齊夢(mèng)學(xué)

(中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司， 重慶 400700)

0 引言

在國(guó)內(nèi)，全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(簡(jiǎn)稱TBM，tunnel boring machine)經(jīng)歷了獨(dú)立自主創(chuàng)新研制、引進(jìn)設(shè)備與施工單位、引進(jìn)設(shè)備自主施工、國(guó)內(nèi)外合作生產(chǎn)、自主品牌產(chǎn)品應(yīng)用等幾個(gè)階段，目前迎來(lái)了大范圍的推廣應(yīng)用。截至2018年底正在施工和即將投入使用的TBM設(shè)備數(shù)量將達(dá)到甚至突破60臺(tái)，并且大量潛在工程正在前期論證和可行性研究過(guò)程中。TBM的應(yīng)用覆蓋了水利水電、軌道交通、鐵路、礦山、綜合管廊、公路等行業(yè)[1]。TBM法隧道的地質(zhì)條件不可避免地呈現(xiàn)多樣化，具有良好工程適應(yīng)性的TBM項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越多，同時(shí)由于TBM施工的普及以及連續(xù)掘進(jìn)長(zhǎng)度的增大，遭遇不良地質(zhì)甚至惡劣地質(zhì)條件的概率也會(huì)越來(lái)越大。

在極強(qiáng)巖爆、極高巖溫、強(qiáng)蝕變、嚴(yán)重破碎圍巖、大變形等極端惡劣地質(zhì)條件下，TBM施工的安全、進(jìn)度、成本與投資都會(huì)受到極大的影響。西南鐵路桃花鋪1號(hào)隧道TBM曾遭遇大塌方，停機(jī)約1個(gè)月； 青海引大濟(jì)湟工程隧洞(長(zhǎng)約24 km)出口端TBM歷經(jīng)9年累計(jì)掘進(jìn)11 km，卡機(jī)數(shù)十次[2]； 南疆鐵路吐庫(kù)二線中天山隧道2臺(tái)TBM施工時(shí)，除了第1年掘進(jìn)順利外，受地質(zhì)條件及設(shè)備老化的雙重影響，后期掘進(jìn)步履維艱； 大瑞鐵路高黎貢山隧道TBM施工存在“三高四活躍”地質(zhì)問(wèn)題[3-4]； 陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞越嶺段遭遇了嶺南大流量突涌水，被迫停機(jī)處理[5]，嶺北大斷層施工采用礦山法導(dǎo)洞開挖上半斷面、TBM法掘進(jìn)下半斷面的方法[6]； 西北某輸水隧洞2臺(tái)敞開式TBM施工面臨著超長(zhǎng)、強(qiáng)蝕變、高地應(yīng)力、大埋深等“一超二強(qiáng)三高四大”問(wèn)題。TBM施工具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)要做好迎接極端惡劣地質(zhì)條件的挑戰(zhàn)。

不同機(jī)型TBM工程適應(yīng)性的局限性，導(dǎo)致TBM法施工技術(shù)對(duì)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的依賴程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉆爆法施工。以往TBM應(yīng)用數(shù)量很少，在TBM工法選用過(guò)程中非常謹(jǐn)慎，“挑肥揀瘦”地找地質(zhì)條件最適合的洞段采用TBM法施工，其余洞段全部采用鉆爆法施工。目前TBM在單項(xiàng)工程中連續(xù)掘進(jìn)的長(zhǎng)度越來(lái)越大，并且由于大埋深等建設(shè)環(huán)境的影響，甚至無(wú)法設(shè)置更多的輔助通道，這就對(duì)TBM設(shè)備及施工技術(shù)提出了更高的要求。

