秦嶺復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境隧洞TBM快速掘進(jìn)技術(shù)研究

鹿俊皓 王 江 柯賢博

(1.陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710024；2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

TBM工法是一種快速、高效、安全、機(jī)械化程度很高的施工技術(shù)。它以TBM掘進(jìn)為核心，完成開(kāi)挖、支護(hù)、渣土輸送、地質(zhì)預(yù)報(bào)等工作，被廣泛地應(yīng)用于礦山、鐵路、城市地下空間、水利水電等工程領(lǐng)域。TBM掘進(jìn)和傳統(tǒng)的鉆爆法相比，具有快速、安全、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)于1997年從國(guó)外引入TBM設(shè)備，已在中天山、磨溝嶺、西秦嶺等隧洞工程施工中得到了應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)隧道施工技術(shù)的一次重大飛躍[1]，很好地提升了隧道施工的機(jī)械化程度。但針對(duì)不良地質(zhì)環(huán)境，TBM設(shè)備的掘進(jìn)工效低，適應(yīng)性相對(duì)較差，并由于TBM設(shè)備的施工措施不合理而產(chǎn)生重大事故，如我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)坪林公路隧洞工程、云南省掌鳩河輸水工程的上公山隧道等[2]，大多數(shù)都是TBM設(shè)備通過(guò)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境地段產(chǎn)生塌方、卡機(jī)等一些工程事故，嚴(yán)重影響工程的質(zhì)量、安全、進(jìn)度等。因此，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下TBM掘進(jìn)隧洞的施工關(guān)鍵技術(shù)研究特別重要。

引漢濟(jì)渭秦嶺大埋深隧洞是人類第一次從底部穿越秦嶺，TBM施工段存在的高地應(yīng)力、強(qiáng)耐磨性硬巖、高地溫、常態(tài)化巖爆等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，綜合施工難度堪稱世界第一。復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境對(duì)TBM設(shè)備的掘進(jìn)過(guò)程提出了較大的挑戰(zhàn)。為了確保TBM設(shè)備安全順利通過(guò)該地段，對(duì)TBM設(shè)備快速掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)對(duì)措施的研究就特別重要。在施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)TBM設(shè)備掘進(jìn)模式選擇及操作控制、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、導(dǎo)向測(cè)量、姿態(tài)控制與調(diào)整等一系列技術(shù)措施研究[3]，提高了TBM設(shè)備在該類洞段施工的工效和適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)了TBM快速施工。

1 工程概況

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞TBM掘進(jìn)段位于陜西省寧陜縣四畝地鎮(zhèn)境內(nèi)，工程自3號(hào)支洞進(jìn)入主洞延伸段下游1942m開(kāi)始，標(biāo)段全長(zhǎng)18.275km，施工樁號(hào)為K28+085～K46+360，采用一臺(tái)由羅賓斯提供的φ8.02m敞開(kāi)式硬巖掘進(jìn)機(jī)施工，TBM掘進(jìn)段隧洞綜合坡度-1/2472.555，隧洞底部鋪設(shè)仰拱塊，采用皮帶機(jī)出渣，具體段落劃分見(jiàn)圖1。

圖1 工程平面布置

2 掘進(jìn)模式選擇及操作控制

若圍巖較硬，掘進(jìn)推力先達(dá)到額定值，此時(shí)應(yīng)以推力變化為參照，選擇掘進(jìn)參數(shù)，控制推進(jìn)壓力不超過(guò)額定值；若圍巖節(jié)理發(fā)育、裂隙較多或遇破碎帶、斷層帶等情況時(shí)，主要以扭矩變化并結(jié)合推進(jìn)力參數(shù)選擇掘進(jìn)參數(shù)。特別是在巖石軟弱條件下一般采用扭矩和貫入度控制掘進(jìn)，同時(shí)兼顧各種參數(shù)變化[5]。

