超长隧洞TBM掘进的风险与控制

吴根生 王玉芳 王群

【摘 要】深埋超长隧洞工程与其他工程项目相比，由于具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出特点，工程多采用TBM施工技术进行掘进施工。每个隧道工程都有本身的特征，文章结合辽宁大伙房水库输水工程和辽宁省东水西调工程TBM在实施过程中遇到的主要风险进行分析，提出长隧洞TBM施工风险控制对策与建议，为我国深埋超长隧洞TBM施工提供可借鉴的宝贵建议。

【关键词】超长隧洞 TBM 掘进 风险与控制 施工

1 引言

自上世纪90年代初TBM施工技术引入我国甘肃引大入秦工程，特别是辽宁大伙房水库输水工程成功应用后，TBM在我国的铁路、水利行业应用越来越普遍。由于有些工程所处位置的地理、地貌、环境保护等的特殊性，隧洞独头掘进的长度达到25km。

2 TBM掘进技术特点

深埋超长隧洞工程与其他工程项目相比，由于具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出特点，仅仅从有资质和业绩的TBM制造商那里订购一台特别选型的TBM还远远不够，发挥TBM掘进技术特点还需要施工单位的努力，每个隧道工程都有本身的特性，而且每个施工单位都有自己的传统和观点。因此，在工程建设中，TBM设备、施工队伍和施工人员操作技术水平等对工程的建设有直接影响。

3 TBM掘进的影响因素

由于TBM施工技术方案与工艺流程复杂，且不同TBM选型其工法又有不同的适用条件，贸然采取某种方案、技术和设备势必会产生风险。同时，整个工程的建设周期长、施工环境条件差，这些对施工单位人员都很容易产生不良影响，导致出现各种意外风险事故。如果施工控制措施不完善，可操作性差，组织机构人员不落实，施工控制信息不畅通，有效控制方法落后，管理人员素质差，组织不力等，势必将给工程带来巨大风险。施工过程中必须重视地质观测的重要性，在详细的预防性地质调查与预报的基础上，充分考虑地质条件对TBM的影响对TBM运行起到积极意义。TBM通过合理设计和使用，可以规避不良地质状况所带来的重大风险。

4 TBM掘进的风险与控制对策

（1）强化设备维修保养，每日至少保证强制停机保养4小时；加强对各部位的监测；尤其是主轴承（减速箱、主电机）这些关乎TBM设备的重要部件，严密监测润滑系统流量，润滑脂脉冲次数以及迷宫密封处油脂挤出情况，经常性地观测轴承齿圈的磨损情况和振动水平，利用换刀空隙，及时测量主轴承的轴向间隙，同时通过油液磨损分析和理化指标分析，了解轴承磨损动态。杜绝主轴承严重污染和密封过早损坏事故。主轴承使用寿命不低于20000小时，在一个大型工程同时有多台TBM施工时，设备制造商应在国内备用一个主轴承。掘进过程如需更换主轴承，则采用开挖旁通洞或开挖主轴承存储间的办法，进行更换主轴承。

（2）安排好每日正常维修保养的作业内容，尽量把需停机排除的故障安排到维修保养或者皮带硫化停机时间内一并排除，分解和化解维修保养压力和设备风险。压缩换刀、调刀时间，换刀、调刀尽量安排在维修保养时间内进行。在必须停机更换调整刀具时，要合理安排刀间差，争取做到每日有计划地小批量换刀。

（3）每7km或8km设置一个错车道岔，保证材料供应及时，提前安排好施工支护作业的物资运输，最大限度减少支护作业时间。安排好运输、卸碴和巡查作业、保证隧道内风、水、电、轨道、皮带等各条运输线畅通无阻，减少停机等待情况的发生。

（4）合理选择TBM掘进参数，减少断面内局部坍塌，司机密切关注皮带岩渣，尽量使开挖下来的岩块块度适中，及时作相应调整；在掘进过程中认真对设备参数进行监控，及时发现故障和故障部位，立即处理，恢复设备性能。

（5）选用耐磨刀具，刀圈受围岩落石冲击造成刀圈损毁、刀圈磨损消耗大、刀体轴承容易漏油、轴承变形；刀具维修时加强查刀密度和旧刀保养。盘刀刃脚形状要适合所开挖的围岩，盘刀淬火技术要满足围岩强度特性；严密跟踪滚刀质量。合理选择掘进参数是减少刀具消耗的有效措施之一，不同的围岩要选择不同的推进力及推进速度，要使刀具处在最佳工作状态，不欠载、不过载、且整盘刀具的负载均匀，使刀具整体受力合理。刀盘要有足够的刚度，针对刀盘耐磨与开裂问题，一般采用特殊耐磨材料板（如hardX400），及时检查刀盘耐磨条和耐磨板的磨损情况，磨损严重或开焊要及时进行更换和补焊。

（6）目前超前地质预报方法很多，应结合工程施工特点，选择适宜的综合超前预报系统，采用洞内探测与洞外地质勘探资料相结合，物探与钻探相结合，开展多层次、多手段的综合地质超前预报系统，相互印证，提高准确性，并贯穿整个施工过程。

（7）努力提高管理水平，整体把握施工方案、施工组织、运输协调、后勤保障等，工程施工以土建人员为主；而设备管理维修、操作技术、状态监测、预报停机、油质检测和配件采购等应以电气、液压和机械人员为主，满足施工作业班组倒班需要，围绕共同的掘进目标，主动承担份内工作不推诿。TBM是集电气、液压、机械于一体的现代化设备，任何微小故障都会造成设备停机施工停产，采用现代化的管理手段把设备管理好、采用现代化手段跟踪监测，能准确地找出故障原因。对各工序施工、技术要求都要实行标准化，安全靠制度，施工按程序，维修按规程。大幅提高施工人员的管理水平和技术素质，强化岗位责任制，改变过去隧道施工的粗放式管理。

5 结语

终上所述，由于TBM施工技术方案与工艺流程复杂，且不同工法又有不同的适用条件，贸然采取某种方案、技术和设备势必会产生风险，深埋超长隧洞工程采用TBM进行掘进施工要根据实地情况采取相应的策略，防范风险，抓好控制，确保工程顺利实施。

参考文献：

[1]赵延喜，徐卫.深埋长隧洞TBM施工的风险识别[J].人民长江，2008（09）：54-56.

[2]鲁成勃.TBM施工隧洞工程风险分析及预防[J].河南水利与南水北调，2013（10）：59-60.