近十年來(lái)，關(guān)于不良地質(zhì)條件下TBM施工技術(shù)的研究很多，例如： 文獻(xiàn)[7-9]分別從設(shè)計(jì)和施工角度研究了不良地質(zhì)條件下的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)及施工技術(shù)措施； 文獻(xiàn)[10]研究了強(qiáng)巖爆時(shí)鉆爆法開挖上半斷面釋放應(yīng)力后TBM半斷面掘進(jìn)技術(shù)。然而，關(guān)于極端惡劣地質(zhì)條件下TBM施工技術(shù)與施工管理方面的研究尚未形成體系，例如： 圍巖大變形時(shí)TBM被卡的風(fēng)險(xiǎn)很高，處理方式五花八門，能夠進(jìn)行系統(tǒng)性快速處理的措施比較少，或者效果差強(qiáng)人意； 自穩(wěn)能力極差的破碎圍巖洞段TBM刀盤前方形成巨大塌腔，增大了施工風(fēng)險(xiǎn)，但可供參考的有效超前處理措施很少； 遭遇極強(qiáng)巖爆時(shí)TBM尚無(wú)獨(dú)自應(yīng)對(duì)的能力； 大流量突涌水、涌泥、涌砂時(shí)，采取TBM施工不具備處置能力，無(wú)法有效封堵，只能通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間排放或采取礦山法、冷凍法施工后TBM再通過(guò)； 極端惡劣地質(zhì)條件下，參建各方常常焦慮、煩躁，甚至盲目指揮和決策，導(dǎo)致更大的風(fēng)險(xiǎn)和損失。

極端惡劣地質(zhì)條件下的TBM施工是我們需要面對(duì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需要相關(guān)部門、企業(yè)、科研院所共同努力，分別從不同的角度深入系統(tǒng)地進(jìn)行研究。在適宜的地質(zhì)條件下發(fā)揮TBM快速施工的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能夠保證惡劣地質(zhì)條件下持續(xù)掘進(jìn)，盡量避免或減少TBM長(zhǎng)時(shí)間受阻或者停機(jī)，才能保證TBM更好地為隧道建設(shè)服務(wù)。本文從地質(zhì)勘察與工程總體籌劃、施工技術(shù)、施工管理3個(gè)方面對(duì)極端惡劣地質(zhì)條件下TBM的施工技術(shù)與管理措施進(jìn)行研究，希望能為后續(xù)的TBM工程項(xiàng)目施工提供參考。

1 地質(zhì)勘察與工程總體籌劃

1.1 地質(zhì)勘察盡量詳細(xì)、準(zhǔn)確

地質(zhì)條件是隧道建設(shè)重要的影響因素，也是TBM選型的基礎(chǔ)。地質(zhì)勘察成果直接決定隧道施工工法的選擇以及TBM的選型，并影響工程總體籌劃。

部分工程地質(zhì)勘察工作詳細(xì)且準(zhǔn)確度高，例如： 隧洞全長(zhǎng)526 km的西部某長(zhǎng)隧引水工程，平均1～2 km布設(shè)1個(gè)地質(zhì)鉆孔，并經(jīng)初步分析后局部加密探孔，該工程第2臺(tái)TBM自2017年9月中旬開始掘進(jìn)，至2018年8月底累計(jì)掘進(jìn)9 400 m，實(shí)際揭露圍巖與施工圖地質(zhì)勘察成果的吻合度約為70%，平均月進(jìn)尺820 m，詳細(xì)而準(zhǔn)確的地質(zhì)勘察成果為TBM合理選型提供了可靠依據(jù)，為TBM持續(xù)、均衡、快速施工奠定了基礎(chǔ)。

然而，由于技術(shù)水平、工期、成本等原因，很多隧道工程的地質(zhì)勘察不夠詳細(xì)，準(zhǔn)確度較低。全長(zhǎng)41 km的西部某輸水隧洞，洞身段絕大部分未進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，出口段敞開式TBM已經(jīng)掘進(jìn)的2 800 m洞段實(shí)際揭露圍巖與施工圖地質(zhì)勘察成果的吻合度只有29.7%，并且出現(xiàn)了未預(yù)見(jiàn)的嚴(yán)重蝕變、長(zhǎng)距離極破碎圍巖，TBM掘進(jìn)施工嚴(yán)重受阻，平均月進(jìn)尺僅110 m。由此可見(jiàn)，地質(zhì)勘察成果的準(zhǔn)確度對(duì)TBM順利施工有著重要的影響。