變化的巖石條件反映在與TBM設(shè)備和掘進(jìn)進(jìn)度有關(guān)的各參數(shù)變化中，如刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)電流增大一般表明刀盤(pán)超載或刀盤(pán)前面出現(xiàn)松散孤石和破碎巖石；刀盤(pán)出渣超載一般表明工作面可能出現(xiàn)塌陷；刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度降低一般伴隨刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)電流增加或刀盤(pán)出渣超載；TBM貫入度降低總是表明異常的工作面條件；TBM撐靴油缸壓力變化反映圍巖變化；渣土碎塊尺寸和數(shù)量參數(shù)為巖石條件變化提供信息；TBM皮帶機(jī)工作壓力高表明皮帶機(jī)超載，可能正在非常破碎的巖體中開(kāi)挖等。TBM主司機(jī)通過(guò)觀察及時(shí)調(diào)整控制這些參數(shù)，同時(shí)，這些關(guān)鍵參數(shù)將被自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)，以便于隨后的調(diào)取查詢。

主控室是TBM的心臟，設(shè)備上90%的指令在主控室內(nèi)操作，其內(nèi)部安裝有操作盤(pán)，顯示儀(包括參數(shù)顯示、儀表顯示、故障顯示、狀態(tài)顯示及指示等)，PLC系統(tǒng)、調(diào)向顯示設(shè)備等。操作盤(pán)上有操作按鈕及手柄，控制不同部位設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。只有全面了解設(shè)備狀態(tài)，掌握正確操作規(guī)則的人才能擔(dān)當(dāng)主司機(jī)。

a.上機(jī)前操作要點(diǎn)。詳細(xì)了解上一班運(yùn)轉(zhuǎn)情況及遺留問(wèn)題，觀察各儀表顯示是否正常，檢查風(fēng)、水、電潤(rùn)滑系統(tǒng)的供給是否正常，觀察分析圍巖類別，選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)，了解上一班開(kāi)挖中線標(biāo)高偏差和支護(hù)完成情況。

b.掘進(jìn)時(shí)的操作要點(diǎn)。啟動(dòng)主泵站，包括供水系統(tǒng)、通風(fēng)除塵系統(tǒng)，選擇刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速，依次啟動(dòng)皮帶輸送機(jī)，待主電機(jī)全部運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，接合離合器轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行掘進(jìn)，操作順序不能更改，由TBM操作程序控制一大部分，其余則由TBM主司機(jī)控制，否則會(huì)損壞設(shè)備。

c.停機(jī)時(shí)的操作要點(diǎn)。正常情況下的停機(jī)，應(yīng)與掘進(jìn)時(shí)的操作相反。先停止掘進(jìn)，后退刀盤(pán)2～3cm，讓刀盤(pán)空轉(zhuǎn)1min左右，停止刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，停止皮帶機(jī)運(yùn)行，調(diào)整掘進(jìn)方向，換步進(jìn)行下一循環(huán)的作業(yè)。

d.緊急情況下操作要點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)刀具金屬件損壞脫落，從皮帶機(jī)上輸出、卸渣斗出現(xiàn)故障，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，脂潤(rùn)滑故障等，要立刻停止掘進(jìn)，后退刀盤(pán)2～3cm，立即停止刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次停止各系統(tǒng)的工作，對(duì)故障部位進(jìn)行檢查，最好不按緊急停機(jī)按鈕，以免損壞設(shè)備。若遇緊急情況，如皮帶機(jī)皮帶斷裂或危及人身安全，方可按緊急按鈕。

3 采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)前方圍巖情況

TBM掘進(jìn)過(guò)程中將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納入施工工序管理，以第三方超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果為依據(jù)，結(jié)合掘進(jìn)參數(shù)、出渣情況和成洞質(zhì)量對(duì)掌子面圍巖作出較為準(zhǔn)確的判斷，從而為下一步掘進(jìn)施工措施的選擇提供可供借鑒的依據(jù)[6]。

TBM施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)一般有TRT、TSP、HSP-T水平聲波超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)，高分辨電法探測(cè)，紅外探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)等超前探測(cè)方式。本工程采用TSP203+超前探測(cè)，結(jié)合超前地質(zhì)素描、超前紅外探水以及地質(zhì)展示的方式來(lái)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。TSP203工作原理見(jiàn)圖2。每次探測(cè)長(zhǎng)度大約可達(dá)200m，但精度也會(huì)隨距離的增加而有所降低。

圖2 TSP 203工作原理

在TBM掘進(jìn)施工過(guò)程中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)連續(xù)無(wú)中斷，在每次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)完成后，及時(shí)分析，提供預(yù)報(bào)成果，并根據(jù)預(yù)報(bào)成果擬定施工技術(shù)交底文件，下發(fā)到作業(yè)班組，以此來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)。在實(shí)際施工過(guò)程中，還應(yīng)對(duì)預(yù)報(bào)成果進(jìn)行檢驗(yàn)，收集整理地質(zhì)資料，并進(jìn)一步分析，為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的相關(guān)參數(shù)修正提供依據(jù)與基礎(chǔ)，逐步提升其準(zhǔn)確性。

4 TBM掘進(jìn)導(dǎo)向測(cè)量

4.1 導(dǎo)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本工程采用演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行隧洞軸線控制。演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)是目前TBM掘進(jìn)施工常用的導(dǎo)向系統(tǒng)之一，設(shè)計(jì)的目的是使TBM操作人員用最少的注意力獲得最多的TBM位置信息。本套導(dǎo)向系統(tǒng)用三維空間坐標(biāo)自動(dòng)確定TBM確切的位置和方向，從而給TBM主司機(jī)提供TBM軸線相對(duì)于設(shè)計(jì)中線偏差所有必需的信息。同時(shí)，如果TBM偏離軸線，導(dǎo)向系統(tǒng)將隨時(shí)給TBM主司機(jī)提供一個(gè)虛擬的設(shè)計(jì)行走線路，指導(dǎo)主司機(jī)及時(shí)調(diào)向使TBM回到設(shè)計(jì)軸線位置。

4.2 演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)的組成及其功能

a.馬達(dá)全站儀。全站儀是演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)的主機(jī)。在系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的控制下可以自動(dòng)搜尋并測(cè)量后視棱鏡完成自動(dòng)定向洞軸線、測(cè)量TBM上的兩個(gè)馬達(dá)棱鏡的定位以及高精度的雙軸電動(dòng)傾斜儀的正常工作狀況。

b.傾斜儀。在TBM前部有一個(gè)高精度的傾斜儀用來(lái)檢測(cè)TBM的傾斜和滾動(dòng)狀況，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通過(guò)傾斜及滾動(dòng)改正，得出TBM準(zhǔn)確的走向位置。

c.系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是演算工坊系統(tǒng)的控制單元，通過(guò)搜集馬達(dá)全站儀測(cè)量的棱鏡數(shù)據(jù)和傾斜儀的讀數(shù)，準(zhǔn)確地計(jì)算出TBM方位、傾斜和滾動(dòng)值，并以圖片和數(shù)據(jù)的形式提供給TBM主司機(jī)。

d.馬達(dá)棱鏡。為了防止由于兩個(gè)目標(biāo)棱鏡之間相互干擾而產(chǎn)生測(cè)量錯(cuò)誤，本系統(tǒng)采用的是兩個(gè)馬達(dá)棱鏡，在系統(tǒng)的控制下它能交替地打開(kāi)和覆蓋，這樣能確保無(wú)論什么時(shí)候只能單獨(dú)測(cè)量一個(gè)棱鏡，從而避免了由于二者相互干擾產(chǎn)生的測(cè)量錯(cuò)誤。

e.數(shù)據(jù)傳輸電纜。包括各儀器與系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的連接線和信號(hào)傳輸線。

