楊延棟， 陳 饋， 張 嘯

(1. 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 鄭州 450001； 2. 中鐵隧道局集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州 511458； 3. 中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司， 河南 鄭州 450016)

0 引言

目前，長(zhǎng)大山嶺隧道工程已越來(lái)越多地采用全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工，TBM也已被廣泛應(yīng)用于交通、水利等隧道工程的建設(shè)中。例如： 已建成的世界最長(zhǎng)的鐵路隧道圣哥達(dá)基線隧道[1-2]，該隧道長(zhǎng)57 km，由2條平行隧道組成，其中TBM施工段總長(zhǎng)超過(guò)85 km，采用4臺(tái)德國(guó)海瑞克TBM施工；遼西北供水工程[3]TBM施工段總長(zhǎng)110 km，采用8臺(tái)TBM施工，其中4臺(tái)由美國(guó)羅賓斯公司提供，2臺(tái)由德國(guó)海瑞克公司提供，2臺(tái)由北方重工集團(tuán)有限公司(與美國(guó)羅賓斯公司合作)提供；引松供水[4]隧洞TBM施工段全長(zhǎng)72 km，由3臺(tái)TBM施工，其中1臺(tái)由美國(guó)羅賓斯公司提供，1臺(tái)由中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司提供，1臺(tái)由中國(guó)鐵建重工集團(tuán)有限公司提供，該工程實(shí)現(xiàn)了TBM國(guó)產(chǎn)化。但從已有工程的TBM施工情況來(lái)看，在極硬巖、斷層破碎帶、軟弱大變形、涌水突泥、超長(zhǎng)距離、強(qiáng)巖爆、高地?zé)岬炔涣嫉刭|(zhì)條件下，TBM施工存在“水土不服”、掘進(jìn)困難的問(wèn)題。在建大瑞鐵路高黎貢山隧道工程[5]、引額供水隧洞工程[6]，以及即將實(shí)施的滇中引水隧洞工程、川藏鐵路隧道工程等復(fù)雜地質(zhì)條件下的長(zhǎng)大山嶺隧道工程，對(duì)TBM的適應(yīng)性提出了新的挑戰(zhàn)。

國(guó)內(nèi)多位專家學(xué)者對(duì)TBM在復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性展開(kāi)了積極的探索與研究。文獻(xiàn)[7]闡述了TBM在隧道工程的應(yīng)用情況，從TBM刀盤刀具研制、大坡度煤礦斜井TBM研制、大直徑多功能TBM研制、小型TBM研制、TBM再制造等方面總結(jié)了TBM制造技術(shù)取得的成果，從刀盤刀具設(shè)置、不良地質(zhì)段TBM施工、護(hù)盾TBM卡機(jī)脫困、護(hù)盾TBM預(yù)防卡機(jī)等方面總結(jié)了TBM掘進(jìn)技術(shù)取得的成果；杜立杰[8]總結(jié)了中國(guó)TBM設(shè)計(jì)與施工發(fā)展的5個(gè)階段，通過(guò)分析不同階段TBM施工典型工程取得的技術(shù)突破，提出了TBM應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)的對(duì)策及建議；賀飛等[9]針對(duì)引松供水工程，分析了TBM設(shè)計(jì)和應(yīng)用特點(diǎn)，該TBM取得了最高月進(jìn)尺1 318.7 m、平均月進(jìn)尺超過(guò)600 m的優(yōu)異成績(jī)，實(shí)現(xiàn)了TBM國(guó)產(chǎn)化；程永亮等[10]從刀盤盤體選型、刀盤布局設(shè)計(jì)、刀盤支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀盤掘進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)等方面提出了TBM地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用于引松供水工程，驗(yàn)證了刀盤地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法的可行性；陳饋等[11]通過(guò)分析高黎貢山隧道的不良地質(zhì)條件，從支護(hù)系統(tǒng)、刀盤刀具、應(yīng)對(duì)涌水、應(yīng)對(duì)高地?zé)岬确矫?，提出了提高TBM適應(yīng)性的設(shè)計(jì)方案；洪開(kāi)榮等[12]針對(duì)高黎貢山隧道復(fù)雜地層條件，從滾刀破巖適應(yīng)性、刀具磨損適應(yīng)性、針對(duì)性設(shè)計(jì)方案、超前預(yù)報(bào)技術(shù)等方面對(duì)提高TBM適應(yīng)性提出了建議。