顯然，我們需要?jiǎng)?chuàng)造條件，促使地質(zhì)勘察結(jié)果能夠盡量詳細(xì)、準(zhǔn)確，為隧道設(shè)計(jì)、施工與TBM選型提供有力的支撐。

1.2 科學(xué)認(rèn)識(shí)TBM的工程適應(yīng)性

TBM不是萬(wàn)能的，雖然提出過(guò)“全天候TBM”的設(shè)計(jì)理念，但實(shí)際上具備應(yīng)對(duì)所有地質(zhì)條件的能力、滿足所有建設(shè)要求的“全能型”TBM，尚未成為現(xiàn)實(shí)。TBM施工具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但也存在明顯的不足。

適宜的地質(zhì)條件下，TBM可以持續(xù)、均衡、快速施工，即SPS作業(yè)法。SPS作業(yè)法在遼西北供水工程2段4標(biāo)得到應(yīng)用，在實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)不斷探索、改進(jìn)和完善，全標(biāo)段TBM平均月進(jìn)尺為616 m，純掘進(jìn)時(shí)間利用率為59.76%[11]； SPS作業(yè)法推廣應(yīng)用于吉林引松工程2標(biāo)段，TBM提前14個(gè)月貫通，平均月進(jìn)尺643 m，純掘進(jìn)時(shí)間利用率為56.85%[12]。

地質(zhì)條件不清晰且在極端惡劣地質(zhì)條件下時(shí)，TBM施工可謂“寸步難行”。西部某輸水隧洞出口段，TBM掘進(jìn)第2—6個(gè)月(第1個(gè)月僅掘進(jìn)2 d，忽略不計(jì))平均月進(jìn)尺390 m，最高月進(jìn)尺503 m，自第7個(gè)月開始遭遇未知的嚴(yán)重蝕變巖，之后是極破碎圍巖，涌泥、涌砂現(xiàn)象非常嚴(yán)重，至第26個(gè)月平均月進(jìn)尺僅42 m，該洞段的TBM適應(yīng)性極差，不適合采用TBM施工。

秉承科學(xué)、客觀的理念，根據(jù)地質(zhì)勘察成果全面論證TBM的工程適應(yīng)性，合理選擇工法、正確選型、科學(xué)配置，才能揚(yáng)長(zhǎng)避短，真正發(fā)揮TBM快速施工的優(yōu)勢(shì)。

1.3 合理選擇TBM機(jī)型

TBM選型不當(dāng)，其工程適應(yīng)性必然降低。例如： 西部某輸水隧洞，TBM遭遇極度破碎圍巖后，施工極其緩慢，長(zhǎng)時(shí)間處于停機(jī)狀態(tài)。有人提出當(dāng)初應(yīng)該選用雙護(hù)盾TBM，依據(jù)是已有某工程采用雙護(hù)盾TBM，雖然存在塌方等不良地質(zhì)，但總體施工進(jìn)度很好。忽略了具體的地質(zhì)條件和不同機(jī)型對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性，空談機(jī)型選擇是不可取的。西部某輸水隧洞掌子面完全不具備自穩(wěn)能力，涌泥、涌砂現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)由刀盤經(jīng)主梁作業(yè)孔大量涌出混凝土狀的土、石、水混合物的現(xiàn)象(如圖1所示)，現(xiàn)有任何型式的TBM在該洞段都不具備處置能力。因此，TBM選型需要綜合考慮整體地質(zhì)條件、地質(zhì)分布、施工區(qū)段劃分和局部極端惡劣地質(zhì)等因素，而不能以點(diǎn)代面。