4.3 演算工坊導(dǎo)向原理

為了獲得TBM的位置和方向信息，至少需要確定TBM的兩個(gè)點(diǎn)，并且還要測(cè)量出這兩個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這兩個(gè)點(diǎn)是由安裝在TBM前部的兩個(gè)馬達(dá)棱鏡確定的，暫命名為P1和P2棱鏡。而這兩個(gè)棱鏡相對(duì)于TBM機(jī)器軸線的相對(duì)位置固定不變，在TBM安裝時(shí)確定。演算工坊導(dǎo)向原理見(jiàn)圖3。

圖3 演算工坊導(dǎo)向原理示意圖

導(dǎo)向系統(tǒng)利用一個(gè)馬達(dá)全站儀自動(dòng)測(cè)量P1和P2棱鏡。全站儀在開(kāi)始測(cè)量這兩個(gè)棱鏡之前首先被定向(也就是測(cè)量作業(yè)時(shí)所說(shuō)的后視)，然后按順序測(cè)量P1和P2棱鏡坐標(biāo)和高程，最后，系統(tǒng)計(jì)算機(jī)將測(cè)量數(shù)據(jù)連同傾斜儀采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)程序處理，直接把TBM機(jī)體姿態(tài)以圖文的形式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。隨著在掘進(jìn)過(guò)程中TBM不斷向前移動(dòng)，TBM機(jī)體的位置一直也在發(fā)生變化，通過(guò)在不同時(shí)段測(cè)量出兩個(gè)棱鏡的三維坐標(biāo)就很容易推算出TBM的實(shí)際掘進(jìn)軸線。所以，TBM實(shí)際軸線相對(duì)于設(shè)計(jì)軸線的豎向和水平偏差就很容易地計(jì)算出來(lái)并提供給TBM主司機(jī)。如果超出規(guī)定偏差，系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算并提供一個(gè)最優(yōu)的投影路徑指導(dǎo)TBM回到設(shè)計(jì)中線位置，同時(shí)它還能提供必要的路徑參數(shù)(如最小的轉(zhuǎn)彎半徑及有關(guān)軌跡的幾何元素)，方便主司機(jī)操作。

4.4 搬站及測(cè)量

因馬達(dá)全站儀固定在邊墻上，隨著TBM的不斷向前推進(jìn)，馬達(dá)全站儀的前視距離不斷增加，所測(cè)數(shù)據(jù)誤差也相應(yīng)增加，為了減少誤差讓演算工坊能相對(duì)穩(wěn)定準(zhǔn)確地反映TBM掘進(jìn)姿態(tài)，每向前掘進(jìn)一定距離(約80m)，就將馬達(dá)全站儀向前傳遞以減小前視距離。搬站流程及注意事項(xiàng)如下：

a.搬站前先記錄下各測(cè)量數(shù)值，如刀盤(pán)偏差、坡度、滾動(dòng)等。

b.安裝支架，用以安置馬達(dá)全站儀，可利用噴漿機(jī)平臺(tái)來(lái)安裝。安裝時(shí)保持支架的水平和穩(wěn)固。

c.測(cè)量新支架的施工坐標(biāo)和標(biāo)高。測(cè)量時(shí)必須以地面控制點(diǎn)為基準(zhǔn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。

d.在系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中輸入新的馬達(dá)全站儀坐標(biāo)和后視棱鏡坐標(biāo)，運(yùn)行演算工坊軟件，記錄各測(cè)量數(shù)據(jù)，如果與之前數(shù)據(jù)相差值超標(biāo)，應(yīng)重新計(jì)算或測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.5 人工導(dǎo)向

人工導(dǎo)向是演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)的重要輔助措施，二者之間的導(dǎo)向原理基本一致，它是由測(cè)量人員通過(guò)用常規(guī)手段測(cè)量P1、P2棱鏡來(lái)確定TBM的位置，以此來(lái)指導(dǎo)TBM主司機(jī)進(jìn)行偏差調(diào)整。

a.打開(kāi)演算工坊系統(tǒng)程序的主頁(yè)面，把系統(tǒng)由原自動(dòng)測(cè)量模式改為手動(dòng)測(cè)量模式。

b.測(cè)量人員依照系統(tǒng)提示逐步進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確輸入。

c.測(cè)量完成后系統(tǒng)顯示屏將顯示TBM位置狀態(tài)，主司機(jī)進(jìn)行方向調(diào)整。

注意事項(xiàng)如下：

a.人工導(dǎo)向的測(cè)量時(shí)機(jī)應(yīng)該安排在循環(huán)掘進(jìn)完之后、換步之前進(jìn)行。

b.導(dǎo)向時(shí)，TBM必須停穩(wěn)，處于絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)方可進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量速度不僅要快，還必須準(zhǔn)確。

c.測(cè)量頻率視巖石軟硬情況而定，圍巖較硬，調(diào)向效果明顯，可選擇2個(gè)循環(huán)導(dǎo)向一次；軟弱圍巖，調(diào)向相對(duì)困難，則必須1個(gè)循環(huán)導(dǎo)向一次。

5 TBM掘進(jìn)

TBM掘進(jìn)時(shí)根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)及現(xiàn)場(chǎng)對(duì)圍巖的觀察，確定掘進(jìn)模式和掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整范圍，適時(shí)調(diào)整掘進(jìn)推力、撐靴壓力、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和循環(huán)進(jìn)尺，在盡量保護(hù)設(shè)備和安全的前提下實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。在掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)隧洞測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)顯示的掘進(jìn)偏差適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行方向調(diào)整。TBM施工集開(kāi)挖、支護(hù)于一體，兩者可平行作業(yè)。其掘進(jìn)流程見(jiàn)圖4。

圖4 TBM掘進(jìn)流程

5.1 換步、主機(jī)姿態(tài)調(diào)整

當(dāng)主推進(jìn)油缸達(dá)到最大掘進(jìn)行程時(shí)，TBM需要停機(jī)換步。此時(shí)刀盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，放下后支撐和刀盤(pán)底護(hù)盾支撐，將撐靴慢慢收回并前移一個(gè)行程，撐靴前移到位后再次撐緊巖壁并收回后支撐和底護(hù)盾支撐，最后通過(guò)操作后配套伸縮油缸牽引后配套走行一個(gè)循環(huán)。TBM換步操作流程見(jiàn)圖5。

圖5 TBM換步操作流程

在TBM掘進(jìn)的同時(shí)，進(jìn)行初期支護(hù)和相關(guān)配套作業(yè)。當(dāng)?shù)侗P(pán)向前掘進(jìn)1.8m時(shí)，完成一個(gè)循環(huán)的掘進(jìn)。TBM掘進(jìn)與換步步驟如下：?撐緊撐靴，收起后支撐，見(jiàn)圖6；?刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始掘進(jìn)推進(jìn)，見(jiàn)圖7；?掘進(jìn)行程完成后，進(jìn)行換步，放下后支撐，見(jiàn)圖8；?收回水平撐靴，前移撐靴，再撐緊水平撐靴，進(jìn)行下一掘進(jìn)循環(huán)，見(jiàn)圖9。

圖6 TBM掘進(jìn)準(zhǔn)備

圖7 TBM掘進(jìn)

圖8 TBM換步準(zhǔn)備

圖9 TBM換步

TBM在進(jìn)行換步作業(yè)時(shí)，根據(jù)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)電腦屏幕顯示的主機(jī)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行TBM姿態(tài)調(diào)整，完成對(duì)主機(jī)掘進(jìn)方向和主機(jī)滾動(dòng)值的調(diào)整，使TBM以合理的姿態(tài)工作。

5.2 TBM掘進(jìn)姿態(tài)控制與調(diào)整

由于地層軟硬不均以及操作等因素的影響，TBM推進(jìn)不可能完全按照設(shè)計(jì)的隧洞軸線前進(jìn)，而是會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。TBM施工中必須采取有效技術(shù)措施控制掘進(jìn)方向，使掘進(jìn)偏差處于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍(隧洞設(shè)計(jì)軸線水平方向±100mm、豎直方向±60mm)之內(nèi)。