上述專家學(xué)者的研究對(duì)提高TBM適應(yīng)性大有益處，但軟巖收斂卡機(jī)、破碎坍塌、巖爆片幫、高溫?zé)岷Α⑼荒嘤克炔涣嫉刭|(zhì)TBM設(shè)備無(wú)法應(yīng)對(duì)的問(wèn)題仍然未能得到解決。針對(duì)大瑞鐵路高黎貢山隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件，中鐵隧道局集團(tuán)有限公司、中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司、中鐵二院工程集團(tuán)有限公司、中鐵西南科學(xué)研究院有限公司、石家莊鐵道大學(xué)等單位聯(lián)合研制了國(guó)產(chǎn)最大直徑TBM(φ9.03 m)，本文從TBM設(shè)備創(chuàng)新入手，提出了變截面可抬升開(kāi)挖、前置自動(dòng)化濕噴、隱藏常態(tài)超前鉆探、水巖一體超前預(yù)報(bào)、加強(qiáng)型大范圍初期支護(hù)、強(qiáng)制制冷通風(fēng)、刀盤刀具優(yōu)化、物料快速運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并且在大瑞鐵路高黎貢山隧道進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以期為川藏鐵路等復(fù)雜地質(zhì)工程TBM設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

高黎貢山隧道地質(zhì)條件極為復(fù)雜，具有“三高”(高地?zé)?、高地?yīng)力、高地震烈度)、“四活躍”(活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、活躍的地?zé)崴h(huán)境、活躍的外動(dòng)力地質(zhì)條件、活躍的岸坡淺表改造過(guò)程)的地質(zhì)特征。高黎貢山隧道全長(zhǎng)34.5 km，出口段(勐冒斷層以后)13.5 km主要采用TBM法施工，最大埋深1 155 m。TBM施工段含4條斷層和2段蝕變巖帶，TBM施工可能存在破碎、收斂、涌水、巖爆、高溫等不良地質(zhì)。出口段巖性以花崗巖為主，抗壓強(qiáng)度為5～65 MPa，Ⅳ、Ⅴ類圍巖高達(dá)40%，如圖1所示。地下水以基巖裂隙水為主，全隧預(yù)測(cè)最大涌水量為41 500 m3/d。

(a) 巖性構(gòu)成餅狀圖

(b) 圍巖分類餅狀圖

Fig. 1 Surrounding rock conditions at exit section of Gaoligongshan Tunnel

2 TBM研制中的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)方案

2.1 變截面可抬升開(kāi)挖技術(shù)

高黎貢山隧道出口TBM段含2段共計(jì)長(zhǎng)140 m的蝕變巖段，圍巖易收斂，需要TBM連續(xù)擴(kuò)挖，要求增加開(kāi)挖半徑不小于100 mm，目前僅通過(guò)增加邊刀刀座墊塊的擴(kuò)挖方式僅能實(shí)現(xiàn)增加開(kāi)挖半徑50 mm，因此，大范圍擴(kuò)挖是該技術(shù)需要解決的難點(diǎn)。為了解決該技術(shù)難點(diǎn)，除了增加邊刀刀座墊塊，還采用了預(yù)留2個(gè)邊刀刀箱、安裝508 mm(20英寸)偏刃滾刀等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)刀盤大范圍擴(kuò)挖。

