段正強(qiáng)
摘 要:當(dāng)前,在地層掘進(jìn)作業(yè)中,雙護(hù)盾TBM獲得廣泛應(yīng)用并取得較為顯著的效果,其具有適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、可掘性好等優(yōu)點(diǎn)。在較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下,人們要采取合理的控制措施,保證水工隧洞施工的連續(xù)性、穩(wěn)定性與安全性,這依舊是雙護(hù)盾TBM施工的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。所以,本文首先概述了雙護(hù)盾TBM施工技術(shù),然后結(jié)合案例實(shí)踐,分析雙護(hù)盾TBM水工隧洞施工的重點(diǎn)和難點(diǎn),進(jìn)而探討強(qiáng)化施工質(zhì)量控制的有效措施,以期為相關(guān)施工提供有益參考。
關(guān)鍵詞:雙護(hù)盾TBM;隧洞施工;質(zhì)量控制
中圖分類號(hào):TV554.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-5168(2021)03-0095-03
Analysis of Construction Quality Control Measures of Double
Shield TBM Hydraulic Tunnel
DUAN Zhengqiang
(Guangdong No.2 Hydropower Engineering Co., Ltd.,Guangzhou Guangdong 511340)
Abstract: At present, dual-shield TBM has been widely used in stratum excavation operations and achieved significant results, which has the advantages of strong adaptability, high efficiency, and good excavability.In a more complex geological environment, people must take reasonable control measures to ensure the continuity, stability and safety of hydraulic tunnel construction, which is still an important research content of double-shield TBM construction. Therefore, this paper first summarized the double-shield TBM construction technology, and then combined case practice to analyze the key points and difficulties of the double-shield TBM hydraulic tunnel construction, and then discussed effective measures to strengthen the construction quality control, in order to provide a useful reference for related construction.
Keywords: double shield TBM;tunnel construction;quality control
榕江關(guān)埠引水工程的主要任務(wù)是在優(yōu)先實(shí)施練江流域控源截污工程和保障榕江水資源水環(huán)境安全的前提下,實(shí)現(xiàn)榕江~練江水系連通,改善練江流域水環(huán)境及水生態(tài)質(zhì)量。
1 雙護(hù)盾TBM水工隧洞施工重點(diǎn)和難點(diǎn)
1.1 掘進(jìn)距離長(zhǎng),難以確保設(shè)備使用壽命與可靠性
通常,水工隧洞洞徑較小,全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine,TBM)獨(dú)頭掘進(jìn)距離遠(yuǎn),通風(fēng)距離長(zhǎng),連續(xù)皮帶輸送距離遠(yuǎn),通風(fēng)和出渣系統(tǒng)技術(shù)難度大,可靠性要求高[1-2]。因此,TBM系統(tǒng)、出渣皮帶機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)等配套設(shè)備的選型設(shè)計(jì)、監(jiān)制、監(jiān)測(cè)診斷和維修保養(yǎng)特別重要,可以確保設(shè)備長(zhǎng)壽命和可靠性,是隧洞按期成功貫通的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。
1.2 施工優(yōu)化布置和施工運(yùn)輸存在難點(diǎn)
