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大伙房水庫輸水隧洞工程采用TBM法掘進(jìn)技術(shù)開展施工，該施工方法采用全斷面隧洞掘進(jìn)機械，完成掘進(jìn)、出渣以及襯砌等聯(lián)合工序的連續(xù)掘進(jìn)施工，是融合了現(xiàn)代計算機控制、激光定位導(dǎo)向、電子傳感測量、超前地質(zhì)勘探以及遠(yuǎn)程通訊工程等多種高自動化功能的隧洞施工技術(shù)，具備施工數(shù)據(jù)采集、管理、姿態(tài)調(diào)控以及數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)刃畔⒒┕ぬ卣鳎瑫r較傳統(tǒng)鉆爆法具有快速、高效、安全、低成本以及環(huán)保等優(yōu)點。因此，TBM法被廣泛應(yīng)用于交通、鐵路、水利以及電力等隧洞的掘進(jìn)施工中。筆者通過探析TBM法在大伙房水庫輸水隧洞工程施工中應(yīng)用的若干技術(shù)要點，以期為類似工程的施工與管理提供有益借鑒。

1工程概況

大伙房水庫輸水隧洞工程旨在解決遼寧省中部以及南部區(qū)域水資源短缺的問題，該工程橫跨遼寧省本溪與撫順兩市，輸水隧洞一期工程為長85.32km，洞徑8.03m的特長水工隧洞，該隧洞將鳳鳴與西江水電站尾水輸送至大伙房水庫，設(shè)計引水流量70m3/s，擔(dān)負(fù)著向遼寧省南部以及中部地區(qū)7城鎮(zhèn)輸運生活與生產(chǎn)用水的重任。輸水二期工程隧洞段全長29.1km，洞徑6m，設(shè)計流量60m3/s，擔(dān)負(fù)著由大伙房水庫往目標(biāo)城市輸水的任務(wù)。該隧洞施工須穿越數(shù)十條巖石斷裂帶以及多個地質(zhì)單元與向斜構(gòu)造，隧洞掘進(jìn)時遭受透水、滲流以及圍巖塌落等因素的威脅，地質(zhì)條件十分復(fù)雜[1]。大伙房水庫輸水工程特長隧洞采取TBM法施工技術(shù)，隧洞斷面主要采取馬蹄形與圓形，在工程III—V類圍巖普遍采用模筑30cm厚混凝土，同時噴錨支護噴涂12―16cm混凝土襯砌，每隔16m布設(shè)環(huán)向施工縫并設(shè)止水。TBM法施工技術(shù)具有經(jīng)濟合理、安全可靠且施工迅速等優(yōu)點，通過優(yōu)化TBM選型、選定合理的施工參數(shù)，從而實現(xiàn)在實際工程實踐中有效避免該區(qū)域特殊地質(zhì)條件可能引發(fā)的施工風(fēng)險。

2TBM法在輸水隧洞施工中的選型適用性分析

由于TBM法施工具有的連續(xù)掘進(jìn)、機械型號選型固定且施工受區(qū)域地質(zhì)條件約束較大等特征，TBM法施工常設(shè)計采用開敞式TBM與護盾式TBM兩種施工機型，且施工選型依賴于前期的地質(zhì)勘探資料來確定TBM設(shè)備配置與具體施工方法，因此，施工區(qū)域地質(zhì)外因與機械設(shè)備內(nèi)因的配置選型條件優(yōu)劣將直接影響到TBM法施工的造價成本甚至施工安全。鑒此，有必要針對TBM法在大伙房水庫輸水隧洞施工的護盾式、開敞式等多種選型進(jìn)行探討，具體選型應(yīng)綜合考量如下條件確定。

2.1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實施涉及破碎、軟弱地層當(dāng)中的掘進(jìn)施工，因開挖面巖石粘合性較差，易造成圍巖破碎等問題。開敞式TBM設(shè)備在掘進(jìn)此類地層過程中須花費較長時間進(jìn)行圍巖支護，同時軟弱圍巖也未能給撐靴提供足夠的反支撐力，因此不適于此類地層的掘進(jìn)施工[2]。與開敞式TBM設(shè)備不同，雙護盾式TBM設(shè)備可依托安裝的管片支撐機械完成掘進(jìn)開挖，適用于破碎、軟弱巖層中的施工，且該選型下的施工作業(yè)人員處于管片與盾殼的的封閉保護空間中，作業(yè)環(huán)境更加安全。

