簡要：這篇工程師職稱論文發(fā)表了TBM施工組織管理的關(guān)鍵技術(shù)，TBM是隧道施工中不可缺少的設(shè)備，論文對TBM施工組織管理過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，并對TBM的實際應(yīng)用進(jìn)行討論，希望能夠?qū)?/div>

　　這篇工程師職稱論文發(fā)表了TBM施工組織管理的關(guān)鍵技術(shù)，TBM是隧道施工中不可缺少的設(shè)備，論文對TBM施工組織管理過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，并對TBM的實際應(yīng)用進(jìn)行討論，希望能夠?qū)λ淼朗┕に降奶嵘峁﹨⒖肌?/p>

　　摘要：TBM，即全斷面巖石掘進(jìn)機(jī),是工廠化地下連續(xù)施工設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)性強(qiáng)、體積大以及長時間且連續(xù)施工等特點，它不僅已經(jīng)成為隧道施工中不可缺少的裝備，還可以在一定程度上完成傳統(tǒng)鉆爆方式不能夠進(jìn)行有效施工的工程，因此其發(fā)展前景是不可估量的。而在水利工程的施工過程中，我們采用了48.26cm大直徑滾刀、在TBM轉(zhuǎn)場控制了關(guān)鍵工序、在快速遏制圍巖收斂變形等方面都進(jìn)行了有益的嘗試和探討，并取得了好的效果。文章對現(xiàn)階段TBM施工組織管理過程中所使用的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行分析和探究。

　　關(guān)鍵詞：工程師職稱論文,大直徑掘進(jìn),轉(zhuǎn)場

　　引言

　　大伙房水庫在遼寧省境內(nèi)，該輸水工程不僅是其省內(nèi)的重點工程之一，同時也是TBM技術(shù)在水利工程中實際應(yīng)用的實例，遼寧西北供水公司承擔(dān)了19km的施工任務(wù)，工程是利用隧道出口做為TBM的始發(fā)掘進(jìn)，在16#支洞出洞并進(jìn)行轉(zhuǎn)場整備，并完成后續(xù)9km的掘進(jìn)任務(wù)。

　　1在工程施工期間使用大直徑滾刀的實際掘進(jìn)成效分析

　　1.1端面密封有更大的截面直徑,允許更大的偏差

　　在56.67cm滾刀截面直徑(6.35mm),允許軸度偏差較小。分析顯示,當(dāng)滾刀受到嚴(yán)重沖擊載荷，刀軸的偏差導(dǎo)致同軸度偏差超出密封所允許范圍，從而導(dǎo)致外來雜質(zhì)進(jìn)入。采用硅膠密封圈的48.26cm刀具解決了這些問題。相比以前的安裝系統(tǒng)，全新的楔塊鎖定刀具安裝系統(tǒng)在可靠性上提供了一個更為廣闊的改進(jìn)，使得刀座的使用時間也有了一定的提升。在48.26cm滾刀使用后，證明在開挖硬巖和復(fù)合巖層上這是一個明智的選擇。

　　1.2施工掘進(jìn)速度的有效提升，能夠在一定程度上減少停工時間

　　48.26cm刀具的刀圈已被多次證明是限制進(jìn)一步改良刀具的部件。近來隨著刀具技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步，降低刀具總價格的同時也增加了生產(chǎn)量。一直以來隨著特種合金和冶金工藝的改進(jìn)，讓今天的重型(HD)和超重型(XHD)刀圈的硬度、耐磨性能和最重要的韌性都得到了提高。

　　2TBM整備工作

　　通過對TBM整備工作分析后可知，整備工作中主要包含下場拆卸、整修處理等。其中下場拆卸中囊括了制定拆卸方案、對拆卸洞室和襯砌進(jìn)行開挖以及安裝相應(yīng)設(shè)備等具體工作;而整修處理包含了對施工方案的擬定、階段工作處理等實際工作內(nèi)容。