在隧洞施工中,TBM設(shè)備、管片、物料和人員需要從明挖段基坑運(yùn)進(jìn),基坑場(chǎng)地較小,洞內(nèi)、外均需要協(xié)調(diào)布置,才能保證TBM高效安全掘進(jìn)。TBM從明挖段基坑運(yùn)進(jìn)、組裝和始發(fā),現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)TBM及其后配套進(jìn)場(chǎng)順序,主機(jī)、后配套、皮帶機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)安裝程序需要周密合理安排;運(yùn)行期,主洞連續(xù)皮帶機(jī)、基坑轉(zhuǎn)接固定皮帶機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸軌道編組系統(tǒng)和拌合站需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)布置。軌道運(yùn)輸需要優(yōu)化布置,合理布置道岔和配置編組列車。因此,優(yōu)化洞內(nèi)、洞外統(tǒng)籌布置以及施工運(yùn)輸均對(duì)TBM后期高效施工有很大影響,是重點(diǎn)考慮的問題[3-4]。
1.3 TBM設(shè)備零部件及參數(shù)優(yōu)化匹配
隧洞掘進(jìn)過程中難免遇到堅(jiān)硬完整、巖石強(qiáng)度高的圍巖,刀具磨損消耗和檢刀、換刀時(shí)間將會(huì)增加,主軸承、刀盤振動(dòng)受力較大,刀盤焊縫開裂風(fēng)險(xiǎn)加大,選用好刀具,減少換刀時(shí)間,加強(qiáng)刀盤刀具、主軸承檢查監(jiān)測(cè)和維護(hù)保養(yǎng),應(yīng)成為本標(biāo)段TBM施工重點(diǎn)之一。此外,由于大多數(shù)圍巖洞段較為堅(jiān)硬完整,TBM掘進(jìn)貫入度相對(duì)較小,刀盤推力、刀盤轉(zhuǎn)速等掘進(jìn)參數(shù)需要優(yōu)化和匹配,以保障進(jìn)尺速度高、設(shè)備壽命長(zhǎng),這應(yīng)是本標(biāo)段工程的重點(diǎn)之一。同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)TBM管片拼裝和施工運(yùn)輸管理,提高設(shè)備掘進(jìn)效率,減少TBM掘進(jìn)的延誤時(shí)間[5-6]。
1.4 穿越斷層破碎帶等不良地質(zhì)洞段時(shí)存在安全風(fēng)險(xiǎn)
隧洞開挖會(huì)面對(duì)較為復(fù)雜的工程地質(zhì),甚至?xí)嬖诙鄺l較大的斷層破碎帶,這些斷層膠結(jié)差、較破碎,多數(shù)沿沖溝發(fā)育,大部分兩端連接有山塘水庫(kù),是良好的導(dǎo)水及儲(chǔ)水體,這些斷層、軟弱破碎洞段可能造成塌方、刀盤及護(hù)盾被卡被埋等風(fēng)險(xiǎn)。若軟弱破碎圍巖同時(shí)出現(xiàn)涌水,TBM存在沉陷被困、TBM被淹的風(fēng)險(xiǎn),人們需要進(jìn)行超前處理。這些不良地質(zhì)洞段都是影響TBM施工進(jìn)度和施工安全的關(guān)鍵技術(shù)問題。
2 雙護(hù)盾TBM水工隧道施工質(zhì)量的控制措施
2.1 提高TBM及配套設(shè)備的壽命與可靠性
一是做好刀盤設(shè)計(jì)審查,提高刀盤強(qiáng)度和剛度,優(yōu)化耐磨設(shè)計(jì),做好刀盤焊接和制造監(jiān)制工作,加強(qiáng)施工中刀盤、刀具的檢查和維護(hù)。TBM選型設(shè)計(jì)要選用大尺寸主軸承,工廠要做好主軸承組裝監(jiān)制工作;TBM運(yùn)行中采用在線監(jiān)測(cè)、油樣分析、振動(dòng)監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段,加強(qiáng)主軸承潤(rùn)滑和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。二是聘請(qǐng)TBM專家,做好TBM及其后配套設(shè)計(jì)方案,優(yōu)化出渣皮帶機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)、軌道運(yùn)輸系統(tǒng)選型設(shè)計(jì),確保TBM及其后各個(gè)配套系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的運(yùn)行壽命、較好的可靠性以及較高的施工效率。