全斷面巖石掘進機(Full Face Rock Tunnel Boring Machine)簡稱掘進機或TBM,近十幾年來,在國內(nèi)已被逐步推廣應(yīng)用,有成功的經(jīng)驗,也有過深刻的教訓(xùn)。甘肅引大入秦30A和38#輸水隧洞共長17km,采用國外TBM,刀盤直徑為5.53m,平均月進尺980m,最高月進尺達1400m;山西引黃入晉南干線總長86.242km,采用國外TBM,刀盤直徑為4.82m~4.94m共4臺TBM施工,平均月進尺約784m,最高月進尺達1821.49m,上述隧洞工程都采用雙護盾TBM,選型正確,都取得了月進尺世界先進水平的好成績。近期遼寧大伙房引水隧洞工程,采用國外支撐式TBM也都取得了良好成績。廣西天生橋水電隧洞工程,在上世紀(jì)80年代中期首次引進國外TBM,刀盤直徑為10.8m支撐式TBM二手貨兩臺,10年來打打停停,累計掘進只有7km多一些,是一個不理想的施工例子,問題的原因很多,其中之一是選型不當(dāng),教訓(xùn)是深刻的。
TBM選型應(yīng)包括三方面內(nèi)容:(1)長隧洞采用鉆爆法施工與采用TBM法施工之間的選擇;(2)支撐式(開敞式)TBM與雙護盾(伸縮式)TBM之間的選擇;(3)同類TBM之間結(jié)構(gòu)、參數(shù)比較選型。以上三方面內(nèi)容在TBM選型時并非是截然分隔,往往在最初階段對采用鉆爆法施工與采用TBM法施工之間的選擇時,同時就考慮了支撐式TBM與雙護盾TBM之間的選擇和同類TBM之間結(jié)構(gòu)、參數(shù)比較選型,進入階段不同考慮深度也就逐步深入,為了便于分析,以下分別進行探討。
1 長隧洞采用鉆爆法施工與TBM法施工之間的選擇
從TBM法與鉆爆法的相互特點比較中從優(yōu)選擇;從工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、地形與地貌、隧洞設(shè)計、工程特征及資金籌集等方面條件綜合分析比較后選擇。對不宜采用TBM法施工的工程要盡量避免盲目采用,以免決策失誤而造成無法彌補的巨大損失。
1.1 TBM法與鉆爆法施工特點比較
TBM法與鉆爆法施工特點比較可從掘進速度、圍巖質(zhì)量、經(jīng)濟核算、安全保障及環(huán)境保護等方面進行對比分析比較,對比分析比較結(jié)果,TBM法比鉆爆法具有明顯的快速、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、安全及環(huán)保等優(yōu)點,如設(shè)計、工期、資金等條件許可,一般長隧洞施工應(yīng)優(yōu)選TBM法。
1.2 慎用或不宜采用TBM法
(1) 非圓形斷面隧洞,除非TBM帶有特殊可靠的輔助開挖裝置,一般不宜采用;
(2) 無法籌集到購買TBM及后配套設(shè)備的高昂資金;
(3) 簽定TBM采購訂單到設(shè)備運到工地的間隔時間一般約一年左右,對急于開工的隧洞工程,時間上趕不及使用TBM的則無法采用;
(4) 對1km以下短洞采用TBM法,TBM及后配套一次性投入費用昂貴,對短洞群頻繁裝拆轉(zhuǎn)移工地也很不經(jīng)濟,應(yīng)慎用;
(5) 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件極差,如溶洞多又大,斷層多又寬,滲水、涌水、泥石流,長距離破碎帶等組合巖層,采用TBM法的風(fēng)險極大時,應(yīng)慎用TBM法。
2 支撐式TBM與雙護盾TBM之間的選擇
當(dāng)長隧洞施工方法在TBM法與鉆爆法兩者之間已確定采用TBM法后,下一步就要選擇哪一類TBM,TBM可分為支撐式、單護盾式、雙護盾式和擴孔式等,單護盾式和擴孔式TBM國內(nèi)尚未被采用,對其了解也少,一般是在支撐式TBM與雙護盾TBM兩者之間選擇,主要根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧洞設(shè)計要求、支護與襯砌型式和管片制作技術(shù)及模具成本等方面綜合分析后確定。
2.1 支撐式TBM適用范圍
支撐式TBM適用于巖石整體較完整,有較好的自穩(wěn)性,因此支撐式TBM只需要有頂護盾就可以進行安全施工,如遇有局部不穩(wěn)定的圍巖,由TBM所附帶的輔助設(shè)備,可打錨桿、加鋼絲網(wǎng)、噴砼、架圈梁等方法加固,以保持洞壁穩(wěn)定;當(dāng)遇到局部地段特軟圍巖及破碎帶,則TBM可由所附帶的超前鉆及灌漿設(shè)備,預(yù)先固結(jié)前方上部周邊一圈巖石,待圍巖強度達到能自穩(wěn)后,然后再進行安全掘進;掘進過程可直接觀測到洞壁巖性變化,便于地質(zhì)圖描繪。永久性的襯砌待全線貫通后集中進行。
2.2 雙護盾TBM適用范圍
雙護盾TBM是在20世紀(jì)70年代在支撐式TBM、單護盾TBM及盾構(gòu)機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,主要適應(yīng)于通過復(fù)雜巖層,又人員及設(shè)備在護盾的保護下進行工作,安全性也較支撐式TBM為好。當(dāng)巖石軟硬兼有,又有斷層及破碎帶,此時雙護盾TBM能充分發(fā)揮其優(yōu)勢,遇軟巖時,軟巖又不能承受支撐板的壓應(yīng)力,則可由盾尾副推進液壓缸支撐在已拼裝的預(yù)制襯砌管片上以推進刀盤破巖前進;遇硬巖時,則靠支撐板撐緊洞壁,由主推進液壓缸推進刀盤破巖前進。預(yù)制鋼筋混凝土襯砌管片在盾尾的保護下,由管片拼裝機進行拼裝,實現(xiàn)邊掘進邊襯砌,隧洞貫通襯砌也完成,不過掘進與襯砌是交替進行,不能同時并舉;這種邊掘進邊襯砌見不到洞壁巖性的變化,不能進行地質(zhì)圖描繪。
3 同類TBM之間結(jié)構(gòu)、參數(shù)比較選型
當(dāng)支撐式TBM與雙護盾TBM之間已經(jīng)確定采用一種TBM類型后,下一步就要進行同一類不同品牌的TBM結(jié)構(gòu)比較及特征分析,根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧洞設(shè)計和工程特征確定TBM結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)。我國自主產(chǎn)權(quán)的新一代TBM產(chǎn)品還待研發(fā),因此國內(nèi)施工需要的TBM及后配套,目前一般是采購國外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,采取投標(biāo)方式進行采購
客服熱線:
