TBM在不良地质条件下的施工技术

李华平 范龙 荆盼 曹新平

摘 要：TBM在应用中具备挖掘、支护、出渣等功能，在实际的施工中可以达到连续作业的目的，因此在隧道施工中可以实现一次成洞的效果，具有高效、高质、环保等优点。而在隧道施工中，若是遇到不良地质条件，则需要严格的按照规定要求来制定相应的TBM施工技术方案，以此来对TBM施工技术进行合理的运用，这样可以保证TBM更加安全、稳定地进行掘进施工，从而提高工程的实际施工效益。

关键词：TBM 不良地质 施工技术

引 言

目前TBM施工技术常应用于超长隧道的建设中，可以说全断面隧道掘进机在实际的应用中可以达到快速开挖的效果，TBM在应用中不仅施工质量高，也更加安全，这也使此种施工技术在隧道施工中得到了良好的应用。由于全断面隧道掘进机在实际的应用中其体积、重量等都相对较大，因此在不良地质条件下必须要科学的对其施工技术进行进行应用，这样才能够使TBM可以适应不良地质条件，进而达到顺利施工的要求。

一、TBM施工技术分析

1、TBM的导向技术。在隧道施工中TBM的掘进导向技术应用主要是为了对其掘进方向进行控制，以此来防止在掘进中出现盘形滚刀受力不均的问题，并且通过TBM掘进导向技术的应用还可以避免出现超挖、欠挖等问题，从而保证施工成本及施工进度得到有效控制，而在TBM导向技术的应用中需要注意以下几点内容。第一，对掘进方向参数进行计算，一般掘进方向参数需要根据施工地段的实际范围来进行确定，以此来保证掘进方向的正确。第二，对掘进线路进行控制，在应用TBM施工中必须要确保其轴线的正确，并对其中心线的偏差进行控制，使其符合工程设计标准要求。第三，要确保做到对掘进前的准确定位工作，掘进后还要进行适当适时调整。

2、TBM的施工模式。一般TBM会提供3种掘进模式：自动扭矩控制模式、自动推力控制模式以及手动控制模式，这3种模式还根据转速来分为高速模式与低速模式两种。在隧道施工中TBM手动控制模式其技术应用更为灵活，因此可以适用多种地层条件，因此在不良地质条件下也可以满足其施工要求。而在应用全断面隧道掘进机施工的过程中其处于高速掘进的状态，因此会使周围岩体振动频率增大，岩石可能会出现松动、脱落等现象，若是遇到不良地质条件其所带来的安全风险也会增加，为此在不良地质条件的隧道掘进中可以应用，高扭矩、低转速掘进模式，这样可以更好地保证在全断面隧道掘进机施工的过程中围岩的完整性、稳定性，提高工程施工的安全。

3、TBM的掘进施工技术。第一，将TBM刀盘后部位置通过侧向撑靴稳固在洞壁岩面之上，配合楔块油缸牢固锁定侧向撑靴支撑位置，利用反作用力传给洞壁，完全锁定掘进的水平推进方向。另外就是调整前支撑位置，确保TBM掘进的垂直方向坡度也被完全锁定。第二，在水平撑靴定位后，要第一时间推进推力油缸，转动刀盘正式开始掘进施工。在掘进过程中，由于刀盘滚刀会产生最高250kN的推进力，它能够致使100MPa左右强度的掌子面围岩产生破裂，最后被滚刀切碎成直径在10-12cm左右的圍岩碎块。第三，要根据TBM设备的实际扭矩参数、转速曲线等等基本性能来针对不同地质条件。如果地质条件不良，可以采用转速在0-4.5rpm，扭矩在7000kNm左右的刀盘进行软岩切割。第四，在隧道掘进过程中，随着刀盘旋转速度的加快，反扭矩也会越来越大，此时TBM会通过水平支撑板来紧紧支撑洞壁，保证隧道内支护结构安全稳定。第五，在钻进工作形成完全结束以后，水平撑靴板、侧面撑靴等等支护设备都会被撤掉，TBM的整体重量主要靠后支撑来支撑，再配合收缩牵引油缸来将TBM掘进机移动到下一轮掘进位置。

二、在不良地质条件下对TBM施工技术的具体应用分析

1、施工前。第一，在全断面隧道掘进机使用之前需要做好相关的技术交底工作，以此来确保在作业的过程中可以按照技术规定的要求来标准化、规范化进行作业。第二，对TBM应用中所涉及的各类材料及设备进行准备，这样可以使各项施工技术在工程中顺利的得到应用。第三，做好不良地质的勘查工作，在应用TBM施工之前需要对施工地段的不良地质性质、程度、范围等进行全面的勘察，判断不良地质对TBM所造成的影响，并制定相关的施工技术方案，一般情况下对于不良地质影响较弱的地段会采取直接掘进的方式进行作业，而对于影响较为严重的地段则需要进行超前处理之后再应用全断面隧道掘进机来进行掘进作业。

2、施工过程。在应用全断面隧道掘进机施工中，需要针对不良地质地段的情况来确定掘进参数，由于不良地质的形态不同，因此对TBM所产生的影响也有一定的差异性，针对此种情况对于全断面隧道掘进机的掘进参数必须要科学地进行计算，以此来保证其推力、扭距、速度、转速等都符合不良地质条件的施工要求，这样才能够保证全断面隧道掘进机可以安全通过。例如，在隧道施工中断层破碎带属于一种较为严重的不良地质，在此类不良地质施工中若是对周围岩体扰动较大，则会使断层中的碎岩剥落，严重时将会导致坍塌的事故发生，在全应用全断面隧道掘进机进行作业时需要注意对其掘进速度及刀盘转速进行调整，通过减小掘进参数的方式来降低其掘进过程中对周边岩体所产生的扰动及影响，以此来防止在掘进过程中隧道出现坍方的问题。

3、施工后。一般在应用TBM完成掘进后，需要根据不良地质的性质及危害程度来选用适当的支护方式加强岩体的稳固性，以此来避免围岩出现坍塌、剥落等问题，一般在TBM施工中会采取锚喷、喷锚网、钢拱架等方式来进行支护作业。根据不良地质地段实际的情况还可以采取联合支护的方式提高TBM施工的安全性，从而保证隧道整体的稳定。

三、结语

由于TBM在实际的应用中对不良地质的适应能力较低，因此在施工作业的过程中若是遇到不良地质条件，则需要科学地制定相关的施工方案，以此来对TBM施工中所涉及的各项技术进行全面的规划，这样才能合理的对施工技术进行应用。在应用全断面隧道掘进机施工中，按照施工技术方案来标准化进行操作可以提高工程作业的安全性，减少在施工过程中所遇到的问题，这样也可以提高TBM施工技术在实际中的应用效果。

参考文献

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