圖1 土、石、水混合物自TBM主梁作業(yè)孔涌出Fig. 1 Mud gushed from working hole of TBM main beam

不同類型的TBM地質(zhì)適應(yīng)性不同，需要依據(jù)地質(zhì)條件和建設(shè)要求等合理選型。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)可知，敞開式TBM適用于圍巖整體性較好的隧道，采取必要的輔助措施可以應(yīng)對(duì)短距離惡劣地質(zhì)洞段；單護(hù)盾TBM主要適用于圍巖自穩(wěn)能力較差的脆性圍巖或軟巖地層隧道；雙護(hù)盾TBM適用于總體圍巖自穩(wěn)能力較好、自穩(wěn)能力較差洞段比例不大、塑性變形較小的隧道，其突出特點(diǎn)是綜合成洞速度快(并非是地質(zhì)適應(yīng)性明顯強(qiáng)于敞開式TBM)[13]。護(hù)盾式TBM采用管片襯砌，雖然可以一次成型，但受隧道埋深、水壓、地應(yīng)力、結(jié)構(gòu)和防排水設(shè)計(jì)等因素影響很大，需在設(shè)計(jì)檢算中予以重視，因此，其應(yīng)用受到了限制。

1.4 制定科學(xué)合理的工程總體籌劃

對(duì)于工程整體而言，工程總體籌劃包括總體施工方案、施工區(qū)段劃分、施工方法、大型臨時(shí)工程、工期與進(jìn)度計(jì)劃、安全質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)等內(nèi)容。結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，根據(jù)適當(dāng)超前的原則，制定科學(xué)合理的工程總體籌劃，對(duì)于順利推進(jìn)隧道工程建設(shè)、實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)意義重大，也會(huì)決定TBM在該工程的應(yīng)用效果。

科學(xué)合理的工程總體籌劃，應(yīng)充分考慮TBM對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性、可以實(shí)現(xiàn)的進(jìn)度指標(biāo)與工期目標(biāo)、不良地質(zhì)和極端惡劣地質(zhì)條件下的施工預(yù)案等。

2 施工技術(shù)

限于當(dāng)前的TBM設(shè)備技術(shù)與施工技術(shù)發(fā)展水平，在極端惡劣地質(zhì)條件下TBM尚無(wú)“放之四海而皆準(zhǔn)”的應(yīng)對(duì)措施，但也并非完全無(wú)法應(yīng)對(duì)。宏觀上，可以從以下5個(gè)方面開展TBM在極端惡劣地質(zhì)條件下的施工技術(shù)研究工作。

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

由于當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平、工期、投資等的影響，導(dǎo)致前期地質(zhì)勘察成果存在偏差，甚至缺乏有效的勘察手段而無(wú)法準(zhǔn)確推斷地質(zhì)情況，這是客觀存在的事實(shí)，無(wú)法回避，必須正視。鑒于地質(zhì)條件對(duì)TBM施工的直接影響，TBM施工過(guò)程中非常有必要實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，這是隧道施工地質(zhì)勘察工作的必要補(bǔ)充，特別是在可能存在極端惡劣地質(zhì)的情況下，更應(yīng)該增加超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的頻率和方法，采用多種方法相互印證，盡可能準(zhǔn)確地探明前方地質(zhì)條件，為TBM掘進(jìn)施工提供很好的指引。

開工前的地質(zhì)勘察成果、TBM掘進(jìn)施工過(guò)程中實(shí)際揭露的圍巖狀態(tài)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合，物探、鉆探和地質(zhì)素描相結(jié)合，可以大大提高對(duì)前方地質(zhì)條件判斷的準(zhǔn)確性。

可供選用的隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法有很多。與鉆爆法相比，TBM施工中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作存在的主要影響因素為： TBM結(jié)構(gòu)龐大，作業(yè)空間狹小，特別是難以接近掌子面；大量金屬結(jié)構(gòu)及電氣系統(tǒng)形成強(qiáng)大的電磁干擾。鉆爆法施工中應(yīng)用良好的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法在TBM施工中不一定適用，即便有可行的方法，其準(zhǔn)確度仍有巨大的提升空間，需要相關(guān)企業(yè)、院校、科研機(jī)構(gòu)繼續(xù)開展科技研發(fā)工作。TBM施工參建各方應(yīng)鼓勵(lì)創(chuàng)新，慎重選擇有潛力的預(yù)報(bào)方法，提供現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和提升的機(jī)會(huì)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為TBM施工提供服務(wù)。

