白大成

(遼寧巨隆達水利工程監(jiān)理有限公司，沈陽 110001)

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TBM法掘進技術在大伙房水庫輸水隧洞工程施工中的應用

白大成

(遼寧巨隆達水利工程監(jiān)理有限公司，沈陽 110001)

對大伙房水庫輸水隧洞施工地區(qū)進行地質勘探后決定施工方法采用TBM法。對施工方法在隧洞施工中機型選擇進行分析，對支洞布設參數(shù)的設置進行全面的考慮。在充分考慮施工要求后對單機掘進深度進行合理化設置，針對TBM法施工提出了相應的組織管理策略，本文的研究將為類似工程的施工與管理提供可參考的實現(xiàn)數(shù)據(jù)。

大伙房水庫；輸水隧洞工程；TBM法施工；應用探析

大伙房水庫輸水隧洞工程的施工過程采用的是TBM法掘進技術，該施工方法所選用的掘進機械是全斷面隧洞掘進機，這種機械能夠使掘進、出渣以及襯砌等工序同時進行，這樣能夠使工期大大縮短。該隧洞掘進機械的自身還融合了多種現(xiàn)代自動化技術，其中主要包括計算機功能控制、激光掃描定位、地質勘探與鉆探以及協(xié)助遠程通訊等，在施工的過程中還能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集傳輸功能，與傳統(tǒng)鉆爆法相比，具有安全可靠、快速高效、低耗環(huán)保等特點。因此，TBM法在鐵路交通、水利電力施工建設中得到了廣泛的應用。通過對大伙房水庫輸水隧洞工程施工中選用TBM法進行相應探究，希望對日后類似工程的施工與管理起到一定的參考和借鑒作用。

1 工程概況

大伙房水庫地處遼寧撫順境內(nèi)，對該水庫進行輸水隧洞工程建設意在解決該水庫流經(jīng)區(qū)域水資源短缺的問題，輸水隧洞建成后橫跨本溪與撫順兩市，此項工程一期建設需完成長達85.32km、洞徑寬度 8.03m的施工任務，該隧洞建成后可將鳳鳴與西江水電站尾水運送到大伙房水庫，流速可達70m3/s，從而能夠使遼寧省南部以及中部城鎮(zhèn)水資源短缺的問題得到有效緩解。二期工程需要建設長達29.1km、洞徑 6m的隧洞，設計流速為60m3/s，該隧洞建成后主要負責大伙房水庫與目標城市之間的輸水任務。該隧洞在施工過程中須穿越的巖石斷裂帶高達數(shù)十條以及多個地質單元，施工難度極大，掘進時經(jīng)常遇到透水、滲流以及圍巖塌落等情況。為了使施工過程中受環(huán)境因素影響最小，大伙房水庫輸水工程隧洞施工時采用了TBM法施工，主要選用馬蹄形與圓形作為隧洞斷面的形狀，在圍巖上普遍模筑厚度為30cm的混凝土，通過環(huán)向施工縫的布設實現(xiàn)止水。施工建議中采用TBM法，能使工程的成本、安全可靠性能、工期得到保障。通過對TBM選型的優(yōu)化、施工參數(shù)的合理化選定，從而能夠有效避免施工過程中由于地質條件、施工環(huán)境所導致的施工風險的發(fā)生。

TBM法在施工過程中具有連續(xù)掘進、機械型號固定且施工過程中會受到一定的地址條件影響等特征，TBM法施工常用的機型有兩種，分別是開敞式TBM和護盾式TBM，在施工之前需要對施工地區(qū)的地質條件進行探勘探，然后選定機型和具體施工方法，因此，施工區(qū)域的地質條件和機械設備的選型是直接影響TBM法施工成果的關鍵。鑒于此，為了使TBM法在大伙房水庫輸水隧洞施工過程順利進行，有必要對TBM法的具體選型方式進行探究，根據(jù)如下情況進行選擇。

1.1 破碎、軟弱巖層中的選型適用性

大伙房水庫輸水工程特長隧洞在掘進施工時會遇到破碎、軟弱地層，開挖面沒有良好的黏合性，容易發(fā)生圍巖破碎、塌落。開敞式TBM設備在對此類地層掘進時需要花費大量時間進行行圍巖支護，但是軟弱圍巖不能滿足撐靴所需要的反支撐力的要求，因此該方式對此類地層的掘進施工并不適用。與開敞式TBM設備相比，雙護盾式TBM設備在掘進過程中，憑借自身所安裝的管片支撐機械能夠完成開挖工作，因此，該方式能夠滿足破碎、軟弱巖層中的施工要求，選用這種機型由于施工人員處于管片與盾殼的的封閉保護空間中，施工人員的人身安全得到了保障。

