双护盾TBM水工隧洞施工质量控制措施分析

段正强

摘 要：当前，在地层掘进作业中，双护盾TBM获得广泛应用并取得较为显著的效果，其具有适应性强、效率高、可掘性好等优点。在较为复杂的地质环境下，人们要采取合理的控制措施，保证水工隧洞施工的连续性、稳定性与安全性，这依旧是双护盾TBM施工的一项重要研究内容。所以，本文首先概述了双护盾TBM施工技术，然后结合案例实践，分析双护盾TBM水工隧洞施工的重点和难点，进而探讨强化施工质量控制的有效措施，以期为相关施工提供有益参考。

关键词：双护盾TBM;隧洞施工;质量控制

中图分类号：TV554.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）03-0095-03

Analysis of Construction Quality Control Measures of Double

Shield TBM Hydraulic Tunnel

DUAN Zhengqiang

（Guangdong No.2 Hydropower Engineering Co.， Ltd.，Guangzhou Guangdong 511340）

Abstract： At present， dual-shield TBM has been widely used in stratum excavation operations and achieved significant results， which has the advantages of strong adaptability， high efficiency， and good excavability.In a more complex geological environment， people must take reasonable control measures to ensure the continuity， stability and safety of hydraulic tunnel construction， which is still an important research content of double-shield TBM construction. Therefore， this paper first summarized the double-shield TBM construction technology， and then combined case practice to analyze the key points and difficulties of the double-shield TBM hydraulic tunnel construction， and then discussed effective measures to strengthen the construction quality control， in order to provide a useful reference for related construction.

Keywords： double shield TBM;tunnel construction;quality control

榕江關埠引水工程的主要任务是在优先实施练江流域控源截污工程和保障榕江水资源水环境安全的前提下，实现榕江～练江水系连通，改善练江流域水环境及水生态质量。

1 双护盾TBM水工隧洞施工重点和难点

1.1 掘进距离长，难以确保设备使用寿命与可靠性

通常，水工隧洞洞径较小，全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）独头掘进距离远，通风距离长，连续皮带输送距离远，通风和出渣系统技术难度大，可靠性要求高[1-2]。因此，TBM系统、出渣皮带机、通风系统等配套设备的选型设计、监制、监测诊断和维修保养特别重要，可以确保设备长寿命和可靠性，是隧洞按期成功贯通的关键技术问题之一。

1.2 施工优化布置和施工运输存在难点

在隧洞施工中，TBM设备、管片、物料和人员需要从明挖段基坑运进，基坑场地较小，洞内、外均需要协调布置，才能保证TBM高效安全掘进。TBM从明挖段基坑运进、组装和始发，现场组装时TBM及其后配套进场顺序，主机、后配套、皮带机、通风系统、轨道系统安装程序需要周密合理安排;运行期，主洞连续皮带机、基坑转接固定皮带机、通风系统、运输轨道编组系统和拌合站需要统筹协调布置。轨道运输需要优化布置，合理布置道岔和配置编组列车。因此，优化洞内、洞外统筹布置以及施工运输均对TBM后期高效施工有很大影响，是重点考虑的问题[3-4]。

1.3 TBM设备零部件及参数优化匹配

隧洞掘进过程中难免遇到坚硬完整、岩石强度高的围岩，刀具磨损消耗和检刀、换刀时间将会增加，主轴承、刀盘振动受力较大，刀盘焊缝开裂风险加大，选用好刀具，减少换刀时间，加强刀盘刀具、主轴承检查监测和维护保养，应成为本标段TBM施工重点之一。此外，由于大多数围岩洞段较为坚硬完整，TBM掘进贯入度相对较小，刀盘推力、刀盘转速等掘进参数需要优化和匹配，以保障进尺速度高、设备寿命长，这应是本标段工程的重点之一。同时，应加强TBM管片拼装和施工运输管理，提高设备掘进效率，减少TBM掘进的延误时间[5-6]。

1.4 穿越断层破碎带等不良地质洞段时存在安全风险

隧洞开挖会面对较为复杂的工程地质，甚至会存在多条较大的断层破碎带，这些断层胶结差、较破碎，多数沿冲沟发育，大部分两端连接有山塘水库，是良好的导水及储水体，这些断层、软弱破碎洞段可能造成塌方、刀盘及护盾被卡被埋等风险。若软弱破碎围岩同时出现涌水，TBM存在沉陷被困、TBM被淹的风险，人们需要进行超前处理。这些不良地质洞段都是影响TBM施工进度和施工安全的关键技术问题。

2 双护盾TBM水工隧道施工质量的控制措施

2.1 提高TBM及配套设备的寿命与可靠性

一是做好刀盘设计审查，提高刀盘强度和刚度，优化耐磨设计，做好刀盘焊接和制造监制工作，加强施工中刀盘、刀具的检查和维护。TBM选型设计要选用大尺寸主轴承，工厂要做好主轴承组装监制工作;TBM运行中采用在线监测、油样分析、振动监测等技术手段，加强主轴承润滑和状态监测。二是聘请TBM专家，做好TBM及其后配套设计方案，优化出渣皮带机、通风系统、轨道运输系统选型设计，确保TBM及其后各个配套系统具有较长的运行寿命、较好的可靠性以及较高的施工效率。三是建立全面有效、突出重点的设备状态监测与维护保养技术方案，以刀盘、刀具、主轴承、主轴承密封、刀盘驱动系统和主机液压系统等为重点监测对象;综合采用运转参数监测、油液磨损分析、油品理化指标分析、振动分析、噪声诊断和无损探伤等监测诊断方法;完善维护保养规程，严格遵循维护保养规程要求。四是根据不同围岩条件，优化匹配TBM的掘进推力、刀盘转速等参数，降低TBM振动，提高TBM寿命和进尺速度。

