双护盾掘进机洞轴线纠偏实例

张晓生

（山西省水利建筑工程局，太原030006）

1 工程概况及地质条件

同忻矿井建设项目位于大同市西南约20 km，大同煤田北东部。

本标段为A标段，主要工作内容为主斜井井筒及相关工程，主斜井担负全矿的煤炭运出任务，井筒倾角5°08′，斜长4 545.0 m，净宽6.0～5.6 m。运输工具为带式输送机。该地区为第四系下部以棕红色亚黏土、亚砂土为主，含钙质结核；上部以浅黄、黄褐色马兰黄土为主，分选较好，结构疏松，强度较低。下部侏罗系岩性以中砂岩、粗砂岩为主；二叠系以灰白色砂岩、砂质泥岩组成；石炭系岩性以粗、细碎屑岩为主。

2 事故说明

同忻矿主斜井TBM在掘进至桩号159.335 m时，该段右侧为破碎带岩层，并出现大量塌方，刀盘中心线偏右1.487 m，奇偶主推油缸伸出行程相差8 cm，牵引油缸左侧伸出86 cm，右侧伸出77 cm，连接桥左侧的人行道已顶住洞壁，1号皮带机尾（相对2号皮带）中心线明显左摆，即在短距离内洞轴线发生严重偏移现象。当时TBM可以向前掘进，但刀盘和前护盾通过主推油缸不能收回向后推移（经调高压力也不能收回）。

3 事故分析

当时具体情形是：TBM可以向前掘进，刀盘和前护盾通过主推油缸不能收回向后推移，但后盾体部分却能自由后退或前进，初步分析：首先普遍认为刀盘和前护盾不是因边刀磨损被夹住，故排除；第二，154-273TBM的设计转弯半径为R1 500 m，而目前掘进自由弧的半径约为R300～R600 m，很可能是前护盾和伸缩外盾处因偏角过大与左侧洞壁之间产生严重摩察，甚至已切入洞壁岩层，致使机头不能后退；第三，由于伸缩护盾部分左右上下都存在夹角，故伸缩内外盾之间肯定也存在别劲现象。

另外，根据测量人员提供的实测数据在电脑上作出TBM掘进路线：其拟和线为自由弧段，并以刀盘处为基点，在自由弧段作切线，量得伸缩外盾末端处（作直线运动时）应切入左侧岩层30 mm左右。而前护盾和伸缩外盾之间为刚性连接，约6 m，在短行程内肯定为直线运动，这样的话，机头根本无法后退。确定以上分析是致使机头不能后退的主要因素之一，牵引油缸和1号皮带机虽然都存在别劲现象，但都不是主因，故不需拆除。况且，牵引油缸还有一个作用就是在退前盾时可以通过皮带架提供一个向后的拉力。

主因判断方法：先将主推油缸全部收回，拆除伸缩内盾和后盾体之间连接油缸和行程检测油缸，通过外力或加工辅助刚结构将伸缩内盾向前移直至与伸缩外盾全部重叠，然后再把主推油缸行程全部伸完，打开后支撑油缸进行收刀盘动作：如果能够收动，说明第三种分析为主因；否则，第二种分析为主因。

最后确定主因为第二种分析，即前护盾和伸缩外盾处因偏角过大与左侧洞壁之间产生严重摩察，致使机头不能后退。

针对上述情况，经过有关技术人员和专家进行事故分析和讨论后，最后对继续向前掘进和TBM整机后退两种方案进行了比选，决定采用后者。

4 TBM整机后退方案实施的基本步骤

将TBM整机（包括后配套部分）后退80 m（如果有必要的话可继续向后推移）；

后退过程中逐步拆除已安装好的刚拱架、底管片及道轨；

后退完毕后，将80 m段内的左侧岩壁全部按设计断面进行爆破扩挖；

TBM采用单护盾模式向前掘进，并将渣料掘出，逐步向左偏移直至回到设计洞轴线，同时逐步安装刚拱架、底管片及轨道；

到达掌子面后，采用双护盾模式向前掘进；

TBM通过后，将不符合设计要求的断面修整合格。

5 需处理的主要两部分

5.1 后配套部分

经初步计算得出后配套所需牵引力约为70 t左右，可在洞口部位利用洞口两侧的钢筋混凝土墙体作为支撑点，通过两根辅助油缸（300/240×2000）倒替伸缩行程配合主推缸伸缩将后配套向后推移，液压系统油路可从3号皮带机液压站接出。需要注意的是：后配套和主机的后退步骤必须协调好，以主推缸伸缩行程为基准。

另外，在机尾设4个25 t导链配合辅助油缸动作，同时与原刹车系统一起为后配套保持静止时提供向后的作用力。注：后退时为上坡动作。

5.2 机头段扩挖

对采用小炮爆破和人工凿岩进行比选，最后选用前者，从尾盾左侧开始向前掘一个小巷道至前盾处，小巷道高2.5～3 m（必要时可适当加高），宽70 cm左右，人工和皮带机配合出渣，然后试机后退。因为前者比后者能够大大地缩短时间和节省人力，但需注意的事项有：做好防护措施；把握好装药量；爆破时将洞内的所有的电源全部关闭；带班人员时刻注意安全。

在TBM退后一定距离后即可以开始施工先从掌子面径向钻孔爆破，待爆破出临空面后改为轴向爆破，以控制超挖，由人工清理出扩挖范围。

扩挖全部完成后，由TBM采用单护盾模式向前掘进，并启动刀盘将渣料送出洞外，操作手逐步向左调偏直至回到设计洞轴线，同时逐步安装刚拱架、底管片及铺设轨道。TBM接触掌子面后，在右侧后支撑靴上面垫枕木或特制的刚结构使后支撑压力达到掘进要求，然后采用双护盾模式向前掘进。

6 结束语

在通常情况下，TBM施工过程中是不会出现整机较长距离后退现象的。如果在遇到非常差的、左右不均匀的地层时，这时测量及相关部门一定要时刻严密观察洞轴线的方向偏移，及时告知操作手随时做出调整，以免造成更大的失误，增加工程费用。上述情况是一个教训！同时也积累了经验。以供从事TBM施工的广大施工技术人员分享和借鉴。