刀盤半徑方向擴(kuò)挖50 mm時(shí)，需要對(duì)57#—62#共6個(gè)位置邊刀增加刀座墊塊，并在預(yù)留的刀盤最外緣的2個(gè)刀箱CW1、CW2內(nèi)安裝滾刀和刀座墊塊，此時(shí)安裝的刀圈直徑均為483 mm(19英寸)，如圖2(a)所示。刀盤半徑方向擴(kuò)挖100 mm時(shí)，需要對(duì)56#—62#以及CW1、CW2共9個(gè)位置的滾刀進(jìn)行調(diào)整，其中56#—61#6個(gè)位置的滾刀通過(guò)增加刀座墊塊來(lái)提升滾刀高度，仍然采用直徑483 mm(19英寸)刀圈；62#、CW1 2個(gè)位置的滾刀除了增加刀座墊塊，還需要將483 mm(19英寸)刀圈更換為508 mm(20英寸)刀圈，如圖2(b)所示；最外緣CW2位置的滾刀采用刀刃偏心40 mm、直徑508 mm(20英寸)滾刀，刀刃偏心的目的是為了防止刀體暴露太多而被磨損。

刀盤的大范圍擴(kuò)挖會(huì)帶來(lái)另外一個(gè)問(wèn)題，即擴(kuò)挖后TBM整機(jī)將相對(duì)于隧道軸線向下偏心。為了解決該問(wèn)題，在底護(hù)盾與驅(qū)動(dòng)箱體之間增加同步抬升機(jī)構(gòu)，通過(guò)舉升油缸將機(jī)頭架抬起一定高度，為了確保足夠的剛度，在機(jī)頭架與底護(hù)盾之間填裝入相應(yīng)厚度的鋼板，最后將機(jī)頭架與底護(hù)盾通過(guò)螺栓剛性連接，如圖2(c)所示。底護(hù)盾兩側(cè)安裝了4組抬升油缸，抬升油缸通過(guò)同步控制系統(tǒng)，保證抬升過(guò)程的精準(zhǔn)同步；在底護(hù)盾中央處，驅(qū)動(dòng)箱和底護(hù)盾之間設(shè)計(jì)1個(gè)導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱與底護(hù)盾滑軌之間只允許存在豎直方向位移，保證升降過(guò)程方向垂直并抵抗偏載。

(a) 單邊擴(kuò)挖50 mm

(b) 單邊擴(kuò)挖100 mm

(c) 驅(qū)動(dòng)抬升裝置示意圖

圖2變截面可抬升開(kāi)挖設(shè)計(jì)方案

Fig. 2 Design scheme of variable section and lift type excavation cutterhead

不擴(kuò)挖狀態(tài)下，底護(hù)盾與驅(qū)動(dòng)箱之間通過(guò)螺栓進(jìn)行剛性連接。需要擴(kuò)挖時(shí)，首先需拆除底護(hù)盾與驅(qū)動(dòng)箱之間的連接螺栓；通過(guò)抬升油缸將驅(qū)動(dòng)箱抬起一定高度，在驅(qū)動(dòng)箱和底護(hù)盾之間安裝墊塊。墊塊的厚度與刀盤半徑方向擴(kuò)挖量一致，并布置與連接螺栓相匹配的圓形孔。抬升油缸緩慢同步卸載后，使用加長(zhǎng)螺栓重新連接驅(qū)動(dòng)箱、墊塊和底護(hù)盾。此時(shí)，刀盤跟隨驅(qū)動(dòng)箱抬升到指定高度。

2.2 水巖一體超前預(yù)報(bào)技術(shù)

高黎貢山隧道出口TBM掘進(jìn)段地質(zhì)和水文條件復(fù)雜，破碎斷層、軟巖、高壓涌水等不良地質(zhì)一旦在沒(méi)有預(yù)案的情況下被揭露，將對(duì)TBM施工產(chǎn)生嚴(yán)重影響，及時(shí)掌握前方不良地質(zhì)，可為采取應(yīng)對(duì)措施提供依據(jù)。在國(guó)內(nèi)外隧道施工中，采用了多種地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法，但在TBM法隧道施工中適應(yīng)性差，且施作空間受限，如鉆爆法隧道中采用的TSP法，需要施工配合鉆孔，工序復(fù)雜，且采用放炮方式激發(fā)信號(hào)，存在一定安全隱患；另外，不同超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對(duì)于不同的介質(zhì)的敏感程度不同。因此，單一的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法無(wú)法對(duì)不良地質(zhì)、水文條件進(jìn)行全面的物探。該TBM采用了多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段集成設(shè)計(jì)方法，由于聲波、地震波對(duì)固體介質(zhì)比較敏感，理論上可探測(cè)TBM前方100 m左右的異常地質(zhì)；由于電磁波對(duì)液體介質(zhì)比較敏感，理論上可探測(cè)TBM前方30～50 m的異常水體。因此，該TBM主機(jī)室集成了HSP(水平聲波剖面法)、激發(fā)極化法、三維地震法3種方法的超前物探設(shè)備，HSP和三維地震法主要用于前方斷層、破碎帶等不良地質(zhì)探測(cè)，激發(fā)極化法主要用于前方含水體探測(cè)，主機(jī)室單獨(dú)設(shè)置了超前探測(cè)控制單元及顯示屏，如圖3所示。

