復(fù)雜地況下TBM掘進(jìn)應(yīng)對措施分析

張波

中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450000

1 隧道的地質(zhì)特點

在花崗巖底層地段，TBM掘進(jìn)受到了很大的影響，其原因分析如下：第一，巖石埋深大，地應(yīng)力強(qiáng)，巖爆頻繁；第二，圍巖斷層、破碎帶較多；第三，圍巖變化頻繁，整體穩(wěn)定性差。TBM掘進(jìn)對地質(zhì)依賴性較大，在復(fù)雜困難的地質(zhì)條件下，TBM掘進(jìn)會有較大的難度，常見的有三種情況：第一，TBM掘進(jìn)時在掌子面與噴漿橋之間常會出現(xiàn)巖爆和坍塌的情況，且會形成較大石碴和塌腔，刀具和刮板會在使用中受損嚴(yán)重；第二，圍巖埋深大，在高應(yīng)力的情況下易軟弱變形，掘進(jìn)過程中護(hù)盾容易被卡；第三，掌子面出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌時，刀盤極易被卡[1-2]。

2 TBM掘進(jìn)在復(fù)雜地況下的對策

TBM掘進(jìn)過程中，首先要詳細(xì)的了解地質(zhì)情況，這是進(jìn)行掘進(jìn)的基礎(chǔ)，其次要根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)計可靠安全、掘進(jìn)效率高的TBM，根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)計掘進(jìn)預(yù)案；最后主司機(jī)對TBM掘進(jìn)操作的熟練程度和緊急情況下的應(yīng)對能力是掘進(jìn)順利快速完成的根本[1]。在TBM掘進(jìn)中遇到阻礙時可以采取以下幾方面的措施。

2.1 改進(jìn)刀盤和刀具

刀盤和刀具是TBM掘進(jìn)過程中的唯一破巖機(jī)構(gòu)，刀盤和刀具對地質(zhì)的適應(yīng)性越高，TBM掘進(jìn)效率越好。因而針對刀盤和刀具的改良，是非常有必要的措施[3]。

（1）改良刮板系統(tǒng)。刮板在大石塊的沖擊下容易脫落，影響掘進(jìn)進(jìn)度，為避免造成重大損失，可以通過加大刮板的分擔(dān)受力減緩刮板受到的沖擊。改良措施如：①增加支座板的厚度；②加大刮板固定螺栓孔的數(shù)量；③改進(jìn)刮板支座的連接方法，采用螺孔鑲套彈簧取代原來老式的支座背后焊絲方式；④增加刮板支座筋板的個數(shù)。

（2）改進(jìn)刀具系統(tǒng)。刀具對提高TBM掘進(jìn)效率有不可忽視的作用，通過以下方式可以改進(jìn)刀具系統(tǒng)，提高TBM掘進(jìn)效率。①降低刀圈硬度。TBM的刀圈在掘進(jìn)過程中遇到埋深大的硬巖以及斷層較多的情況，刀具的受力會很大，若刀具抗沖擊能力低，刀具會損壞。刀具的抗沖擊能力與刀具硬度有關(guān)，硬度越低，刀具抗沖擊能力越好。因此，通過降低刀圈硬度，刀圈在復(fù)雜地質(zhì)情況下的適用性增強(qiáng)，使刀圈在TBM掘進(jìn)過程中更耐用，提高TBM掘進(jìn)效率。②增加刀圈的寬度。TBM的刀圈在面對硬巖時，會受到很大的沖擊力，但是刀圈很薄時，面對大的沖擊力時會抵抗不住，導(dǎo)致刀圈崩裂，增加刀圈寬度，在刀圈面對硬巖時，可以緩解沖擊力，提高刀圈的使用壽命[2]。

