雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)洞軸線糾偏實(shí)例

張曉生

（山西省水利建筑工程局，太原030006）

1 工程概況及地質(zhì)條件

同忻礦井建設(shè)項(xiàng)目位于大同市西南約20 km，大同煤田北東部。

本標(biāo)段為A標(biāo)段，主要工作內(nèi)容為主斜井井筒及相關(guān)工程，主斜井擔(dān)負(fù)全礦的煤炭運(yùn)出任務(wù)，井筒傾角5°08′，斜長(zhǎng)4 545.0 m，凈寬6.0～5.6 m。運(yùn)輸工具為帶式輸送機(jī)。該地區(qū)為第四系下部以棕紅色亞黏土、亞砂土為主，含鈣質(zhì)結(jié)核；上部以淺黃、黃褐色馬蘭黃土為主，分選較好，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度較低。下部侏羅系巖性以中砂巖、粗砂巖為主；二疊系以灰白色砂巖、砂質(zhì)泥巖組成；石炭系巖性以粗、細(xì)碎屑巖為主。

2 事故說(shuō)明

同忻礦主斜井TBM在掘進(jìn)至樁號(hào)159.335 m時(shí)，該段右側(cè)為破碎帶巖層，并出現(xiàn)大量塌方，刀盤中心線偏右1.487 m，奇偶主推油缸伸出行程相差8 cm，牽引油缸左側(cè)伸出86 cm，右側(cè)伸出77 cm，連接橋左側(cè)的人行道已頂住洞壁，1號(hào)皮帶機(jī)尾（相對(duì)2號(hào)皮帶）中心線明顯左擺，即在短距離內(nèi)洞軸線發(fā)生嚴(yán)重偏移現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)TBM可以向前掘進(jìn)，但刀盤和前護(hù)盾通過(guò)主推油缸不能收回向后推移（經(jīng)調(diào)高壓力也不能收回）。

3 事故分析

當(dāng)時(shí)具體情形是：TBM可以向前掘進(jìn)，刀盤和前護(hù)盾通過(guò)主推油缸不能收回向后推移，但后盾體部分卻能自由后退或前進(jìn)，初步分析：首先普遍認(rèn)為刀盤和前護(hù)盾不是因邊刀磨損被夾住，故排除；第二，154-273TBM的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎半徑為R1 500 m，而目前掘進(jìn)自由弧的半徑約為R300～R600 m，很可能是前護(hù)盾和伸縮外盾處因偏角過(guò)大與左側(cè)洞壁之間產(chǎn)生嚴(yán)重摩察，甚至已切入洞壁巖層，致使機(jī)頭不能后退；第三，由于伸縮護(hù)盾部分左右上下都存在夾角，故伸縮內(nèi)外盾之間肯定也存在別勁現(xiàn)象。

另外，根據(jù)測(cè)量人員提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在電腦上作出TBM掘進(jìn)路線：其擬和線為自由弧段，并以刀盤處為基點(diǎn)，在自由弧段作切線，量得伸縮外盾末端處（作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)）應(yīng)切入左側(cè)巖層30 mm左右。而前護(hù)盾和伸縮外盾之間為剛性連接，約6 m，在短行程內(nèi)肯定為直線運(yùn)動(dòng)，這樣的話，機(jī)頭根本無(wú)法后退。確定以上分析是致使機(jī)頭不能后退的主要因素之一，牽引油缸和1號(hào)皮帶機(jī)雖然都存在別勁現(xiàn)象，但都不是主因，故不需拆除。況且，牽引油缸還有一個(gè)作用就是在退前盾時(shí)可以通過(guò)皮帶架提供一個(gè)向后的拉力。

主因判斷方法：先將主推油缸全部收回，拆除伸縮內(nèi)盾和后盾體之間連接油缸和行程檢測(cè)油缸，通過(guò)外力或加工輔助剛結(jié)構(gòu)將伸縮內(nèi)盾向前移直至與伸縮外盾全部重疊，然后再把主推油缸行程全部伸完，打開(kāi)后支撐油缸進(jìn)行收刀盤動(dòng)作：如果能夠收動(dòng)，說(shuō)明第三種分析為主因；否則，第二種分析為主因。

最后確定主因?yàn)榈诙N分析，即前護(hù)盾和伸縮外盾處因偏角過(guò)大與左側(cè)洞壁之間產(chǎn)生嚴(yán)重摩察，致使機(jī)頭不能后退。