2.3 隱藏式常態(tài)化超前鉆探技術(shù)

通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)TBM前方存在嚴(yán)重不良地質(zhì)時(shí)，需要通過(guò)超前加固來(lái)降低TBM直接通過(guò)的風(fēng)險(xiǎn)，而由于TBM的L1區(qū)作業(yè)空間的限制，以往TBM多采用超前鉆機(jī)與錨桿鉆機(jī)共用軌道，TBM正常掘進(jìn)時(shí)，超前鉆機(jī)需要放置在洞外或TBM尾部，遇到不良地質(zhì)時(shí)超前鉆機(jī)無(wú)法及時(shí)就位，往往錯(cuò)過(guò)加固的最佳時(shí)機(jī)。為了解決超前鉆機(jī)不能夠及時(shí)就位的難題，且不影響L1區(qū)的其他作業(yè)，該TBM為超前鉆機(jī)設(shè)計(jì)了單獨(dú)的軌道，考慮到主梁上部人員和材料通道的影響，采用隱藏式設(shè)計(jì)，超前鉆機(jī)不使用時(shí)隱藏在主梁上部，L1區(qū)上部作業(yè)平臺(tái)采用活動(dòng)鋼板覆蓋，不影響其他作業(yè)。兩側(cè)齒圈預(yù)先安裝，使用時(shí)將載有超前鉆機(jī)的一段齒圈伸出，超前鉆機(jī)與錨桿鉆機(jī)共用一套液壓泵站，連接管線后，即可配合開(kāi)展超前加固作業(yè)，如圖4所示。

圖3水巖一體超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

Fig. 3 Design scheme of water body and rock mass integration advance prediction system

(a) 超前鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

(b) 超前鉆機(jī)在主梁上的布置示意圖

Fig. 4 Design scheme of concealed and normalized advance drilling system

TBM正常掘進(jìn)時(shí)，超前鉆機(jī)隨一段齒圈軌道梁暗藏于主梁平臺(tái)下方，兩側(cè)分別固定2段齒圈軌道梁，需要超前鉆孔作業(yè)時(shí)，通過(guò)兩側(cè)油缸將超前鉆機(jī)及齒圈軌道梁一同升起并與兩側(cè)齒圈梁連接，可形成一整齒圈環(huán)。超前鉆機(jī)可沿著齒圈梁以7°的外插角行走一圈，可用于超前錨桿、超前小導(dǎo)管、超前管棚等的鉆孔作業(yè)，并可配合超前注漿設(shè)備，輔助進(jìn)行刀盤前方圍巖的超前加固。

2.4 前置式自動(dòng)化濕噴技術(shù)

不良地質(zhì)露出護(hù)盾后，除了采用錨桿、鋼拱架、鋼筋排、鋼網(wǎng)片進(jìn)行支護(hù)外，還需要噴射混凝土及時(shí)封閉，而TBM的L2區(qū)濕噴裝置距離該位置遠(yuǎn)，起不到及時(shí)封閉的作用，以往通過(guò)人工手持噴漿機(jī)進(jìn)行潮噴，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境惡劣。為了解決不良地質(zhì)露出護(hù)盾后不能及時(shí)封閉的難題，通過(guò)結(jié)構(gòu)及空間優(yōu)化，在護(hù)盾尾部鋼拱架撐緊機(jī)構(gòu)上安裝弧形齒圈軌道，實(shí)現(xiàn)了2組噴嘴在鋼拱架撐緊機(jī)構(gòu)的圓弧軌道上的行走，如圖5所示；拼裝鋼拱架時(shí)，2組噴嘴分別移動(dòng)到弧形軌道底端，不影響鋼拱架安裝。濕噴料通過(guò)L2區(qū)濕噴泵和設(shè)備橋濕噴泵接力輸送。