2.2 提前設(shè)計掘進(jìn)預(yù)案

根據(jù)地質(zhì)狀況和經(jīng)驗預(yù)估可能發(fā)生的突發(fā)事件，提前作出相應(yīng)的方案。如發(fā)生斷層破碎帶、護(hù)盾卡死、刀盤被卡和坍塌等情況，根據(jù)突發(fā)情況的影響輕重設(shè)計出針對性的掘進(jìn)預(yù)案，確保掘進(jìn)不被影響，高效的完成掘進(jìn)計劃。

（1）斷層破碎帶的應(yīng)急方案。主司機(jī)根據(jù)經(jīng)驗和敏銳的預(yù)感判斷掘進(jìn)地段即將出現(xiàn)的坍塌等突發(fā)狀況，綜合利用超前地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)勘探資料和相鄰線掘進(jìn)情況等方法迅速準(zhǔn)確判斷出具體的位置，馬上停止掘進(jìn)，在判斷出的危險地段進(jìn)行超前支護(hù)，必要時可進(jìn)行圍巖支護(hù)參數(shù)變更，同時作業(yè)人員要時刻敏銳的注意地段是否安全，及時做出準(zhǔn)確的判斷，避免人員受傷。

（2）護(hù)盾被卡時的應(yīng)對方法。推進(jìn)油缸的壓力快速升高和刀盤前進(jìn)被阻時，可以判斷護(hù)盾被卡，TBM掘進(jìn)被阻。針對這種情況的處理方案是：主司機(jī)馬上停止刀盤推進(jìn)，將刀盤后退，若是刀盤能夠后退，則后退一個循環(huán)的刀盤，此時TBM可以繼續(xù)前進(jìn)[3]。

（3）刀盤被卡時的應(yīng)對方法。第一種情況，坍塌程度小，塌腔比較穩(wěn)定。若刀盤能夠繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則表明塌方程度小。此時主司機(jī)應(yīng)停止推進(jìn)刀盤。第二種情況，坍塌程度較大，塌腔比較穩(wěn)定。若造成坍塌程度較大時，主司機(jī)應(yīng)馬上停止推進(jìn)刀盤，并進(jìn)行以下操作步驟：將刀盤后退至50cm左右；隨后安排作業(yè)人員檢測坍塌程度，作業(yè)人員判斷掌子面相對穩(wěn)定后可以較緩的速度掘進(jìn)，在掘進(jìn)過程中及時將產(chǎn)生的廢渣清理，避免TBM設(shè)備受損；若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)坍塌的體積大于刀盤的1/4時，后退刀盤直至到坍塌頂部高度低于刀盤1/4的位置，轉(zhuǎn)動刀盤并清理掘進(jìn)產(chǎn)生的石碴；若作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)掌子面出現(xiàn)塌腔，針對此情況，應(yīng)后退刀盤，回填掌子面，采取超前支護(hù)措施，控制住塌腔，待作業(yè)人員檢測前方地段穩(wěn)定后繼續(xù)使用TBM掘進(jìn)[4-5]。第三種情況，坍塌嚴(yán)重塌腔不穩(wěn)。刀盤后退連續(xù)兩個循環(huán)后，坍塌頂部仍然要比刀盤的1/4位置高時，為保證掌子面的基本穩(wěn)定，停止后退刀盤，掘進(jìn)人員應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探的情況以及掘進(jìn)經(jīng)驗從護(hù)盾的側(cè)面來開挖新的通道，在刀盤的前方安裝人工支護(hù)裝置，掘進(jìn)人員在檢測到隧道地況安全和穩(wěn)定之后，使用TBM掘進(jìn)，保證掘進(jìn)順利進(jìn)行[4]。

3 結(jié)語

通過對TBM設(shè)備的刀具和刀盤進(jìn)行改良，提高了TBM設(shè)備對復(fù)雜地質(zhì)的適應(yīng)性，提高了掘進(jìn)效率。根據(jù)地質(zhì)勘探和掘進(jìn)經(jīng)驗判斷掘進(jìn)可能出現(xiàn)的狀況，做好掘進(jìn)預(yù)案，并結(jié)合現(xiàn)場實際做出正確的掘進(jìn)處理方式。