超長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)與控制

吳根生 王玉芳 王群

【摘 要】深埋超長(zhǎng)隧洞工程與其他工程項(xiàng)目相比，由于具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等突出特點(diǎn)，工程多采用TBM施工技術(shù)進(jìn)行掘進(jìn)施工。每個(gè)隧道工程都有本身的特征，文章結(jié)合遼寧大伙房水庫(kù)輸水工程和遼寧省東水西調(diào)工程TBM在實(shí)施過(guò)程中遇到的主要風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，提出長(zhǎng)隧洞TBM施工風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策與建議，為我國(guó)深埋超長(zhǎng)隧洞TBM施工提供可借鑒的寶貴建議。

【關(guān)鍵詞】超長(zhǎng)隧洞 TBM 掘進(jìn) 風(fēng)險(xiǎn)與控制 施工

1 引言

自上世紀(jì)90年代初TBM施工技術(shù)引入我國(guó)甘肅引大入秦工程，特別是遼寧大伙房水庫(kù)輸水工程成功應(yīng)用后，TBM在我國(guó)的鐵路、水利行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越普遍。由于有些工程所處位置的地理、地貌、環(huán)境保護(hù)等的特殊性，隧洞獨(dú)頭掘進(jìn)的長(zhǎng)度達(dá)到25km。

2 TBM掘進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)

深埋超長(zhǎng)隧洞工程與其他工程項(xiàng)目相比，由于具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等突出特點(diǎn)，僅僅從有資質(zhì)和業(yè)績(jī)的TBM制造商那里訂購(gòu)一臺(tái)特別選型的TBM還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，發(fā)揮TBM掘進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)還需要施工單位的努力，每個(gè)隧道工程都有本身的特性，而且每個(gè)施工單位都有自己的傳統(tǒng)和觀點(diǎn)。因此，在工程建設(shè)中，TBM設(shè)備、施工隊(duì)伍和施工人員操作技術(shù)水平等對(duì)工程的建設(shè)有直接影響。

3 TBM掘進(jìn)的影響因素

由于TBM施工技術(shù)方案與工藝流程復(fù)雜，且不同TBM選型其工法又有不同的適用條件，貿(mào)然采取某種方案、技術(shù)和設(shè)備勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，整個(gè)工程的建設(shè)周期長(zhǎng)、施工環(huán)境條件差，這些對(duì)施工單位人員都很容易產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致出現(xiàn)各種意外風(fēng)險(xiǎn)事故。如果施工控制措施不完善，可操作性差，組織機(jī)構(gòu)人員不落實(shí)，施工控制信息不暢通，有效控制方法落后，管理人員素質(zhì)差，組織不力等，勢(shì)必將給工程帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。施工過(guò)程中必須重視地質(zhì)觀測(cè)的重要性，在詳細(xì)的預(yù)防性地質(zhì)調(diào)查與預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，充分考慮地質(zhì)條件對(duì)TBM的影響對(duì)TBM運(yùn)行起到積極意義。TBM通過(guò)合理設(shè)計(jì)和使用，可以規(guī)避不良地質(zhì)狀況所帶來(lái)的重大風(fēng)險(xiǎn)。

4 TBM掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)與控制對(duì)策

（1）強(qiáng)化設(shè)備維修保養(yǎng)，每日至少保證強(qiáng)制停機(jī)保養(yǎng)4小時(shí)；加強(qiáng)對(duì)各部位的監(jiān)測(cè)；尤其是主軸承（減速箱、主電機(jī)）這些關(guān)乎TBM設(shè)備的重要部件，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑系統(tǒng)流量，潤(rùn)滑脂脈沖次數(shù)以及迷宮密封處油脂擠出情況，經(jīng)常性地觀測(cè)軸承齒圈的磨損情況和振動(dòng)水平，利用換刀空隙，及時(shí)測(cè)量主軸承的軸向間隙，同時(shí)通過(guò)油液磨損分析和理化指標(biāo)分析，了解軸承磨損動(dòng)態(tài)。杜絕主軸承嚴(yán)重污染和密封過(guò)早損壞事故。主軸承使用壽命不低于20000小時(shí)，在一個(gè)大型工程同時(shí)有多臺(tái)TBM施工時(shí)，設(shè)備制造商應(yīng)在國(guó)內(nèi)備用一個(gè)主軸承。掘進(jìn)過(guò)程如需更換主軸承，則采用開(kāi)挖旁通洞或開(kāi)挖主軸承存儲(chǔ)間的辦法，進(jìn)行更換主軸承。