2.2 优化始发基坑布置和施工运输

一是对始发基坑内TBM组装和运行期布置优化统筹考虑，既要提高TBM组装速度，也要方便TBM施工运行期高效作业。集水井、皮带机主驱动、管片吊装系统、豆砾石料储料上料系统等部位可适当进行基坑临时扩挖。二是在进行始发导洞施工的同时进行TBM组装调试，尽快具备TBM步进条件。結合TBM各部件系统出厂运输和到场时间，规划好TBM出厂运输顺序，在TBM运输过程中，即完全到场之前就开始组装。TBM及其后配套系统在始发和步进洞进行调试时，同步进行皮带机、轨道系统、通风系统和拌合系统安装。三是TBM出碴连续皮带机采取悬挂布置方式进行布置，利用隧洞下部空间满足洞内单线和双线轨道布置要求，将通风软管布置在洞顶。隧洞内风水管线、连续皮带及电机车布置如图1所示，图中，除了电缆截面面积外，其他参数值的单位均为毫米（mm）。四是随着隧洞施工距离的加长，在中间设置接力集水井和排水泵站，隧洞连续皮带机将优化设计，必要时在拐弯处设置中间驱动，以利于降低皮带拉力和张力控制。

2.3 优化TBM零部件及掘进参数

首先，TBM设计阶段，根据工程隧洞断面高强度和坚硬的花岗岩工程地质条件，参考实践经验，对刀盘与刀具布置数量、刀具安装方式、刀间距选择以及刀具尺寸大小等设计参数进行针对性分析、论证，进而确定最佳刀盘、刀具和主轴承布置方案，达到最佳破岩效果，提高掘进效率。其次，根据工程高强度、坚硬、完整性好的花岗岩隧洞围岩特点，选择直径合理的滚刀，配备强度适合、高韧性、不易崩裂、耐磨性好的刀圈，以提高刀具磨损寿命，减少刀具消耗，降低TBM停机时间，提高掘进速度。此外，根据地质特点，前期试掘阶段合理选取TBM推力、刀盘转速、贯入度等最佳掘进参数，掘进过程中根据地质条件变化及时对掘进参数进行调整，确保掘进效率高、刀具损耗小[7-8]。

2.4 加强对不良地质洞段的施工控制

一是TBM在特殊岩洞段、断层破碎带等不良地质洞段施工时，尽量降低掘进对围岩的扰动，采用微扰动掘进模式，适当降低各项掘进参数，连续匀速通过不良地质洞段，避免或降低围岩坍塌对TBM掘进的影响，加快管片安装速度，减少管片拼装对TBM掘进的延误，避免TBM在不良地质洞段停滞时间过长，规避风险，缩短工期。二是结合对超前钻机、实时地质探测系统、三维地震波、TST超前地质预报系统等先进技术的合理运用，做好超前地质预报工作，及时调整掘进参数和准备好相应处理措施。三是对于特别软弱的破碎带、涌水洞段，可采取超前注浆等超前处理技术方案，提前对前方地质进行必要的加固处理，再进行掘进通过。软弱变形大洞段可利用TBM进行扩挖，加大洞径开挖，以较快掘进速度尽快通过不良地质段。

2.5 提高施工组织管理高效性，确保按施工工期完成

首先，要建立适合TBM施工特点的现代施工组织管理体系和组织机构。要建立现场不良地质问题和设备故障问题的快速反应机制，建立有效的“经理—专家—工程师”三位一体协同工作运作模式，与常驻现场的TBM技术专家、TBM厂家技术人员形成相互配合的有机整体，提高TBM设备完好率和掘进作业率，降低设备和施工风险，从而保障掘进进度。其次，所有岗位均制定明确、科学的岗位职责，制定完整的奖惩制度，制定详细的作业指导书;建立先进快捷的TBM施工作业计算机分析决策系统，随时进行掘进参数、进尺、设备完好率和工时利用率等作业性能的查询和分析，指导和改进后续施工。同时，建立现代化远程监控系统。此外，加大力度引进和培训TBM专业人员，包括工程师、专家、管理人员和技师。要提出并实施一套系统技术与管理人员培训计划，加强各类人员培训，提高人员素质和管理技术水平。

3 结语

当前，在水工隧洞中，双护盾TBM发挥了极为重要的作用，所以，相关工作人员要明确双护盾TBM水工隧洞的施工要点，并采取有效的施工质量控制措施，以切实发挥双护盾TBM的作用与优势，进而更好地提高我国水工隧洞的施工质量与效率。

参考文献：

[1]张志强，王旭春，卢泽霖，等.基于掘进参数的TBM破碎带施工围岩稳定性分析[J].青岛理工大学学报，2020（5）：30-36.

[2]余国军.双护盾TBM在杭州第二水源输水工程的应用与挑战[J].科技和产业，2020（7）：176-180.

[3]吴圣智，王明年，李磊，等.双护盾TBM施工隧道豆砾石回填层对地表沉降影响机理[J].中国铁道科学，2020（4）：82-90.

[4]罗长征.城市地铁双护盾TBM穿越不良地质技术[J].价值工程，2020（11）：209-210.

[5]蒙先君.长距离双护盾TBM施工探讨[C]//中国土木工程学会隧道及地下工程分会隧道掘进机（盾构、TBM）专业委员会第六次学术与技术研讨会暨新型无轨TBM推介会.2008.

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[8]王青波.地铁双护盾TBM隧道渗漏水原因及整治施工技术[J].交通世界，2020（29）：48-49.