2.2中、硬巖層中的選型適用性大伙房水庫輸水特長隧洞的開挖涉及中、硬巖層中的掘進(jìn)施工，該類巖層圍巖自穩(wěn)性強，巖體完整度高。作為配置了支撐靴的雙護盾式TBM設(shè)備，雖具備在中、硬巖層中掘進(jìn)的能力，但其須依靠掘進(jìn)參數(shù)與巖渣特征方可進(jìn)行配筋率管片的安置，且該選型設(shè)備輔助工序復(fù)雜、管片安置耗時長，施工掘進(jìn)中隨意性很大，因此不適合中、硬巖層的掘進(jìn)施工[3]。鑒此，開敞式TBM設(shè)備所具有的盾殼短且可使得掘進(jìn)面盡早暴露的掘進(jìn)特點便顯現(xiàn)優(yōu)勢。開敞式TBM設(shè)備可簡化對暴露巖面的支護，同時堅固的圍巖也可為該類選型設(shè)備提供足夠的反支撐力，從而推動刀盤順利掘進(jìn)。

2.3涌水巖層中的選型適用性在大伙房水庫輸水隧洞施工地質(zhì)勘探顯明具有大規(guī)模涌水，且涌水量不大于0.5m3/min的巖層施工時，可采取少量鉆孔并在刀盤前方進(jìn)行全封閉式預(yù)灌漿處理。此時，開敞式TBM設(shè)備可通過加長主梁與頂、側(cè)護盾，同時配置2臺鑿巖鉆機進(jìn)行預(yù)灌漿，即可正常掘進(jìn)施工[4]。然而，雙護盾式TBM設(shè)備因其盾殼與鉆孔距離較長、鉆孔角度大，造成掘進(jìn)機械內(nèi)部無法布設(shè)鉆孔設(shè)施且鉆孔成本較高，從而無法實現(xiàn)全封閉預(yù)灌漿處理，無法適用于涌水段的掘進(jìn)開挖施工。

2.4環(huán)境與占地影響選型適用性雙護盾式TBM設(shè)備采取預(yù)制混凝土襯砌管片，相較于開敞式TBM設(shè)備普遍須占有大量的堆料場、預(yù)制廠房、蒸養(yǎng)設(shè)備與料源開采地。據(jù)測算，單臺雙護盾式TBM設(shè)備每個施工標(biāo)段需預(yù)制混凝土管片13.2×104m3，單獨布設(shè)混凝土襯砌管片預(yù)制廠與存放處需占地1.1×104m2，在對施工周邊地表建筑物產(chǎn)生潛在威脅的同時，將加劇區(qū)域土壤侵蝕、水土流失以及地下水入滲[5]。因此，綜合大伙房水庫輸水工程特長隧洞施工的地質(zhì)與環(huán)境條件，開敞式TBM設(shè)備則更適用于該工程的掘進(jìn)施工。

3TBM法施工參數(shù)探析

3.1TBM法施工支洞布設(shè)參數(shù)設(shè)定采用TBM法施工大伙房水庫特長輸水隧洞工程，為最大限度滿足施工通風(fēng)、設(shè)備檢修、出渣運輸以及電壓穩(wěn)定等基本施工條件參數(shù)，宜依據(jù)如下措施設(shè)置施工支洞：①盡量縮短作業(yè)面通風(fēng)距離，保證通風(fēng)效果，降低風(fēng)量損失，且可將通風(fēng)支洞保留為永久支洞以滿足后期隧洞輸水對補氣的需求。②支洞設(shè)置應(yīng)便于對TBM設(shè)備的檢修與保養(yǎng)，保證單機掘進(jìn)深度的基本要求，同時可為鉆爆法施工提供作業(yè)面，以彌補TBM法施工因地質(zhì)、設(shè)備條件制約所帶來的風(fēng)險[6]。③支洞應(yīng)以縮短出渣輸運帶的運輸距離降低設(shè)備造價，縮短供電距離降低電壓損失為重要考量對象，從而在降低工程造價的同時為掘進(jìn)施工提供可靠的電力保障。