2.2 合理選擇掘進(jìn)參數(shù)和施工工藝

穩(wěn)定性好、相對(duì)均質(zhì)的圍巖條件下，TBM掘進(jìn)參數(shù)存在明顯的規(guī)律，并且能夠保證TBM長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)過(guò)實(shí)踐和總結(jié)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員很容易掌握。極端惡劣地質(zhì)條件下，隨著TBM掘進(jìn)，TBM無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，掘進(jìn)參數(shù)變化頻繁，如何適時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)以適應(yīng)不斷變化的圍巖，并非一朝一夕就能夠積累到成熟的經(jīng)驗(yàn)，并且很多情況下僅僅依靠調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)也無(wú)法成功應(yīng)對(duì)惡劣地質(zhì)條件，還要適時(shí)調(diào)整施工工藝和施工組織。針對(duì)惡劣的地質(zhì)條件，以下經(jīng)驗(yàn)可供借鑒： 1)TBM在極完整特硬巖中掘進(jìn)時(shí)，適當(dāng)增大TBM掘進(jìn)推力、刀盤轉(zhuǎn)速，輔以適宜的滾刀配置，能夠顯著提高掘進(jìn)效率。2)極端破碎地質(zhì)條件下，首先應(yīng)創(chuàng)造條件實(shí)施超前加固，同時(shí)適當(dāng)降低推力、轉(zhuǎn)速，有利于減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，有助于降低嚴(yán)重坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。在敞開式TBM施工中，合理使用鋼筋排、適用的鋼瓦片或鋼管片能夠有效防止護(hù)盾后方坍塌[14-15]。3)掌子面與拱頂嚴(yán)重坍塌洞段，很容易導(dǎo)致刀盤被卡，刀盤脫困轉(zhuǎn)矩通常配置為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍，電液混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以提供額定轉(zhuǎn)矩2倍甚至更高的脫困轉(zhuǎn)矩，值得選用[16]。另外，為防止TBM運(yùn)行中刀盤被卡，需要合理的轉(zhuǎn)速，以適當(dāng)提高刀盤運(yùn)行的沖擊力，但需要注意合理控制轉(zhuǎn)速提升的時(shí)機(jī)和幅度。4)極端軟弱破碎圍巖往往導(dǎo)致?lián)窝o(wú)法撐緊洞壁，需要事先加固撐靴對(duì)應(yīng)的圍巖，可以應(yīng)急采取噴射混凝土、小導(dǎo)管注漿、模筑混凝土的方法，最好不選用支墊沙袋、枕木等方式。5)存在刀盤和(或)護(hù)盾被卡風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)條件下掘進(jìn)時(shí)，切忌長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。

合理選擇掘進(jìn)參數(shù)，需要TBM設(shè)備具有較大的能力裕度。需要事先開展相應(yīng)地質(zhì)條件下的施工預(yù)案研究，在TBM設(shè)計(jì)制造過(guò)程中充分結(jié)合可能遭遇的極端惡劣地質(zhì)條件，合理提高TBM的功能與性能，預(yù)留相應(yīng)的施工條件，否則施工中洞內(nèi)改造TBM難度極大，甚至不具備實(shí)施條件。

2.3 實(shí)事求是，及時(shí)合理支護(hù)

遭遇極端惡劣圍巖時(shí)，TBM施工需要依據(jù)當(dāng)前實(shí)際地質(zhì)條件，借鑒以往類似地質(zhì)條件下相關(guān)機(jī)型TBM的施工經(jīng)驗(yàn)，依靠專業(yè)人才，借助專家力量，實(shí)事求是地制定解決措施。方案研究過(guò)程中，既要有“天馬行空”式的思路拓展，又要有腳踏實(shí)地、確?？尚械膶?shí)干精神；既要發(fā)散思維充分研討，又要當(dāng)機(jī)立斷及時(shí)決策。