三是建立全面有效、突出重點(diǎn)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)方案,以刀盤、刀具、主軸承、主軸承密封、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)液壓系統(tǒng)等為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象;綜合采用運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)、油液磨損分析、油品理化指標(biāo)分析、振動(dòng)分析、噪聲診斷和無損探傷等監(jiān)測(cè)診斷方法;完善維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程,嚴(yán)格遵循維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程要求。四是根據(jù)不同圍巖條件,優(yōu)化匹配TBM的掘進(jìn)推力、刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù),降低TBM振動(dòng),提高TBM壽命和進(jìn)尺速度。
2.2 優(yōu)化始發(fā)基坑布置和施工運(yùn)輸
一是對(duì)始發(fā)基坑內(nèi)TBM組裝和運(yùn)行期布置優(yōu)化統(tǒng)籌考慮,既要提高TBM組裝速度,也要方便TBM施工運(yùn)行期高效作業(yè)。集水井、皮帶機(jī)主驅(qū)動(dòng)、管片吊裝系統(tǒng)、豆礫石料儲(chǔ)料上料系統(tǒng)等部位可適當(dāng)進(jìn)行基坑臨時(shí)擴(kuò)挖。二是在進(jìn)行始發(fā)導(dǎo)洞施工的同時(shí)進(jìn)行TBM組裝調(diào)試,盡快具備TBM步進(jìn)條件。結(jié)合TBM各部件系統(tǒng)出廠運(yùn)輸和到場(chǎng)時(shí)間,規(guī)劃好TBM出廠運(yùn)輸順序,在TBM運(yùn)輸過程中,即完全到場(chǎng)之前就開始組裝。TBM及其后配套系統(tǒng)在始發(fā)和步進(jìn)洞進(jìn)行調(diào)試時(shí),同步進(jìn)行皮帶機(jī)、軌道系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和拌合系統(tǒng)安裝。三是TBM出碴連續(xù)皮帶機(jī)采取懸掛布置方式進(jìn)行布置,利用隧洞下部空間滿足洞內(nèi)單線和雙線軌道布置要求,將通風(fēng)軟管布置在洞頂。隧洞內(nèi)風(fēng)水管線、連續(xù)皮帶及電機(jī)車布置如圖1所示,圖中,除了電纜截面面積外,其他參數(shù)值的單位均為毫米(mm)。四是隨著隧洞施工距離的加長(zhǎng),在中間設(shè)置接力集水井和排水泵站,隧洞連續(xù)皮帶機(jī)將優(yōu)化設(shè)計(jì),必要時(shí)在拐彎處設(shè)置中間驅(qū)動(dòng),以利于降低皮帶拉力和張力控制。
2.3 優(yōu)化TBM零部件及掘進(jìn)參數(shù)
首先,TBM設(shè)計(jì)階段,根據(jù)工程隧洞斷面高強(qiáng)度和堅(jiān)硬的花崗巖工程地質(zhì)條件,參考實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)刀盤與刀具布置數(shù)量、刀具安裝方式、刀間距選擇以及刀具尺寸大小等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性分析、論證,進(jìn)而確定最佳刀盤、刀具和主軸承布置方案,達(dá)到最佳破巖效果,提高掘進(jìn)效率。其次,根據(jù)工程高強(qiáng)度、堅(jiān)硬、完整性好的花崗巖隧洞圍巖特點(diǎn),選擇直徑合理的滾刀,配備強(qiáng)度適合、高韌性、不易崩裂、耐磨性好的刀圈,以提高刀具磨損壽命,減少刀具消耗,降低TBM停機(jī)時(shí)間,提高掘進(jìn)速度。此外,根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn),前期試掘階段合理選取TBM推力、刀盤轉(zhuǎn)速、貫入度等最佳掘進(jìn)參數(shù),掘進(jìn)過程中根據(jù)地質(zhì)條件變化及時(shí)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,確保掘進(jìn)效率高、刀具損耗小[7-8]。
2.4 加強(qiáng)對(duì)不良地質(zhì)洞段的施工控制
一是TBM在特殊巖洞段、斷層破碎帶等不良地質(zhì)洞段施工時(shí),盡量降低掘進(jìn)對(duì)圍巖的擾動(dòng),采用微擾動(dòng)掘進(jìn)模式,適當(dāng)降低各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù),連續(xù)勻速通過不良地質(zhì)洞段,避免或降低圍巖坍塌對(duì)TBM掘進(jìn)的影響,加快管片安裝速度,減少管片拼裝對(duì)TBM掘進(jìn)的延誤,避免TBM在不良地質(zhì)洞段停滯時(shí)間過長(zhǎng),規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),縮短工期。二是結(jié)合對(duì)超前鉆機(jī)、實(shí)時(shí)地質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)、三維地震波、TST超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的合理運(yùn)用,做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)和準(zhǔn)備好相應(yīng)處理措施。三是對(duì)于特別軟弱的破碎帶、涌水洞段,可采取超前注漿等超前處理技術(shù)方案,提前對(duì)前方地質(zhì)進(jìn)行必要的加固處理,再進(jìn)行掘進(jìn)通過。軟弱變形大洞段可利用TBM進(jìn)行擴(kuò)挖,加大洞徑開挖,以較快掘進(jìn)速度盡快通過不良地質(zhì)段。
