TBM在引水工程隧洞开挖中的应用

石小庆

（陕西铁路工程职业技术学院， 陕西 渭南 714000）

全断面岩石隧道掘进机（TunnelBoringMachine），简称TBM，是指在常压情况下全断面开挖岩石的高度机械化刀盘式机头掘进机，主要由主机及后配套系统构成，由于其掘进速度快，地质适宜性强，在国内外长大隧道中充分应用，通常TBM分为开敞式和护盾式两种，护盾式又分为单护盾和双护盾类型，双护盾TBM的最大特点是能够实现开挖掘进与衬砌管片拼装同时平行交叉作业。

1 工程概况

本工程主要包括输水工程和取水工程，其中输水工程包括总干线、东干线、西干线以及各供水支线，输水工程沿线主要有输水隧洞、压力管线、渡槽、倒虹吸、埋涵、节制分水闸及退水闸等建筑物。

2 隧道开挖中水电站引水工程部分TBM选型

TBM施工是连续的施工过程，并且施工的机械化程度较高、劳动强度小、安全性好。但是工程地质条件对TBM选型具有很大的影响，引水部分的隧道开挖断面尺寸在TBM选择固定的型号后就很难更改。TBM的挖掘进展就有一部分取决于岩体的裂隙等级程度、岩石的韧性和单轴抗压程度。例如敞开式TBM多应用于硬岩的隧道掘进，但选择敞开式的TBM必须考虑通过软弱围岩能力、特殊地质地段的超前支护设备的使用、遇到瓦斯浓度超标的地段应及时开启通风设备等情况。

TBM施工适用于直径为1.5m～15m的圆形隧道，TBM掘进成型的圆形断面使输水隧道在断面积上得到充分的利用，特别是形成的光滑型岩面有利于减少输水通道的水头的大量流失。施工时对TBM主机型式的选择中，主要有敞开式、单护盾、双护盾、三护盾等多种类型的组合型式。并伴随着不断完善的TBM辅助功能，如锚杆设备的合理安装、高效的喷浆混凝土系统，挂网设置机构系统、拱架安装机型等迅速初等支护能力，并采用超前注浆和超前预报系统，TBM具有了先进的技术性能和完善的功能系统。TBM是由数十台大型设备的同一的整体，TBM的高效运转取决于每一台设备的正常运行，实时掌握工程进展中的工程地质条件，施工人员应合理地对掘进参数和支护设置要求进行调整。

3 引水工程隧洞开挖中的TBM施工工艺

3.1 施工程序

总体工艺程序为：爆破工艺试验→顶拱层中导洞开挖支护→两侧耳洞开挖支护→岩台上中槽→上中槽侧向保护层开挖→岩台深层锚固→岩台水平保护层开挖→岩台中槽开挖→中槽侧向保护层开挖→岩台周边系统加固→洞室底板水平保护层开挖。

各分区开挖施工工艺流程如下：测量放线→样架安装→样架精调→造孔施工→验孔→ 样架拆除→爆破参数设计及装药爆破→出渣清底→爆破效果检查。

3.2 施工方案

3.2.1 工艺性实验

工艺性试验结合现场生产进行试验，试验可分2～3次进行，可选取在TBM通过洞段顶拱、边墙和底板位置。通过试验确定相关部位的爆破参数、钻孔精度控制方法及岩台边角保护措施。

3.2.2 测量放样

根据已确定的分层分块设计图尺寸，放样各个断面的外部轮廓线，并采用红色喷漆进行标记。尤其是周边光爆孔，严格按照爆破设计的间距逐孔放样，并在后方2.5m～2.8m处标记孔向方位角，便于钻孔孔向精准控制。样架安装前，必须先放样开挖控制线，确定导向管下横杆的具体位置。

3.2.3 样架安装

在进行岩台光爆开挖时，为保证岩台棱角能完整的保留，提高爆破效果，采用φ50mm钢管搭设钻孔样架，样架整体稳定性须满足稳固要求。样架在初装阶段，导向管应有可调节余量，待精调后再加以固定。导向管下横杆距离岩面不宜大于20cm，上横杆距离岩面不宜大于40cm，导管长度不宜大于50cm，上横杆严禁作为钻孔操作平台受力杆。搭设钻孔操作平台，铺设马道板，另行采用脚手架进行搭设。安装完成后进行样架调整，导向管底部距离岩石面3cm-5cm为宜，在每个导管的孔口标明每个钻孔孔底距离导向管管口的深度，以保证钻孔孔底标高一致（误差±5cm）。

3.2.4 钻孔施工

采用手风钻进行垂直孔钻孔，垂直钻孔需要套钻实施，并且钻孔深度不宜大于2.5m，超过2.5m不宜将钻杆拔出，造成钻杆卡住，只能置于孔内，不仅造成钻孔报废，而且造成钻杆、钻头不能再利用。鉴于上述问题，可优化为水平钻孔或上斜孔，在样架能实施的情况下便于深孔操作。

4 施工时的重点注意事项

根据爆破设计图在开挖断面上标注出爆眼位置，定人、定区、定量钻孔。岩台部位钻孔时应搭设钻孔样架，精准定位后方可开钻。严格按布孔施钻，注意“飘钻”，保证炮孔质量。钻孔精度按设计施工，并检查验收，当开挖面凹凸较大时，按实际情况调整炮眼深度使所有炮孔底部在同一垂直面上。周边孔沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不应大于5cm，炮孔外偏斜率不应大于50mm/m；其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。光面爆破炮孔痕迹应在开挖轮廓面均匀分布；炮孔痕迹保存率：完整岩石在80%以上，较完整和完整性差的岩石不少于50%，较破碎和破碎岩石不少于20%；爆破作业排烟结束后，安装专人对爆破效果进行检查，排险。施工过程中应严格执行施工工艺流程，抓好每个环节。未经工程技术负责人批准，现场作业人员无权变更施工方案、工艺。严格按设计要求和施工技术规范进行。

5 结语

根据该隧洞TBM掘进段的反坡排水设计和实际使用效果分析，有四点施工体会供参考：一是TBM反坡排水设计，采用分级抽排的方案可行，较为稳妥，但需大致了解隧洞突涌水特性、掌握水泵性能和相邻建筑(或标段)关系，这些需要提前研究；二是在进行反坡排水设计时，需对配电等配套设施等一并考虑，并充分考虑应急电源设置，做到快速切换；三是应及时进行注浆堵水，减小抽排压力；四是特长、深埋、大断面的反坡施工隧洞，尤其是采用TBM设备施工时，选择排水方案设计一定要慎重，否则将对TBM设备及人员安全带来极大危害。