　　2.1下場拆卸的實施

　　通常情況下都是按照從上到下、由外到內(nèi)的順序來拆卸TBM，最先拆卸的是液壓和電氣部分，然后是機(jī)械系統(tǒng)和主機(jī)以及連接橋部分，最后再拆卸各配套系統(tǒng)，配套系統(tǒng)可以同時進(jìn)行拆卸。在對配套設(shè)備進(jìn)行拆卸以前，必須要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，保證其可以進(jìn)行順利拆卸。2.1.1制定拆卸方案制定拆卸方案時，需要在制定好有關(guān)大件拆卸方案的同時確定運輸順序、明確包裝和存放方面的要求，進(jìn)而安排好用車計劃，并預(yù)先設(shè)計好可能用到的各種表格，以及保證工作安全與質(zhì)量的措施和針對重大安全事故的應(yīng)急預(yù)案。2.1.2對拆卸洞室和襯砌進(jìn)行開挖并安裝相應(yīng)設(shè)備一般都選擇在洞內(nèi)進(jìn)行TBM主機(jī)的拆卸工作，所以，將TBM運輸至臨近里程范圍時需要選取一圍巖性質(zhì)好的地段，然后按照事先制定好的拆卸洞室施工方案開展洞室的開挖工作，之后為防止圍巖出現(xiàn)變形或坍塌問題還要做好襯砌。

　　2.2整修工作的實施

　　2.2.1整修方案的擬定第一步，針對TBM整修項目建立專門的項目部作為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)和決策機(jī)構(gòu)，同時組建一個TBM整修專家小組負(fù)責(zé)把關(guān)，以使整修質(zhì)量得到有效保障。第二步，從整修技術(shù)方面著手，在對其進(jìn)行拆卸以前，就要對設(shè)備的實際狀態(tài)以及拆卸以后的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析，同時還要將維修方案以及各分項進(jìn)行確定，進(jìn)而編制出科學(xué)、有效的整修進(jìn)度橫道圖。2.2.2整修階段首先，要選取專業(yè)水平高的廠家來負(fù)責(zé)相應(yīng)項目的整修，只有在和相應(yīng)部門簽訂合同以后，才能進(jìn)行相應(yīng)的整修。其次，在整修過程中要結(jié)合相關(guān)科研成果和以往的施工經(jīng)驗不斷對技術(shù)進(jìn)行革新，以求在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上改進(jìn)和提升系統(tǒng)，并盡量向著國產(chǎn)化方向邁進(jìn)，將后續(xù)的施工成本降下來，例如，對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提升廢水循環(huán)使用的成效等。同時，對于已經(jīng)具備預(yù)組裝和測試條件的要進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)組裝和測試來檢測其性能參數(shù)和功能，即整修質(zhì)量的驗收，比如油缸、閥站和一些獨立設(shè)備。

　　3控制圍巖發(fā)生變形的策略

　　3.1TBM在破碎圍巖中相應(yīng)參數(shù)變化的實際規(guī)律

　　對于TBM的推進(jìn)速度而言，當(dāng)其處于軟巖的工作環(huán)境中時，該設(shè)備的實際推動速度在5~7mm/rpm左右，而在TBM進(jìn)入到相應(yīng)軟弱過渡段時，設(shè)備的推進(jìn)速度就會出現(xiàn)一定的上升，但是上升幅度相對不大，這時就需要對膠帶輸送機(jī)實際出碴質(zhì)量以及能力進(jìn)行充分考慮，通常情況下禁止在施工操作中進(jìn)行長時間的貫入，并且在推進(jìn)速度逐漸下降時也要減少相應(yīng)的貫入度。在TBM全部進(jìn)入到軟弱圍巖環(huán)境中以后，相應(yīng)的貫入度要保證在3.50mm/rpm左右，這一掘進(jìn)速度能夠保證TBM工作的穩(wěn)定性。對于TBM實際推進(jìn)壓力而言，當(dāng)TBM進(jìn)入到硬巖區(qū)域內(nèi)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時，必須要將其推進(jìn)速度有效控制在其額定速度的3/4左右，而實際推進(jìn)壓力要保證在150~180Bar之間;當(dāng)TBM在軟弱圍巖過渡段開展作業(yè)時，其推進(jìn)壓力有所下降，變化情況可以用反拋物線來表示，在過渡段長度不斷增加的同時，推進(jìn)壓力的下降時間會隨之增長，推進(jìn)速度也會在推進(jìn)壓力不斷減小的過程逐漸減慢;當(dāng)TBM工作環(huán)境完全屬于軟弱圍巖地帶時，推進(jìn)壓力要保持在50~70Bar范圍內(nèi)的相對穩(wěn)定狀態(tài)，推進(jìn)速度則約為額定速度的40%。