2.5 提高施工組織管理高效性,確保按施工工期完成
首先,要建立適合TBM施工特點(diǎn)的現(xiàn)代施工組織管理體系和組織機(jī)構(gòu)。要建立現(xiàn)場(chǎng)不良地質(zhì)問題和設(shè)備故障問題的快速反應(yīng)機(jī)制,建立有效的“經(jīng)理—專家—工程師”三位一體協(xié)同工作運(yùn)作模式,與常駐現(xiàn)場(chǎng)的TBM技術(shù)專家、TBM廠家技術(shù)人員形成相互配合的有機(jī)整體,提高TBM設(shè)備完好率和掘進(jìn)作業(yè)率,降低設(shè)備和施工風(fēng)險(xiǎn),從而保障掘進(jìn)進(jìn)度。其次,所有崗位均制定明確、科學(xué)的崗位職責(zé),制定完整的獎(jiǎng)懲制度,制定詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書;建立先進(jìn)快捷的TBM施工作業(yè)計(jì)算機(jī)分析決策系統(tǒng),隨時(shí)進(jìn)行掘進(jìn)參數(shù)、進(jìn)尺、設(shè)備完好率和工時(shí)利用率等作業(yè)性能的查詢和分析,指導(dǎo)和改進(jìn)后續(xù)施工。同時(shí),建立現(xiàn)代化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。此外,加大力度引進(jìn)和培訓(xùn)TBM專業(yè)人員,包括工程師、專家、管理人員和技師。要提出并實(shí)施一套系統(tǒng)技術(shù)與管理人員培訓(xùn)計(jì)劃,加強(qiáng)各類人員培訓(xùn),提高人員素質(zhì)和管理技術(shù)水平。
3 結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前,在水工隧洞中,雙護(hù)盾TBM發(fā)揮了極為重要的作用,所以,相關(guān)工作人員要明確雙護(hù)盾TBM水工隧洞的施工要點(diǎn),并采取有效的施工質(zhì)量控制措施,以切實(shí)發(fā)揮雙護(hù)盾TBM的作用與優(yōu)勢(shì),進(jìn)而更好地提高我國(guó)水工隧洞的施工質(zhì)量與效率。
參考文獻(xiàn):
[1]張志強(qiáng),王旭春,盧澤霖,等.基于掘進(jìn)參數(shù)的TBM破碎帶施工圍巖穩(wěn)定性分析[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2020(5):30-36.
[2]余國(guó)軍.雙護(hù)盾TBM在杭州第二水源輸水工程的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J].科技和產(chǎn)業(yè),2020(7):176-180.
[3]吳圣智,王明年,李磊,等.雙護(hù)盾TBM施工隧道豆礫石回填層對(duì)地表沉降影響機(jī)理[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2020(4):82-90.
[4]羅長(zhǎng)征.城市地鐵雙護(hù)盾TBM穿越不良地質(zhì)技術(shù)[J].價(jià)值工程,2020(11):209-210.
[5]蒙先君.長(zhǎng)距離雙護(hù)盾TBM施工探討[C]//中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程分會(huì)隧道掘進(jìn)機(jī)(盾構(gòu)、TBM)專業(yè)委員會(huì)第六次學(xué)術(shù)與技術(shù)研討會(huì)暨新型無軌TBM推介會(huì).2008.
[6]白亮.雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)地質(zhì)條件適應(yīng)性研究[J].工程技術(shù)研究,2019(23):3-4.
[7]羅勇,吳圣智,王明年,等.城市軌道交通隧道雙護(hù)盾TBM施工適應(yīng)性研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2019(2):525-532.
[8]王青波.地鐵雙護(hù)盾TBM隧道滲漏水原因及整治施工技術(shù)[J].交通世界,2020(29):48-49.