鋼筋排支護(hù)技術(shù)是預(yù)防和減少圍巖坍塌的有效措施，在多項(xiàng)工程中取得了優(yōu)異的成績(jī)； 化學(xué)灌漿起效快，對(duì)于破碎圍巖加固、回填、止水具有一定的有益作用； 在施工實(shí)踐中，密排鋼架具有較好的支護(hù)效果； 鋼瓦片在極端破碎圍巖、蝕變巖、地下水豐富洞段能夠有效防止坍塌或?qū)甗16]……新技術(shù)、新工藝將會(huì)逐步涌現(xiàn)，多種措施結(jié)合才能更好地穩(wěn)固圍巖，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力，起到“1 + 1 > 2”的效果。

2.4 加大超前處理技術(shù)研發(fā)力度

隧道施工中圍巖出露后的處理屬于事后處置，有一定效果但綜合成本相對(duì)較高。超前加固、超前封堵等措施屬于事前預(yù)防，是極其重要的施工手段，并且在鉆爆法施工中應(yīng)用相對(duì)成熟。由于TBM工法的局限性以及施工技術(shù)水平的限制，雖然多年來(lái)相關(guān)單位開展了很多TBM超前支護(hù)、超前封堵等事前預(yù)防技術(shù)研究，但在極端惡劣地質(zhì)條件下尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。難題主要集中在2點(diǎn)： 一是超前鉆孔，這是目前所能想到的超前處理措施的基礎(chǔ)，如超前小導(dǎo)管、超前管棚、超前灌漿、超前錨桿、超前應(yīng)力釋放孔、超前鉆探等都離不開超前鉆孔，因作業(yè)空間所限，導(dǎo)致鉆孔深度、間距、工效無(wú)法適應(yīng)施工需求； 二是超前灌漿，還沒(méi)有廣泛適用的TBM止?jié){、灌漿施工技術(shù)。

TBM施工超前處理技術(shù)是應(yīng)對(duì)極端惡劣地質(zhì)條件最關(guān)鍵的措施，需要有重大突破才能真正解決超前鉆孔與灌漿的問(wèn)題?！兑环N敞開式TBM超前支護(hù)加固系統(tǒng)》《一種用于TBM隧道施工的超前小導(dǎo)管》等專利技術(shù)對(duì)TBM施工超前處理技術(shù)進(jìn)行了有效探索，但仍需在實(shí)踐中不斷完善和提高。結(jié)合所面臨的地質(zhì)難題，相關(guān)單位需要積極創(chuàng)造條件，鼓勵(lì)創(chuàng)新，在保證安全的前提下勇于試驗(yàn)，在摸索中實(shí)踐，在實(shí)踐中提高。

2.5 適時(shí)優(yōu)化工法

TBM是一種隧道施工設(shè)備，與鑿巖臺(tái)車、濕噴臺(tái)車等設(shè)備有一個(gè)共同屬性，即為隧道施工服務(wù)。隧道施工的最終目標(biāo)是安全建成質(zhì)量合格的隧道，施工過(guò)程中應(yīng)該充分考慮極端惡劣地質(zhì)條件下相關(guān)工法的適應(yīng)性、局限性，充分對(duì)比其優(yōu)劣，選擇最適用的工法，這是隧道施工安全與質(zhì)量的保障，也是工期和成本控制的需要。針對(duì)選用TBM法施工的隧道，局部TBM無(wú)法有效應(yīng)對(duì)的極端地質(zhì)洞段，應(yīng)果斷決策，選擇其他適應(yīng)性更強(qiáng)的工法。實(shí)踐證明，導(dǎo)洞礦山法開挖后TBM步進(jìn)通過(guò)和鉆爆法施工上半斷面、TBM掘進(jìn)下半斷面等方法，在特定的地質(zhì)條件下取得了顯著的效果。