(a) 前置式濕噴布置示意圖

(b) 濕噴機(jī)械手實(shí)物圖

Fig. 5 Design scheme of front-mounted and automated concrete jet system

2.5 加強(qiáng)型大范圍初期支護(hù)技術(shù)

為了增強(qiáng)TBM的初期支護(hù)能力，應(yīng)對(duì)破碎、收斂等不良地質(zhì)，配置了鋼筋排鋼筋網(wǎng)支護(hù)、鋼拱架安裝、錨桿鉆機(jī)、超前鉆機(jī)、L1區(qū)濕噴及L2區(qū)濕噴等系統(tǒng)，如圖6所示；鋼筋排與鋼筋網(wǎng)覆蓋范圍增加至250°，如圖7(a)所示，可覆蓋撐靴部位，而以往設(shè)計(jì)覆蓋范圍僅有頂部120°范圍，無(wú)法實(shí)現(xiàn)撐靴位置的鋼筋排、鋼筋網(wǎng)支護(hù)；鋼筋排、鋼網(wǎng)片均可以在護(hù)盾內(nèi)夾層存儲(chǔ)，如圖7(b)所示。

圖6 加強(qiáng)型大范圍初期支護(hù)設(shè)計(jì)方案

Fig. 6 Design scheme of enhanced and large-scale primary support system

(a) 加大鋼筋排覆蓋范圍

(b) 增加鋼網(wǎng)片存儲(chǔ)夾層

2.6 通風(fēng)系統(tǒng)強(qiáng)制制冷技術(shù)

高黎貢山隧道可能會(huì)出現(xiàn)高地溫問(wèn)題，環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致TBM設(shè)備無(wú)法正常工作。為了解決高溫環(huán)境下TBM設(shè)備無(wú)法正常工作的難題，首選需要解決的難題是確定隧道換熱量。通過(guò)熱交換計(jì)算，需要冷風(fēng)冷卻的功率為2 011 kW，TBM配置了3組RTHE200制冷機(jī)組，空冷器冷卻器能力高達(dá)3×714.8 kW，如圖8所示。根據(jù)需要，3組制冷機(jī)組可分別單獨(dú)啟動(dòng)。強(qiáng)制制冷系統(tǒng)由制冷機(jī)組、空冷器、制冷風(fēng)機(jī)組成，空冷器由很多均勻纏繞的銅管組成。強(qiáng)制制冷系統(tǒng)的工作原理為： 制冷機(jī)組產(chǎn)生7～12 ℃的冷凍水，冷凍水流經(jīng)空冷器，制冷風(fēng)機(jī)供風(fēng)流經(jīng)空冷器，與其內(nèi)部纏繞的銅管接觸，降低空氣溫度，被降溫的空氣被持續(xù)送到設(shè)備前端，通過(guò)持續(xù)的地溫回風(fēng)來(lái)降低施工區(qū)域環(huán)境溫度。

(a)

(b)

