超长隧洞TBM施工关键技术分析
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摘要：我国目前的TBM施工技术无论是设计还是施工方面都正处于形成过程，尚属起步阶段。本文以“引黄入晋”工程为例, 研究和分析了TBM适用条件、掘进参数确定和隧洞衬砌理论等，同时也对超长深埋岩石隧洞施工中采用tbm技术的一些关键技术进行了介绍,可提供参考和借鉴给其它类似工程。
1. TBM工程的建设条件
对TBM进行拟采用施工的各类隧洞工程应根据TBM施工作业的特点,对影响布置TBM的使用寿命、围岩、排水和现场地形等基本条件进行考虑。若存在富水洞段情况,应逆坡布置TBM、逆坡掘进,防止TBM设备在出现断电现象时被淹没以及其他人身事故；每台TBM在一般情况下的平均使用寿命约为20-25km，所以对TBM进行使用时,对其掘进长度应该留有余地；若局部洞段存在软土填充情况,应针对性的采取施工措施或预案；应尽量使进出口场地平坦和开阔, 具备对混凝土预制管片厂和生产生活营地进行布置的条件，同时也要满足TBM设备交通、出碴、进料、拆卸、安装的需要；对包括特殊地质和不可抗拒等其他因素进行考虑。
2.TBM施工的若干关键技术分析
2.1 TBM掘进参数
围岩强度和类型决定了TBM的掘进速度，如在引黄入晋工程强度适中的灰岩洞段,掘进速度可达2.4-3.2 m/h，而在红粘土洞段,其掘进速度最多才达到仅5m/d。因为TBM掘进时会遇到各种异性特征的岩石,所以掘进参数就呈动态变化。故而在实际工程中若要采用TBM，就需对TBM的原始掘进纪录和管片类型、出碴性状、围岩特征与该岩石隧洞TBM掘进参数之间的相互关系进行查阅和归纳。对TBM围岩特征、碴石性状、规范分类、围岩分级等指标的相互对应关系进行逐一的建立。大致确定在不同围岩条件下TBM的掘进参数,当然在实际中，还要结合TBM对围岩和不同工程的具体反应,进一步完善和细化TBM掘进参数。
2.2 TBM在膨胀岩带的施工技术
TBM施工受膨胀岩的影响主要体现在2方面: 第一, 衬砌管片受膨胀岩不均匀分布,围岩局部偏压、受力大的影响,容易破坏、失稳和变形；第二, TBM护盾和刀具被膨胀岩的缩径效应挤压,严重时会出现“卡钻”现象。为了最大限度的对隧洞衬砌的受力状况进行改善，应采取圆形隧洞断面。包括:运行期进行安全监测；对衬砌管片的配筋进行加强；对围岩含水量和施工用水的变化进行控制；开挖中预留变形量；尽早封闭围岩，施工期快速通过等主要施工措施另外，限制施工用水是TBM施工控制的关键,所以应尽量避免施工段长期积水。
2.3 TBM在有害气体和煤层段的施工技术
TBM施工技术主要包括施工操作技术和安全预防技术两个方面。收回前后支撑, 推进TBM前行可以依靠辅助推力缸来抵住已安装好的管片环，减少掘进推力,降低刀盘转速,是TBM施工的主要操作技术；①运行期检测洞内水质；②避免突发事件，预防好岩体滑动和塌方以及煤岩粉尘爆炸；③采用防爆设备，对施工期安全用电进行控制和确保；④施工期进行气体含量监测、瓦斯引排和通风。⑤对岩体完整性和前方煤层含量、成份、分布等，根据前期勘察资料进行分析, 为了防止瓦斯泄漏，必要时要进行超前预注浆堵塞岩石裂隙,这些是主要的安全预防技术。
2.4 TBM在高外水段的施工技术
TBM掘进在高外水洞段进行施工时,由于多方面原因容易造成安全隐患。因此, 在高外水洞段施工中,主要采取以下施工措施:①在地下水呈股状或线状溢出的洞段,对围岩进行控制排水和固结灌浆，防止生态环境和区域水文地质由于隧洞长期排水而受到不利影响；②地下水在管片接缝处呈线流、滴渗状态溢出时, 为了达到排水减压效果，可以在围岩上通过管片布设排水孔；③为了提高衬砌管片抵抗外水压力的能力，需要对管片接缝的耦合度和管片结构进行改善。另外，在该洞段施工前,主要采取以下施工措施: ①对洞周孔隙水压力在运行期间实施动态监测以及进行安全监测；②尽量对因大量排水而使得当地的水文生态环境恶化进行避免，排水可设于固结灌浆圈内, 兼顾排水, 以堵水为主降低地下水位。③施工期间排水减压。④进行超前探测,探明地下水水质、涌水量、水头等,必要时还要进行超前预注浆堵水。
2.5 TBM在岩溶带的施工技术
溶洞填充物的物理力学性质由于在隧洞通水运行期长期渗水,可能会恶化, 洞周土体甚至会被掏空，管片衬砌为拼装结构,所以对偏压受力、局部不均匀沉陷、基础沉降等现象较为敏感，整体性差。因此，通常以适量的超前探测辅助TBM掘进在溶洞发育地段的进行,结合探测到的掌子面前方情况,有针对性的采取施工对策；因无法使得TBM在掘进过程中正常通过无充填物溶洞(空洞),所以就需要采取绕避、架设桥梁、打支洞、回填等主要措施进行预处理。
2.6 TBM在断层带的施工技术
TBM在断层洞段的施工中,应对产状、规模和断层特点的影响进行考虑。对于走向近乎平行于洞线或宽度较大的断层,应降低TBM推力和刀盘转速、减少刀具单位时间出碴量和喷水量，快速不停机的通过，若不奏效,采取超前灌浆加固围岩。对于和隧洞斜交或正交、延伸范围有限的中小断层,需在涌水洞段进行排水。某些情况下还需使用加强配筋的重型管片衬砌对该洞段进行固结灌浆，因为围岩在断层破碎带超前灌浆后仍会有较大的山体压力,若再有外水作用,围岩的稳定条件就会很差。另外，在施工中也可结合前期勘察资料,利用工作间隙,适量的进行超前探测和超前预报。
3.结语
我们可以从“引黄入晋”工程对TBM技术的的成功应用中总结出如下结论:对施工方案进行制定时,应坚持“避重就轻，以岩为主”的处理原则；为了对管片的受力条件和管片的拼装效率进行有效的改善和提高，可以采用六边形蜂窝状管片做衬砌,管片之间没有任何连接件，以马赛克结构型式进行拼装,以球窝面接触为管片纵缝；TBM具有贯通隧洞的精度高、施工安全、支护费用低、效率高、施工速度快等优点。
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