3 施工管理

3.1 安全優(yōu)先，確保質(zhì)量

安全是隧道施工的首要保障，首先要保證人員安全，其次要保證設(shè)備與構(gòu)筑物的安全。極端惡劣地質(zhì)條件下TBM施工存在諸多高風(fēng)險(xiǎn)源，務(wù)必把安全置于所有工作的首位。安全與質(zhì)量密不可分，規(guī)范作業(yè)、質(zhì)量合格是實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量目標(biāo)的重要保障。

關(guān)于施工安全與質(zhì)量的論述很多，本文不再贅述。在此單獨(dú)提出主要是強(qiáng)調(diào)“安全優(yōu)先、確保質(zhì)量”的施工理念。

3.2 選擇具有豐富經(jīng)驗(yàn)的施工企業(yè)承建高風(fēng)險(xiǎn)TBM法隧道工程

采用TBM法施工的隧道工程招標(biāo)中會(huì)對(duì)投標(biāo)人提出TBM施工業(yè)績(jī)的明確要求，同時(shí)也會(huì)對(duì)項(xiàng)目經(jīng)理和技術(shù)負(fù)責(zé)人提出相應(yīng)的業(yè)績(jī)要求。例如，某工程招標(biāo)文件規(guī)定： “2013年1月1日至2017年12月31日承擔(dān)過(guò)(已完工或在建)1個(gè)單項(xiàng)合同內(nèi)含有采用TBM施工的掘進(jìn)斷面≥35 m2且TBM掘進(jìn)總長(zhǎng)度≥15 km隧洞工程的投標(biāo)人得基本分1分，每增加1個(gè)上述業(yè)績(jī)加1分，最多得7分?！庇纱丝梢?jiàn)，建設(shè)單位已充分認(rèn)識(shí)到TBM施工的難度，因而將經(jīng)驗(yàn)豐富作為選擇中標(biāo)人的重要因素。

上述做法充分說(shuō)明了建設(shè)單位對(duì)施工企業(yè)經(jīng)驗(yàn)的重視。有TBM施工業(yè)績(jī)的企業(yè)，自然會(huì)積累一定的施工經(jīng)驗(yàn)。適宜地質(zhì)條件下的TBM施工經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虮ＷC施工進(jìn)度，極端惡劣地質(zhì)條件下TBM施工經(jīng)驗(yàn)的重要性更加突出，類似地質(zhì)條件下的業(yè)績(jī)和經(jīng)驗(yàn)越豐富，施工過(guò)程中的處置措施就會(huì)越合理，處理過(guò)程就會(huì)越順暢。

3.3 各司其職，通力合作

極端惡劣地質(zhì)條件下TBM施工存在著極高風(fēng)險(xiǎn)，需要科學(xué)判斷、及時(shí)合理決策，需要參建各方以搶險(xiǎn)姿態(tài)應(yīng)對(duì)，盡最大努力避免發(fā)生重大安全事故，盡量縮短處理工期，快速應(yīng)對(duì)方案不合理、不及時(shí)可能帶來(lái)的災(zāi)難性的后果。

2016年5月底，陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞嶺北敞開式TBM第2階段施工突遇大斷層，細(xì)小的巖石顆粒從護(hù)盾尾部下方呈流砂狀涌出，刀盤前方出現(xiàn)大坍塌，鄰近護(hù)盾的鋼拱架嚴(yán)重變形，TBM被卡。參建各方高度重視，建設(shè)單位把握大方向，協(xié)調(diào)各方資源；施工單位迅速組織專家與設(shè)計(jì)單位共同探討研究，及時(shí)提出導(dǎo)洞礦山法半斷面開挖、TBM半斷面掘進(jìn)的處理方案；在建設(shè)單位的支持下，設(shè)計(jì)單位立即復(fù)核并調(diào)整施工圖，施工單位同步細(xì)化實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)；監(jiān)理單位按既定方案重點(diǎn)監(jiān)控安全與質(zhì)量。3個(gè)月后，TBM安全通過(guò)30 m嚴(yán)重的斷層破碎帶，恢復(fù)正常掘進(jìn)。參建各方職責(zé)清晰、各司其職、發(fā)揮專長(zhǎng)、及時(shí)決策、通力合作，研究階段各抒己見(jiàn)，實(shí)施階段堅(jiān)決按既定方案執(zhí)行。這種做法，值得在建和潛在存在極端惡劣地質(zhì)條件的TBM法隧道施工借鑒，唯有如此才能及時(shí)有效地應(yīng)對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)，才能促進(jìn)TBM法在極端惡劣地質(zhì)條件下合理應(yīng)用。職責(zé)不清、定位不準(zhǔn)、推諉扯皮、缺乏擔(dān)當(dāng)、沒(méi)有大局意識(shí)、為了局部利益而斤斤計(jì)較、有研究無(wú)決策、有決策無(wú)執(zhí)行，只能導(dǎo)致工程繼續(xù)延誤，造成更加嚴(yán)重的后果。