2.7 刀盤刀具優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

TBM長(zhǎng)距離獨(dú)頭掘進(jìn)要求刀盤刀具具有較高的破巖能力和耐磨性。通過(guò)數(shù)值計(jì)算對(duì)比了滾刀線性布置和非線性布置2種方案，發(fā)現(xiàn)非線性布置有利于減小應(yīng)力集中，該TBM滾刀布置采用了非線性方式。通過(guò)開(kāi)展多滾刀破巖試驗(yàn)，得出對(duì)于單軸抗壓強(qiáng)度為140 MPa的花崗巖刀刃間距與貫入度比為25～30時(shí)，對(duì)應(yīng)的比能最低、刀具破巖效率最高。因此，當(dāng)?shù)堕g距為80 mm時(shí)，最優(yōu)的貫入度為2.7～3.2 mm/r?？紤]到高黎貢山隧道TBM在施工過(guò)程中可能會(huì)遇到如試驗(yàn)用的高強(qiáng)度巖石，在這種情況下，TBM實(shí)際貫入度較低，刀盤正面滾刀刀刃間距采用80 mm左右時(shí)，有利于刀具破巖；中心滾刀由于破巖量小，采用90 mm或100 mm的刀刃間距也能滿足破巖的需求；建議減小邊緣滾刀刀刃間距，有利于提高刀具的磨損壽命，如圖9(a)所示。刮刀設(shè)計(jì)了12組刮碴口，多刮碴口刮碴更干凈，有效降低周邊盤體及刀具的二次磨損。刀盤盤體中心塊及邊塊采用鍛造270 mm厚板，刀盤法蘭采用鍛造300 mm厚板，有利于提高刀盤強(qiáng)度；刀座焊后整體加工，不存在焊接變形問(wèn)題，提高了滾刀的安裝精度和可靠度，如圖9(b)所示。

2.8 物料快速運(yùn)輸技術(shù)

為了提高TBM物料運(yùn)輸能力，最大限度地增加了主機(jī)平臺(tái)通行高度、寬度以及設(shè)備橋平臺(tái)寬度，確保物料運(yùn)輸通暢、人員操作空間大、物料存儲(chǔ)空間大；在設(shè)備橋處安裝了折臂吊機(jī)、伸縮臂吊機(jī)以及提升平臺(tái)，如圖10所示。根據(jù)物料的性質(zhì)、體積大小以及質(zhì)量等，可以選擇不同的運(yùn)輸方式，提高物料運(yùn)輸效率。

(a) 刀間距分布圖 (單位： mm)

(b) 刀盤實(shí)物圖

圖9刀盤刀具優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

Fig. 9 Design scheme of cutterhead and cutter optimization

(a) 折臂吊機(jī)

(b) 伸縮臂吊機(jī)

(c) 提升平臺(tái)

圖10物料快速運(yùn)輸裝置

Fig. 10 Rapid material transportation devices

3 TBM應(yīng)用效果及優(yōu)化改進(jìn)

前置自動(dòng)化濕噴、隱藏常態(tài)超前鉆探、水巖一體超前預(yù)報(bào)、加強(qiáng)型大范圍初期支護(hù)、刀盤刀具優(yōu)化、物料快速運(yùn)輸?shù)萒BM研制中的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)方案，已在高黎貢山隧道出口TBM段取得了較好的應(yīng)用效果，但還存在一些問(wèn)題。

對(duì)于前置式自動(dòng)化濕噴設(shè)計(jì)，與人工潮噴相比，污染小、勞動(dòng)強(qiáng)度低，但應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題為： L2區(qū)濕噴泵距設(shè)備橋接力泵距離太遠(yuǎn)(約70 m)，送料過(guò)程中堵管嚴(yán)重，不能連續(xù)噴濕凝土，使用效果不佳；另外，前置式濕噴機(jī)械手碰頭與巖壁距離僅80 cm，濕噴料回彈量大。為了解決以上問(wèn)題，需要優(yōu)化設(shè)備橋接力泵位置，將設(shè)備橋接力泵后移至主司機(jī)室附近的上層或下層平臺(tái)處，可將L2區(qū)濕凝土輸送泵的管路輸送距離減小至50 m左右；將原來(lái)采用的DIN65管路優(yōu)化為DIN80管路，降低沿程阻力，同時(shí)提高骨料質(zhì)量，堵管情況明顯好轉(zhuǎn)。另外，增加L1區(qū)機(jī)械手噴嘴與巖壁距離至1 m，回彈量降低。前置式自動(dòng)化濕噴對(duì)破碎圍巖的及時(shí)封閉發(fā)揮了重要作用。