（2）安排好每日正常維修保養(yǎng)的作業(yè)內(nèi)容，盡量把需停機(jī)排除的故障安排到維修保養(yǎng)或者皮帶硫化停機(jī)時(shí)間內(nèi)一并排除，分解和化解維修保養(yǎng)壓力和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。壓縮換刀、調(diào)刀時(shí)間，換刀、調(diào)刀盡量安排在維修保養(yǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。在必須停機(jī)更換調(diào)整刀具時(shí)，要合理安排刀間差，爭(zhēng)取做到每日有計(jì)劃地小批量換刀。

（3）每7km或8km設(shè)置一個(gè)錯(cuò)車道岔，保證材料供應(yīng)及時(shí)，提前安排好施工支護(hù)作業(yè)的物資運(yùn)輸，最大限度減少支護(hù)作業(yè)時(shí)間。安排好運(yùn)輸、卸碴和巡查作業(yè)、保證隧道內(nèi)風(fēng)、水、電、軌道、皮帶等各條運(yùn)輸線暢通無(wú)阻，減少停機(jī)等待情況的發(fā)生。

（4）合理選擇TBM掘進(jìn)參數(shù)，減少斷面內(nèi)局部坍塌，司機(jī)密切關(guān)注皮帶巖渣，盡量使開(kāi)挖下來(lái)的巖塊塊度適中，及時(shí)作相應(yīng)調(diào)整；在掘進(jìn)過(guò)程中認(rèn)真對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和故障部位，立即處理，恢復(fù)設(shè)備性能。

（5）選用耐磨刀具，刀圈受圍巖落石沖擊造成刀圈損毀、刀圈磨損消耗大、刀體軸承容易漏油、軸承變形；刀具維修時(shí)加強(qiáng)查刀密度和舊刀保養(yǎng)。盤刀刃腳形狀要適合所開(kāi)挖的圍巖，盤刀淬火技術(shù)要滿足圍巖強(qiáng)度特性；嚴(yán)密跟蹤滾刀質(zhì)量。合理選擇掘進(jìn)參數(shù)是減少刀具消耗的有效措施之一，不同的圍巖要選擇不同的推進(jìn)力及推進(jìn)速度，要使刀具處在最佳工作狀態(tài)，不欠載、不過(guò)載、且整盤刀具的負(fù)載均勻，使刀具整體受力合理。刀盤要有足夠的剛度，針對(duì)刀盤耐磨與開(kāi)裂問(wèn)題，一般采用特殊耐磨材料板（如hardX400），及時(shí)檢查刀盤耐磨條和耐磨板的磨損情況，磨損嚴(yán)重或開(kāi)焊要及時(shí)進(jìn)行更換和補(bǔ)焊。

（6）目前超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法很多，應(yīng)結(jié)合工程施工特點(diǎn)，選擇適宜的綜合超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，采用洞內(nèi)探測(cè)與洞外地質(zhì)勘探資料相結(jié)合，物探與鉆探相結(jié)合，開(kāi)展多層次、多手段的綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，相互印證，提高準(zhǔn)確性，并貫穿整個(gè)施工過(guò)程。

（7）努力提高管理水平，整體把握施工方案、施工組織、運(yùn)輸協(xié)調(diào)、后勤保障等，工程施工以土建人員為主；而設(shè)備管理維修、操作技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)停機(jī)、油質(zhì)檢測(cè)和配件采購(gòu)等應(yīng)以電氣、液壓和機(jī)械人員為主，滿足施工作業(yè)班組倒班需要，圍繞共同的掘進(jìn)目標(biāo)，主動(dòng)承擔(dān)份內(nèi)工作不推諉。TBM是集電氣、液壓、機(jī)械于一體的現(xiàn)代化設(shè)備，任何微小故障都會(huì)造成設(shè)備停機(jī)施工停產(chǎn)，采用現(xiàn)代化的管理手段把設(shè)備管理好、采用現(xiàn)代化手段跟蹤監(jiān)測(cè)，能準(zhǔn)確地找出故障原因。對(duì)各工序施工、技術(shù)要求都要實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，安全靠制度，施工按程序，維修按規(guī)程。大幅提高施工人員的管理水平和技術(shù)素質(zhì)，強(qiáng)化崗位責(zé)任制，改變過(guò)去隧道施工的粗放式管理。

5 結(jié)語(yǔ)

終上所述，由于TBM施工技術(shù)方案與工藝流程復(fù)雜，且不同工法又有不同的適用條件，貿(mào)然采取某種方案、技術(shù)和設(shè)備勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，深埋超長(zhǎng)隧洞工程采用TBM進(jìn)行掘進(jìn)施工要根據(jù)實(shí)地情況采取相應(yīng)的策略，防范風(fēng)險(xiǎn)，抓好控制，確保工程順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙延喜，徐衛(wèi).深埋長(zhǎng)隧洞TBM施工的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別[J].人民長(zhǎng)江，2008（09）：54-56.

[2]魯成勃.TBM施工隧洞工程風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)防[J].河南水利與南水北調(diào)，2013（10）：59-60.