3.4 合理控制工期與投資

由于目前設(shè)備技術(shù)和施工技術(shù)水平的限制，極端惡劣地質(zhì)條件下TBM施工工期、成本的可預(yù)見(jiàn)性較差。為了促進(jìn)極端惡劣地質(zhì)條件下TBM施工能夠順利進(jìn)行，保證施工安全與質(zhì)量，需要正確認(rèn)識(shí)目前的技術(shù)水平，實(shí)事求是地合理控制工期和投資。

3.5 完善適應(yīng)TBM施工特點(diǎn)的相關(guān)規(guī)范

鉆爆法隧道施工有完善的設(shè)計(jì)、施工、定額等管理體系，但TBM法的相關(guān)規(guī)范尚未形成體系，在一定程度上制約了其發(fā)展。

建立健全的、適應(yīng)TBM施工特點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)和定額等管理體系是促進(jìn)TBM施工技術(shù)科學(xué)發(fā)展的需要。在研究和編制指導(dǎo)性文件過(guò)程中，需要兼顧各種工況條件，特別要關(guān)注極端惡劣地質(zhì)條件。

4 結(jié)論與討論

在隧道施工中TBM法正在被大力推廣，相關(guān)的技術(shù)發(fā)展也進(jìn)入一個(gè)新的階段，廣闊的前景與嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)并存。TBM法在極端惡劣地質(zhì)條件下的施工技術(shù)、工程管理與鉆爆法還存在明顯差距，有待進(jìn)一步提升。因此，推廣TBM施工技術(shù)時(shí)需要慎重，使TBM在隧道建設(shè)中能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短。同時(shí)，要兼顧宏觀與細(xì)節(jié)、技術(shù)與管理，系統(tǒng)研究，用舍行藏，既要努力創(chuàng)造條件充分發(fā)揮TBM的作用，又要及時(shí)準(zhǔn)確判斷TBM無(wú)法適應(yīng)的工況，果斷采用適宜的工法。

1)盡量提高地質(zhì)勘察成果的準(zhǔn)確性，正視勘察結(jié)果不全面的事實(shí)，科學(xué)認(rèn)識(shí)各TBM機(jī)型的工程適應(yīng)性及當(dāng)前技術(shù)水平，優(yōu)化組合各種施工方法，編制更加合理的工程總體籌劃，實(shí)現(xiàn)隧道建設(shè)的安全、質(zhì)量、工期等目標(biāo)。

2)TBM施工中針對(duì)不同的地質(zhì)條件應(yīng)合理選擇掘進(jìn)參數(shù)，及時(shí)合理支護(hù)，適時(shí)優(yōu)化工法；亟待實(shí)現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前處理的重大技術(shù)突破，大幅提高TBM的工程適應(yīng)性。

3)建立健全的TBM設(shè)備設(shè)計(jì)制造、TBM法隧道工程設(shè)計(jì)與施工系列規(guī)范性文件； 參建各方職責(zé)清晰、定位準(zhǔn)確、發(fā)揮專長(zhǎng)、各司其職、通力合作、強(qiáng)化決策與執(zhí)行能力，努力提高TBM極端惡劣地質(zhì)條件下的施工效率； 合理控制工期與投資，促進(jìn)TBM施工技術(shù)的健康發(fā)展。