的整體，TBM的高效運轉取決于每一臺設備的正常運行，實時掌握工程進展中的工程地質條件，施工人員應合理地對掘進參數和支護設置要求進行調整。

3 引水工程隧洞開挖中的TBM施工工藝

3.1 施工程序

總體工藝程序為：爆破工藝試驗→頂拱層中導洞開挖支護→兩側耳洞開挖支護→巖臺上中槽→上中槽側向保護層開挖→巖臺深層錨固→巖臺水平保護層開挖→巖臺中槽開挖→中槽側向保護層開挖→巖臺周邊系統加固→洞室底板水平保護層開挖。

各分區開挖施工工藝流程如下：測量放線→樣架安裝→樣架精調→造孔施工→驗孔→ 樣架拆除→爆破參數設計及裝藥爆破→出渣清底→爆破效果檢查。

3.2 施工方案

3.2.1 工藝性實驗

工藝性試驗結合現場生產進行試驗，試驗可分2～3次進行，可選取在TBM通過洞段頂拱、邊墻和底板位置。通過試驗確定相關部位的爆破參數、鉆孔精度控制方法及巖臺邊角保護措施。

3.2.2 測量放樣

根據已確定的分層分塊設計圖尺寸，放樣各個斷面的外部輪廓線，并采用紅色噴漆進行標記。尤其是周邊光爆孔，嚴格按照爆破設計的間距逐孔放樣，并在后方2.5m～2.8m處標記孔向方位角，便于鉆孔孔向精準控制。樣架安裝前，必須先放樣開挖控制線，確定導向管下橫桿的具體位置。

3.2.3 樣架安裝

在進行巖臺光爆開挖時，為保證巖臺棱角能完整的保留，提高爆破效果，采用φ50mm鋼管搭設鉆孔樣架，樣架整體穩定性須滿足穩固要求。樣架在初裝階段，導向管應有可調節余量，待精調后再加以固定。導向管下橫桿距離巖面不宜大于20cm，上橫桿距離巖面不宜大于40cm，導管長度不宜大于50cm，上橫桿嚴禁作為鉆孔操作平臺受力桿。搭設鉆孔操作平臺，鋪設馬道板，另行采用腳手架進行搭設。安裝完成后進行樣架調整，導向管底部距離巖石面3cm-5cm為宜，在每個導管的孔口標明每個鉆孔孔底距離導向管管口的深度，以保證鉆孔孔底標高一致（誤差±5cm）。

3.2.4 鉆孔施工

采用手風鉆進行垂直孔鉆孔，垂直鉆孔需要套鉆實施，并且鉆孔深度不宜大于2.5m，超過2.5m不宜將鉆桿拔出，造成鉆桿卡住，只能置于孔內，不僅造成鉆孔報廢，而且造成鉆桿、鉆頭不能再利用。鑒于上述問題，可優化為水平鉆孔或上斜孔，在樣架能實施的情況下便于深孔操作。

4 施工時的重點注意事項

根據爆破設計圖在開挖斷面上標注出爆眼位置，定人、定區、定量鉆孔。巖臺部位鉆孔時應搭設鉆孔樣架，精準定位后方可開鉆。嚴格按布孔施鉆，注意“飄鉆”，保證炮孔質量。鉆孔精度按設計施工，并檢查驗收，當開挖面凹凸較大時，按實際情況調整炮眼深度使所有炮孔底部在同一垂直面上。周邊孔沿輪廓線的調整范圍和掏槽孔的孔位偏差不應大于5cm，炮孔外偏斜率不應大于50mm/m；其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。光面爆破炮孔痕跡應在開挖輪廓面均勻分布；炮孔痕跡保存率：完整巖石在80%以上，較完整和完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎巖石不少于20%；爆破作業排煙結束后，安裝專人對爆破效果進行檢查，排險。施工過程中應嚴格執行施工工藝流程，抓好每個環節。未經工程技術負責人批準，現場作業人員無權變更施工方案、工藝。嚴格按設計要求和施工技術規范進行。

5 結語

根據該隧洞TBM掘進段的反坡排水設計和實際使用效果分析，有四點施工體會供參考：一是TBM反坡排水設計，采用分級抽排的方案可行，較為穩妥，但需大致了解隧洞突涌水特性、掌握水泵性能和相鄰建筑(或標段)關系，這些需要提前研究；二是在進行反坡排水設計時，需對配電等配套設施等一并考慮，并充分考慮應急電源設置，做到快速切換；三是應及時進行注漿堵水，減小抽排壓力；四是特長、深埋、大斷面的反坡施工隧洞，尤其是采用TBM設備施工時，選擇排水方案設計一定要慎重，否則將對TBM設備及人員安全帶來極大危害。