关于TBM在较破碎围岩条件下刀盘维护作业的一些建议

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摘要：对于TBM施工而言，地质围岩条件对TBM快速安全施工影响甚大，长距离TBM隧洞施工，必然存在刀具的更换甚至是刀盘的维护。本文结合巴基斯坦NJ-TBM隧洞施工经验，介绍了在较破碎围岩条件下，如何安全快速的进行TBM换刀及刀盘维护工作，提出了施工中需要避免和注意的一些问题。

关键词：TBM；破碎围岩；刀盘维护

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、引言

巴基斯坦NJ-TBM隧洞为NEELUM-JHELUM（以下简称“N-J”）水电站工程的两条引水隧洞，NJ工程为长隧洞引水式水电站，在NEELUM河上的NAUSERI建拦水坝和取水口，开挖一条穿过JHELUM河的引水隧洞将河水引入设在CHATTAR KALAS的地下电站厂房，利用其间河水天然落差发电，电站尾水经尾水洞再次汇入JHELUM河。电站总装机容量963MW，工作水头为420m。TBM施工段为双线洞，采用两台TBM自下向上逆坡掘进，单台TBM掘进长度约为11.205km，顺水流方向左、右侧洞的设计纵坡分别为0.778%、0.786%，设计开挖直径为8.5m。

工程区地层多属于第三系Murree组岩层，Murree组地层均由砂岩和页岩（泥岩）组成，互层状，广泛出露于工程区，厚达几百米。

构造上地层受强烈挤压，多呈紧闭的褶皱，多次被错断、挤碎；局部呈敞开式宽阔褶曲，地貌上呈一连串悬崖陡坡，在陡立的山脊或河谷处岩体已风化。

引水隧洞洞线各岩层受构造影响强烈，遭受多次变形，紧闭褶曲发育。砂岩中节理很发育，页岩（泥岩）大多受剪切，常见有4～5组节理和少量随机节理。大多数大的节理面见有擦痕，充填有方解石或粘土；软弱带和断层常见，一些顺层发育的剪切带厚度相当大，为2m至大于20m。剪切带或软弱带一般发育于页岩（泥岩）所占比例较多的地段。

隧洞TBM采用HK生产的两台编号S-696和S-697敞开式TBM，为适应巴基斯坦特殊地质条件配备超前钻机和伞状钻机，刀盘面板焊接有94块耐磨板，刀盘外缘焊接有条块状耐磨条，刀盘材料采用国标Q345R或欧标S355J2G3牌号钢材，耐磨材料采用Hardox400。刀盘布置58把滚刀，其中中心配置4把双刃滚刀。

由于NJ-TBM引水隧洞全长约11.5km，根据前2kn的试掘进情况，刀具更换频繁，刀盘耐磨块磨损较大，长距离掘进如不进行刀盘的维护，必然将威胁到刀盘的使用安全，造成工程的停滞。在巴基斯坦此种地质条件下如何进行刀盘维护的研究，具有很现实的指导意义。

二、施工建议

1、将被动维护变主动维护

根据NJ-TBM的施工经验来说，主动维护刀盘将大大降低维护刀盘的施工风险，施工中不可抱着侥幸的心理，认为刀盘还有有部分保护，花好几天停机进行刀盘维护不值得，但当不得不需要维护时，发现地质条件等各方面因素都不是最合适的，被动停机维护刀盘将严重打乱正常的施工安排，各项准备工作也是仓促进行，这些都将很大的影响维护刀盘的工作，所造成的损失比主动维护要大的多。先从以下几个方面谈谈主动维护的工作：

1.1确定具体维护地点

总结试掘进进尺米数下刀盘磨损情况及日常刀具检查情况，综合判断在类似围岩条件下，刀具刀盘所能掘进的米数，有计划的组织安排刀盘维护。刀盘维护的具体地点可根据要检修前几个班的TST、超前钻地质预报、出露围岩情况、掘进参数、皮带出渣情况综合预判定一个区域，然后由地质人员进入刀盘掌子面检查围岩情况，是否需要加固措施，而后再进行刀盘的维修。

1.2相关刀盘维护材料设备工具的准备

刀盘的整体维护涉及到刀具、耐磨块、特种焊条等相关材料的准备，以及为拆刀，装刀，施焊等作业需要用的专用设备和工具，这些设备材料工具的准备将直接影响刀盘整体维护施工的连续性和效率。这里特别提醒下，就是对焊接材料质量要求及准备。刀盘焊接修复，不是普通的焊接，要求很高，如果因焊接质量不达标，将失去主动修复的意义，费工费时且得不偿失。

2、维护的注意事项

2.1刀盘修复空间的预留

正常掘进时TBM刀盘是紧顶着岩面的，但刀盘维护至少需要1.5m左右的作业空间，这就需要在维护刀盘时进行退刀，且掌子面要能保持稳定，使修复工作能在安全的环境下进行。

在基本确定了预停机区域后，TBM指型护盾后方就不施工锚杆等突出型支护，而造成TBM无法后退，但可将钢筋网片紧贴岩面铺满顶拱区域，起到一定的保护作用。

TBM退刀约1.5m，在TBM退刀时，必须安排专人负责照看延伸电缆、皮带支架、延伸水管，TBM主司机要和各部位照看人员通讯畅通，出现异常情况立即停止退刀，排除问题后再进行退刀。

刀盘退到预定位置后拆除部分滚刀和人孔进行喷混作业，喷混作业前通风管要接入掌子面，除尘风机打开，喷混各管路延伸入刀盘前方。根据章子面围岩情况部分或全部喷射薄层C35素混凝土。

2.2维护工序

2.2.1清理刀盘刀具混凝土，拆除边缘滚刀

喷混结束后及时清理刀盘刀具上的混凝土，以方便拆除刀具。然后拆除最边缘滚刀。

2.2.2刀盘底部两侧（4-5点和7-8点方向）控制弱爆破

为了使刀盘维护的效率更高，采取在刀盘两侧采用弱爆破结合人工凿除的方式清理出可供焊工施焊边缘耐磨条的作业空间，关于爆破要由专业的爆破人员实施，并且在爆破前做好对刀盘刀具的保护工作，采用多次小爆破，避免对刀盘和刀具的影响。

2.2.3清理爆破渣料，检查边缘滚刀座和耐磨条并修复焊接。

爆破后人工清理渣料，并根据tbm设备供应商提供的技术资料检查边缘滚刀刀座和边缘耐磨条的磨损情况，做好相关影像和检查记录。然后按要求两侧进行同步施焊。

2.2.4同步检查面刀刀座及刮刀铲刀

焊接边滚刀的同时可以同步检查其他靠中心区域滚刀，及刀盘面板保护的耐磨块，根据检查情况实施修复焊接。

2.2.5检查刀盘分块焊缝及铲刀铲齿

刀盘由中心块和边缘四块连接而成，连接处采用螺栓和焊接连接，此处在可在其他部位焊接时进行检查；同时铲刀的铲齿也一并进行检查焊接。

2.2.6完成修复检查符合TBM设备供应商要求后安装刀具恢复掘进

刀座、耐磨条等的修复可以在焊完一处后就进行，尽量减少影响其他部位的焊接。

三、结论

刀盘维护是一项系统的工作，一般耗时较长，对工作环境要求也较高，只有统筹安排，合理规划，做好平时刀具更换及地质情况的基础记录及数据的分析，才能在较破碎围岩地质条件下合理规避刀盘维护的风险，保障TBM快速稳定的掘进。