　　3.2TBM在對軟弱破碎圍巖進(jìn)行掘進(jìn)期間，產(chǎn)生坍滑、坍塌、形態(tài)等方面的原因分析

　　3.2.1發(fā)生于工作面前方的坍滑、坍塌現(xiàn)象通過對圖1觀察可知，在TBM刀盤正前方，直徑為8.80m左右的范圍內(nèi)會出現(xiàn)一定的坍滑以及坍塌等現(xiàn)象。究其根本原因就是因為設(shè)備刀盤前方的圍巖發(fā)生破碎，使得圍巖的穩(wěn)定性喪失，進(jìn)而出現(xiàn)圍巖大面積松動，導(dǎo)致巖層剝落以及坍塌等問題，進(jìn)而對設(shè)備掘進(jìn)造成嚴(yán)重的影響。3.2.2在TBM上部以及正前方出現(xiàn)的坍滑及坍塌現(xiàn)象由于該設(shè)備刀盤的前部上方位置呈現(xiàn)出相應(yīng)的弧狀，極為容易引起巖石發(fā)生掉落的現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)一定安全隱患。如果在設(shè)備前方出現(xiàn)坍滑以及坍塌等情況，就會使圍巖形成一定的坡度，從而使坍滑及坍塌區(qū)域逐漸變大，超過8.80m的范圍，如圖2所示。而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的根本原因就是，當(dāng)設(shè)備刀盤前上方以及刀盤前部的圍巖發(fā)生破碎以后，使得圍巖穩(wěn)定性不足，進(jìn)而出現(xiàn)松動和下沉等現(xiàn)象，使得掌子面發(fā)生坍塌，再加之刀盤前上方的巖石穩(wěn)定性的欠缺，使上方的巖層隨時會發(fā)生掉落，導(dǎo)致上方區(qū)域內(nèi)的塌腔不斷擴(kuò)大，進(jìn)而使TBM掘進(jìn)受到影響。而這種類型的坍滑及坍塌現(xiàn)象主要在以下幾個方面體現(xiàn)出來，TBM刀盤頂部的護(hù)盾上方有巖石塌落，對刀盤頂護(hù)盾產(chǎn)生一定作用力，或是當(dāng)?shù)侗P頂部護(hù)盾成半鍋底狀時，就會非常容易引發(fā)巖石掉落的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致坍塌情況出現(xiàn)，如圖3所示。對其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析：就是由于TBM刀盤護(hù)盾上方的圍巖出現(xiàn)裂縫使得周圍圍巖產(chǎn)生一定的塑性。而在設(shè)備開始進(jìn)行掘進(jìn)時，其巖層狀態(tài)相對穩(wěn)定，但是在切削工作完成以后，刀盤的實際位置正處于護(hù)盾的正上方，這時圍巖就會受到相應(yīng)應(yīng)力的實際影響而出現(xiàn)一定的變形，進(jìn)而使其穩(wěn)定性在護(hù)盾的振動下失效，出現(xiàn)松動、脫落現(xiàn)象。