3.2TBM單機掘進(jìn)深度參數(shù)設(shè)定針對大伙房水庫輸水工程深埋隧洞的掘進(jìn)施工，須在確定TBM法施工洞軸線長度之后，采取綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)論證對比，設(shè)定TBM設(shè)備單機的掘進(jìn)深度參數(shù)，從而確定TBM設(shè)備所需臺數(shù)。其中，凈掘進(jìn)速率為額定功率下TBM所有刀盤掘進(jìn)1h的進(jìn)尺；Ib表示每轉(zhuǎn)基本掘進(jìn)量（mm/r）；Kd表示巖體節(jié)理類型與間距修正系數(shù)；Ks表示刀盤直徑修正系數(shù)。由式1與式2可知，影響大伙房水庫輸水工程隧洞TBM法施工單機掘進(jìn)深度的制約因素包括巖石強度指標(biāo)、巖體裂隙密度、圍巖特征、TBM推力強弱、刀盤尺寸與形狀以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速等指標(biāo)。據(jù)此，大伙房水庫輸水隧洞工程TBM法實際施工中的單機掘進(jìn)深度按20km控制為宜，相關(guān)主軸承的設(shè)計與配件供應(yīng)亦按此要求。

4TBM法施工組織管理對策

在大伙房水庫輸水工程隧洞TBM法施工過程中，施工組織管理水平將直接影響施工掘進(jìn)的質(zhì)量、進(jìn)度、造價以及安全，TBM法施工宜遵循如下施工組織管理措施。

4.1信息反饋管理措施應(yīng)現(xiàn)場搜集地質(zhì)情況、圍巖類型等多種施工進(jìn)度影響信息，據(jù)此及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。另外，TBM法施工現(xiàn)場工程師應(yīng)對設(shè)備制定周、月工作計劃以及配件購買計劃，保障備件供給，同時開發(fā)適用于TBM備件儲存與管理信息庫，構(gòu)建常用易損備件合理庫存量預(yù)警制度。

4.2設(shè)備維護管理措施在TBM法施工過程中，應(yīng)強化針對TBM主機設(shè)備以及關(guān)鍵配套部件的檢修、保養(yǎng)力度，嚴(yán)格控制掘進(jìn)作業(yè)每日工作量在18h之內(nèi)，實行每日4~6h的強制性保養(yǎng)制度。同時設(shè)立TBM工地檢測室，結(jié)合光譜、鐵譜分析，對相關(guān)系統(tǒng)、部件的動態(tài)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與診斷，從而確保TBM施工機械的良好工作狀態(tài)。

4.3技術(shù)應(yīng)用管理措施為充分發(fā)揮TBM法施工快速掘進(jìn)的優(yōu)勢，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)選定合理的連續(xù)皮帶機出渣形式，單臺TBM掘進(jìn)機出渣強度宜設(shè)置在900t/h以上，最長距離宜設(shè)置在10km以上[8]。同時，掘進(jìn)施工中宜采取變頻電動機來驅(qū)動達(dá)19英寸的大直徑刀盤，從而提升工程施工的質(zhì)量與進(jìn)度。

5結(jié)語

大伙房水庫輸水隧洞工程采取TBM法掘進(jìn)施工，實現(xiàn)了隧洞全線高精度貫通的目標(biāo)，表明采用TBM法施工可滿足特長隧洞掘進(jìn)過程中遇到的隧洞涌水、圍巖支護穩(wěn)定要求，擁有較強的中、硬巖體施工適用性，同時掘進(jìn)采取錨噴支護、模筑混凝土襯砌結(jié)構(gòu)等措施既科學(xué)合理，又符合工程實際。大伙房水庫輸水隧洞工程的順利實施為類似工程的實施積累了寶貴經(jīng)驗，為相關(guān)施工規(guī)范的修改與編制提供了實踐依據(jù)。

作者：胡精美 單位：遼寧潤中供水有限責(zé)任公司