針對(duì)上述情況，經(jīng)過(guò)有關(guān)技術(shù)人員和專家進(jìn)行事故分析和討論后，最后對(duì)繼續(xù)向前掘進(jìn)和TBM整機(jī)后退兩種方案進(jìn)行了比選，決定采用后者。

4 TBM整機(jī)后退方案實(shí)施的基本步驟

將TBM整機(jī)（包括后配套部分）后退80 m（如果有必要的話可繼續(xù)向后推移）；

后退過(guò)程中逐步拆除已安裝好的剛拱架、底管片及道軌；

后退完畢后，將80 m段內(nèi)的左側(cè)巖壁全部按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行爆破擴(kuò)挖；

TBM采用單護(hù)盾模式向前掘進(jìn)，并將渣料掘出，逐步向左偏移直至回到設(shè)計(jì)洞軸線，同時(shí)逐步安裝剛拱架、底管片及軌道；

到達(dá)掌子面后，采用雙護(hù)盾模式向前掘進(jìn)；

TBM通過(guò)后，將不符合設(shè)計(jì)要求的斷面修整合格。

5 需處理的主要兩部分

5.1 后配套部分

經(jīng)初步計(jì)算得出后配套所需牽引力約為70 t左右，可在洞口部位利用洞口兩側(cè)的鋼筋混凝土墻體作為支撐點(diǎn)，通過(guò)兩根輔助油缸（300/240×2000）倒替伸縮行程配合主推缸伸縮將后配套向后推移，液壓系統(tǒng)油路可從3號(hào)皮帶機(jī)液壓站接出。需要注意的是：后配套和主機(jī)的后退步驟必須協(xié)調(diào)好，以主推缸伸縮行程為基準(zhǔn)。

另外，在機(jī)尾設(shè)4個(gè)25 t導(dǎo)鏈配合輔助油缸動(dòng)作，同時(shí)與原剎車系統(tǒng)一起為后配套保持靜止時(shí)提供向后的作用力。注：后退時(shí)為上坡動(dòng)作。

5.2 機(jī)頭段擴(kuò)挖

對(duì)采用小炮爆破和人工鑿巖進(jìn)行比選，最后選用前者，從尾盾左側(cè)開(kāi)始向前掘一個(gè)小巷道至前盾處，小巷道高2.5～3 m（必要時(shí)可適當(dāng)加高），寬70 cm左右，人工和皮帶機(jī)配合出渣，然后試機(jī)后退。因?yàn)榍罢弑群笳吣軌虼蟠蟮乜s短時(shí)間和節(jié)省人力，但需注意的事項(xiàng)有：做好防護(hù)措施；把握好裝藥量；爆破時(shí)將洞內(nèi)的所有的電源全部關(guān)閉；帶班人員時(shí)刻注意安全。

在TBM退后一定距離后即可以開(kāi)始施工先從掌子面徑向鉆孔爆破，待爆破出臨空面后改為軸向爆破，以控制超挖，由人工清理出擴(kuò)挖范圍。

擴(kuò)挖全部完成后，由TBM采用單護(hù)盾模式向前掘進(jìn)，并啟動(dòng)刀盤將渣料送出洞外，操作手逐步向左調(diào)偏直至回到設(shè)計(jì)洞軸線，同時(shí)逐步安裝剛拱架、底管片及鋪設(shè)軌道。TBM接觸掌子面后，在右側(cè)后支撐靴上面墊枕木或特制的剛結(jié)構(gòu)使后支撐壓力達(dá)到掘進(jìn)要求，然后采用雙護(hù)盾模式向前掘進(jìn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在通常情況下，TBM施工過(guò)程中是不會(huì)出現(xiàn)整機(jī)較長(zhǎng)距離后退現(xiàn)象的。如果在遇到非常差的、左右不均勻的地層時(shí)，這時(shí)測(cè)量及相關(guān)部門一定要時(shí)刻嚴(yán)密觀察洞軸線的方向偏移，及時(shí)告知操作手隨時(shí)做出調(diào)整，以免造成更大的失誤，增加工程費(fèi)用。上述情況是一個(gè)教訓(xùn)！同時(shí)也積累了經(jīng)驗(yàn)。以供從事TBM施工的廣大施工技術(shù)人員分享和借鑒。