對(duì)于隱藏式常態(tài)化超前鉆探設(shè)計(jì)，應(yīng)用過(guò)程中總體使用效果好，每次準(zhǔn)備時(shí)間為1～2 h，鉆孔平均速度為0.2 m/min，存在的問(wèn)題主要為： 隱藏齒圈段升起后與兩側(cè)齒圈跑道稍有干涉；超前鉆機(jī)與錨桿鉆機(jī)動(dòng)力源共用，管路連接影響效率；第1根鉆桿開(kāi)始定位時(shí)容易滑落。為了解決以上問(wèn)題，首先對(duì)活動(dòng)齒圈與固定齒圈對(duì)接位置干涉處進(jìn)行了割除；將超前鉆機(jī)油路與錨桿鉆機(jī)油路通過(guò)增加三通和球閥與共用動(dòng)力源連接，有效縮短了管路連接時(shí)間；需要進(jìn)行超前鉆探作業(yè)時(shí)，事先利用錨桿鉆機(jī)在需要進(jìn)行超前鉆機(jī)開(kāi)孔位置鑿出凹坑，減少鉆頭開(kāi)孔時(shí)的偏載力。

對(duì)于加大初期支護(hù)范圍、加強(qiáng)支護(hù)能力的設(shè)計(jì)，鋼筋排、鋼筋網(wǎng)、拱架支護(hù)效果佳，但拱架安裝器兩側(cè)腰部撐緊力偏弱。優(yōu)化方案為： 加大兩側(cè)腰拱架撐緊油缸，并增強(qiáng)拱架安裝器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

對(duì)于刀盤刀具設(shè)計(jì)，滾刀刀座安裝間隙偏小，滾刀安裝難度大；另外，小刀間距設(shè)計(jì)提高了刀盤刀具的破巖能力，但與平導(dǎo)洞TBM(正面滾刀刀間距為85 mm)單位破巖體積的刀具磨損量相比偏高。對(duì)刀座尺寸不足的部分進(jìn)行打磨，提高刀具更換效率；另外，針對(duì)刀具磨損量相對(duì)偏高的問(wèn)題，采用小刀間距突出刀具破巖能力的同時(shí)，帶來(lái)刀具磨損增加的問(wèn)題在所難免，對(duì)于高黎貢山隧道軟巖地層，小刀間距設(shè)計(jì)實(shí)際作用不明顯，將在后續(xù)堅(jiān)硬完整巖石洞段進(jìn)一步測(cè)試驗(yàn)證。

對(duì)于物料快速運(yùn)輸設(shè)計(jì)，折臂吊機(jī)提升能力有限，一環(huán)150拱架需要分2次吊運(yùn)；伸縮臂吊機(jī)調(diào)運(yùn)距離受限，不能將拱架直接調(diào)運(yùn)至鋼拱架存儲(chǔ)器上。優(yōu)化方案為： 將伸縮臂吊機(jī)前移2 m左右。

總之，國(guó)產(chǎn)最大直徑TBM(φ9.03 m)已完成了2 km試驗(yàn)段掘進(jìn)，取得了云南地區(qū)破碎地層月進(jìn)尺400 m以上的成功應(yīng)用。后期巖石較好的洞段，有望取得更好的平均月進(jìn)尺。

4 結(jié)論與討論

針對(duì)軟巖收斂卡機(jī)、破碎巖爆坍塌、高溫?zé)岷Α⑼荒嘤克炔涣嫉刭|(zhì)TBM設(shè)備無(wú)法應(yīng)對(duì)的問(wèn)題，提出并采用了變截面可抬升開(kāi)挖、前置自動(dòng)化濕噴、隱藏常態(tài)超前鉆探、水巖一體超前預(yù)報(bào)、加強(qiáng)型大范圍初期支護(hù)、通風(fēng)系統(tǒng)強(qiáng)制制冷、刀盤刀具優(yōu)化、物料快速運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)方案，聯(lián)合研制出國(guó)產(chǎn)最大直徑TBM(φ9.03 m)，并且在實(shí)際工程應(yīng)用中效果良好，可為類似工程TBM的設(shè)計(jì)提供參考。

針對(duì)尚未在施工中得到應(yīng)用的變截面可抬升開(kāi)挖、通風(fēng)系統(tǒng)強(qiáng)制制冷等TBM研制關(guān)鍵技術(shù)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行工程應(yīng)用，評(píng)價(jià)其使用效果，并進(jìn)一步優(yōu)化。