水平單撐靴掘進(jìn)機(jī)方向控制工作原理為：根據(jù)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)顯示的掘進(jìn)機(jī)位置及方位，隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向，單撐靴敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)方向在掘進(jìn)過(guò)程中可隨時(shí)調(diào)整，掘進(jìn)機(jī)以刀盤(pán)護(hù)盾為支點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整主梁的左右上下位置來(lái)完成。如需要向左方掘進(jìn)時(shí)，左側(cè)支撐油缸伸出，右側(cè)支撐油缸收回，主梁向右移動(dòng)，改變掘進(jìn)方向。如需要上下調(diào)整時(shí)，可以調(diào)整傾斜油缸控制主梁的上下。因此隧洞的方向在掘進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)可以調(diào)整，隧洞中心是一條連續(xù)的曲線，保證掘進(jìn)方向可控。其方向控制原理見(jiàn)圖10。

圖10 掘進(jìn)方向控制原理示意圖

5.3 TBM姿態(tài)監(jiān)測(cè)

TBM姿態(tài)監(jiān)測(cè)是控制TBM掘進(jìn)方向的唯一有效方法和手段。嶺南TBM姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擬配備一套演算工坊自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)配置了導(dǎo)向、自動(dòng)定位、掘進(jìn)計(jì)算程序軟件和顯示器等，能夠全天候地動(dòng)態(tài)顯示TBM當(dāng)前位置與隧洞設(shè)計(jì)軸線的偏差以及預(yù)測(cè)在當(dāng)前狀態(tài)下一定距離的偏差趨勢(shì)。

5.4 TBM姿態(tài)方向的控制與調(diào)整

a.在掘進(jìn)過(guò)程中主要進(jìn)行TBM的中線控制，當(dāng)完成一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)后，在掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)主機(jī)的傾斜和滾動(dòng)值進(jìn)行調(diào)整控制，糾正偏差。

b.為確保邊刀不受損傷，每次調(diào)向的幅度不應(yīng)太大，在更換完邊刀的第一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)中不宜進(jìn)行調(diào)向作業(yè)。

c.當(dāng)TBM出現(xiàn)下俯時(shí)，通過(guò)調(diào)整上下油缸，增大主機(jī)的坡度,反之,則減小主機(jī)坡度。

d.水平方向糾偏主要是通過(guò)調(diào)節(jié)水平支撐的油缸伸縮量進(jìn)行調(diào)整。

e.方向控制及糾偏注意事項(xiàng)。根據(jù)掌子面地質(zhì)情況應(yīng)及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，防止TBM突然“低頭”，方向糾偏時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，如修正過(guò)急，會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不利影響，TBM始發(fā)、貫通時(shí)方向控制極其重要，應(yīng)按照始發(fā)、貫通掘進(jìn)的有關(guān)技術(shù)要求，做好測(cè)量定位工作。

6 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)引漢濟(jì)渭秦嶺大埋深隧洞TBM施工段存在的高地應(yīng)力、強(qiáng)耐磨性硬巖、常態(tài)化巖爆、長(zhǎng)距離等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，通過(guò)查閱相關(guān)資料、組織調(diào)研國(guó)內(nèi)外目前TBM掘進(jìn)的施工案例、專家咨詢研判和結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)狀，對(duì)嶺南TBM設(shè)備掘進(jìn)模式選擇及操作控制、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、導(dǎo)向測(cè)量、姿態(tài)控制與調(diào)整等一系列掘進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行研究和不斷地改進(jìn)優(yōu)化，提高了TBM 設(shè)備在該類洞段施工的工效、適應(yīng)能力和刀盤(pán)的貫入度，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用論證。有效地規(guī)避了嶺南TBM在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)現(xiàn)象，對(duì)加快現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度、縮短工期、減小工程成本都具有很大的意義，同時(shí)可為類似工程隧洞 TBM掘進(jìn)施工起到一定的借鑒作用。