　　3.3預(yù)防TBM施工期間發(fā)生圍巖塌滑及坍塌現(xiàn)象的有效措施

　　3.3.1針對圍巖破碎地段的處理措施針對部分破碎圍巖區(qū)域來說，不僅要充分利用設(shè)備上方的防護(hù)柵，還可將掛有雙層鋼筋網(wǎng)的Φ22mm砂漿錨桿安裝在隧道頂部120°范圍內(nèi)，進(jìn)而有效提升圍巖穩(wěn)定性水平，實現(xiàn)使用超前保護(hù)圍巖穩(wěn)定的目的。而在圍巖破碎帶的實際寬度相對較大時，需要制作一組長18m間距為30cm的管棚，鋼管的直徑要保證在40mm左右，進(jìn)而使其能夠在拱度為120°內(nèi)的區(qū)域中形成相應(yīng)的支護(hù)區(qū)，并且要保證該支護(hù)區(qū)的穩(wěn)定。同時還要保證拱架的搭設(shè)和掘進(jìn)同時進(jìn)行。當(dāng)掘進(jìn)大約8m時開始制作下一組管棚，將前后兩組管棚的搭接寬度控制在6~8m范圍內(nèi)，管棚的制作和支護(hù)要保證TBM完成破碎帶的掘進(jìn)以后才能夠停止。例如，桃花鋪工程中的1號隧道，其建筑樁從IDK197+147到IDK197+156，這一施工段就處在斷層破碎帶內(nèi)，由于受到此破碎帶的實際影響，所以，在TBM開展作業(yè)時會引起比較嚴(yán)重的坍塌現(xiàn)象，此時可利用施工超前管棚來解決，確保TBM能夠順利通過軟弱破碎地段。3.3.2針對拱頂部位的坍塌處理措施當(dāng)對巖石進(jìn)行開挖以后，就會出現(xiàn)巖層塌落的碎塊，掉落在刀盤的護(hù)盾上，而這時就可以將直徑為22mm的錨桿與面積為100cm2的鋼筋網(wǎng)焊接成相應(yīng)的整體后，再噴射混凝土。在進(jìn)行掘進(jìn)期間，一旦在刀盤以及護(hù)盾處出現(xiàn)坍塌時就要對其進(jìn)行有效的處理，實際操作步驟是，首先，要先將設(shè)備停止運行，然后將護(hù)盾上方的石塊清理干凈，而后對其進(jìn)行超前噴護(hù)，并且搭設(shè)鋼拱架，使用相應(yīng)的鋼管進(jìn)行連接，進(jìn)而達(dá)到封腔的目的。其次，在刀盤前進(jìn)期間還要不斷進(jìn)行鋼架架設(shè)以及鋼管的封堵工作，同時使用C20混凝土進(jìn)行回填，從而保證塌腔能夠與其周圍的巖體構(gòu)成相應(yīng)的整體。3.3.3針對拱墻區(qū)域內(nèi)的坍塌有效處理措施對于小范圍、短距離的軟弱地段來說，由于其自身外機(jī)架支撐面積小，所以，鎖死部分撐靴就能夠保證其順利通過。同時，也正因為此狀態(tài)下的外機(jī)架支撐面積小，故需要相應(yīng)地對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在拱墻處發(fā)生較大面積的坍塌時，TBM不能承受相應(yīng)的擠壓力，直接影響使用質(zhì)量問題，這時就一定要暫停設(shè)備對其進(jìn)行有效處理，具體措施為：要充分使用支護(hù)方式來對危石進(jìn)行清理，然后應(yīng)用混凝土對塌腔進(jìn)行噴射，厚度要保證在8cm左右。這時要設(shè)置相應(yīng)的鋼拱架，使用厚度為2cm左右的鋼板來對塌腔進(jìn)行有效處理，用棉紗堵住相應(yīng)的漏洞，使用強(qiáng)度為20的混凝土進(jìn)行回填，保證塌腔與周圍圍巖構(gòu)成一個整體，并且還要在鋼板外部再噴射一層混凝土，確保混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)時再進(jìn)行掘進(jìn)施工。同時還要保證相應(yīng)環(huán)節(jié)處理效果符合工程施工標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為后續(xù)工作的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)，提升工程整體質(zhì)量。

　　4結(jié)論

　　通過該工程的大膽嘗試和有益探討，在大直徑滾刀的應(yīng)用、TBM轉(zhuǎn)場整備工作、采取有效措施遏制圍巖收斂變形等方面均取得了很好的效果。通過對工程實踐總結(jié)相應(yīng)的數(shù)據(jù)、完善設(shè)計方案，進(jìn)而為以后水電工程的建設(shè)提供相應(yīng)的參考。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]周云晴.輸水隧洞TBM施工進(jìn)度分析與實時控制研究[D].天津大學(xué)，2008.收稿日期：2016-04-20

　　作者 韓旭 單位：遼寧西北供水有限責(zé)任公司

　　推薦期刊：《浙江建筑》(月刊)創(chuàng)刊于1984年，由激光省建筑科學(xué)設(shè)計研究院、浙江省土木建筑學(xué)會主辦。