1.2 中、硬巖層中的選型適用性

大伙房水庫輸水工程特長隧洞在掘進施工時會遇到中、硬巖層，該類巖層圍巖穩(wěn)定性好，巖體具有較高的完整度。雙護盾式TBM設備自身配置了支撐靴，具備在這類巖層中開展掘進工作的能力，安置配筋率管片需要依據(jù)掘進參數(shù)與巖渣特征來進行，且該選型設備施工中需要復雜的輔助工序與之配合，施工掘進時具有較大的隨意性，因此，該方法不適合在此類巖層掘進施工。鑒于此，開敞式TBM設備具有較短的盾殼，在掘進過程中能夠使掘進面盡早暴露出來。這樣一來對暴露巖面的支護工作可被簡化，同時堅固的圍巖也能夠滿足反支撐力的要求。

1.3 涌水巖層中的選型適用性

在對大伙房水庫輸水隧洞工程進行地質勘探時發(fā)現(xiàn)有明顯的大規(guī)模涌水現(xiàn)象，根據(jù)相關施工標準要求，對涌水量<0.5m3/min的巖層進行施工時，在刀盤前方可采用全封閉式預灌漿處理后進行鉆孔。此時，選用開敞式TBM設備通過加長主梁并與頂、側護盾配合工作，即可使施工順利進行。而雙護盾式TBM設備因其盾殼與鉆孔之間存有較大距離，導致無法在掘進機械內(nèi)部安裝鉆孔設施，大大提高了鉆孔成本，且全封閉預灌漿處理也不能實現(xiàn)，所以雙護盾式TBM設備不適合涌水段的掘進施工。

1.4 環(huán)境與占地影響選型適用性

雙護盾式TBM設備在掘進施工時需要預制混凝土襯砌管片，與開敞式TBM設備相比需要占據(jù)大量的空間作為堆料場以及預制廠房。據(jù)相關資料表明，每臺雙護盾式TBM設備完成一個施工標段需要消耗的混凝土管片為13.2×104m3，布設這些混凝土襯砌管片所需要的預制廠以及存放管理，占地面積為1.1×104m2，這樣將在一定程度上給周邊的地表建筑物造成威脅。因此，綜合考慮大伙房水庫輸水工程特長隧洞的實際施工條件，該工程在施工時選用開敞式TBM設備更為合適。

2 TBM法施工參數(shù)探析

2.1TBM法施工支洞布設參數(shù)設定

采用TBM法進行隧洞工程施工時，為了能夠最大限度地使施工過程中隧洞通風良好、設備能夠及時檢修、出渣運輸通暢以及所用電壓穩(wěn)定，施工支洞的設置應按照如下要求進行:

1)盡量將作業(yè)面通風距離控制在最小的范圍內(nèi)，減少風量損失，確保良好的通風效果，為了通風支洞的作用最大限度地發(fā)揮，可保留為永久支洞，這樣可以滿足隧洞建成后輸水時對換氣的要求。

2)支洞設置應為TBM設備的保養(yǎng)與維護提供方面，保證單機掘進深度滿足施工要求，同時為后續(xù)采用鉆爆法施工提供工作面，從而使TBM法施工所存在安全風險得到緩解。

3)支洞設置也要將縮短出渣輸運帶的運輸距離和供電距離考慮其中，這樣能降低造價、減少電壓損耗，節(jié)省整個工程的成本。

2.2TBM單機掘進深度參數(shù)設定

采用TBM法對大伙房水庫輸水工程隧洞的掘進施工時，須在對洞軸線長度確定以后，采用相關施工技術標準進行對比論證，從而對單機的掘進深度進行設定，然后可計算出需要幾臺TBM設備。結合大伙房水庫的地質特征對TBM設備單機掘進深度有影響的因素主要有：巖體的強度及裂隙情況、圍巖的穩(wěn)定性、TBM設備的推力、刀盤運轉的轉矩與轉速等，通過對這些影響機械掘進深度的因素分析，采用TBM法對大伙房水庫輸水隧洞工程施工建設時，單機掘進深度控制20km左右最為合適，相關配件的選取也以此為標準。

3 TBM在大伙房水庫輸水隧洞工程中的施工設計

通過對大伙房水庫輸水隧洞施工區(qū)域進行地質勘探可知，該區(qū)域地質相對較于穩(wěn)定，沒有區(qū)域性嚴重的深大斷裂，是屬于區(qū)域構造比較穩(wěn)定的地區(qū)；洞室地溫滿目施工要求，無異常；測試地應力場分布，測試值屬于中等水平，分布均勻。同時，發(fā)現(xiàn)六河河谷一帶巖體存在嚴重的透水現(xiàn)象，因此，隧洞開挖時很可能遇到集中涌水的問題；穿越洞線的幾條較大斷層，隨著隧洞挖掘工作的跟進很可能因滲流透水而導致塌落，使洞室圍巖穩(wěn)定性存在隱患。

大伙房水庫輸水隧洞一期工程洞徑長度達85.32km、寬度 8.03m，屬大斷面超長隧洞。根據(jù)施工區(qū)域地質特性、施工建設的相關要求、鉆爆法以及其他施工方法綜合分析比較，施工過程將主要采用TBM法，鉆爆法作為輔助施工方法。根據(jù)前問地質條件與適用機型的分析，選擇3臺開敞式TBM掘進設備，根據(jù)前文相關參數(shù)的分析單機掘進深度控制20km左右最為合適，出渣方式上首次采用了連續(xù)皮帶機進行傳送。為了使TBM單機掘進長度得到有效保障，在TBM法所涉及的施工段中可在恰當位置設置施工支洞。

4 TBM法施工組織管理對策

采用TBM法進行大伙房水庫輸水工程隧洞工程施工過程中，施工組織管理水平將對工程的質量、造價、工期等有直接的影響，因此，在TBM法施工之前應制定好相應的組織管理措施。下面對組織管理措施進行詳細的介紹：

4.1 信息反饋管理措施

施工現(xiàn)場的地質變化情況、圍巖類型等對施工進展造成影響的信息及時收集，根據(jù)實際情況調(diào)整掘進參數(shù)。TBM法施工現(xiàn)場應有專門的設備養(yǎng)護人員，根據(jù)損耗制定設備配件購置計劃，保障配件充足供給，同時對TBM設備的日常工作情況做好及時記錄，最好為此開發(fā)一個儲存與管理信息庫方便查閱，對常用易損配件建設合理庫存量及預警提示。

4.2 設備維護管理措施

在施工過程中采用TBM法時，應注重對掘進工作起決定性作用的設備及其配套部件做好檢修與維護，保障設備的工作質量，將每日作業(yè)時間嚴格控制在18h之內(nèi)，確保每日有4-6h的保養(yǎng)時間。同時在工地設置TBM檢測室，對設配系統(tǒng)運行情況、零部件的磨損程度進行監(jiān)控與診斷，保障TBM法所選用的施工機械在整個工作過程中都處于良好的狀態(tài)。

4.3 技術應用管理措施

為了使TBM法施工掘進的快速性得到最大限度的發(fā)揮，就要保證出渣過程連續(xù)快速，單臺TBM掘進機每小時的出渣量可設置在900t以上，最長距離應設置在10km以上。由于掘進設備的刀盤長達48.26cm，因此，應選擇變頻電動機來驅動較為合適，從而使施工質量和進度得到有效保障。

5 結 語

大伙房水庫輸水隧洞工程掘進施工中采用TBM法，這種方法的應用滿足了特長隧洞掘進工作的要求，并且能夠有效解決隧洞涌水影響掘進施工的問題，改善圍巖支護的穩(wěn)定性，因此，文章所述方法特別適合在中、硬巖體施工中采用，同時掘進過程中采用了科學合理的防塌落方法，即模筑混凝土襯砌結構，這十分符合工程的實際施工情況。大伙房水庫輸水隧洞工程施工建設的順利完成將為類似工程的施工提供很多參考和借鑒，為相關施工規(guī)范的制定與完善提供了數(shù)據(jù)。

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1007-7596(2017)02-0134-03

2017-02-12

白大成(1980-)，男，遼寧丹東人，助理工程師，研究方向為水利工程監(jiān)理。

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