《TBM设计与施工关键技术》由韬奋基金会“一带一路”科技文化专项基金和国家自然科学基金支持,由中国工程院杜彦良院士任总主编,由中国工程院李术才院士、国家973计划首席科学家刘泉声专家等任总顾问,由中国中铁股份有限公司党委书记、董事长陈云任总策划并作序,由国务院政府特殊津贴专家陈馈、贺维国、王江卡等主编,由福建科学技术出版社出版。

　　近年来,“西部大开发”战略和“一带一路”倡议的深入实施,我国交通、能源、水利、水电等领域基础设施建设蓬勃发展,需要在各类高危复杂的地质与环境条件下,建设更多的超长深埋复杂山岭隧道。未来十年,我国开工建设的山岭隧道将超过2万公里,其中预计有6000公里长的山岭隧道将采用TBM法施工,我国已成为TBM隧道施工的第一大国。TBM面临更加严峻的挑战:TBM隧道“灾变因素多、风险识别难、装备适应差、施工受限大”等世界难题。

　　《TBM设计与施工关键技术》重点针对TBM隧道“变形、坍塌、突涌、卡机”等重大工程问题,以TBM设计与施工的关键技术突破为切入点,结合TBM隧道施工具体工程实例进行阐述。

　　全面突破制约复杂地质TBM隧道施工的关键核心技术,是我国隧道及地下工程快速与高质量发展必须解决的关键问题。

　　一.TBM概况

　　全断面岩石隧道掘进机(TBM)是一种集机、电、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套装备,在实现连续掘进的同时,完成破岩、出碴、支护等作业,实现了工厂化施工,掘进速度较快,效率较高。与钻爆法相比,TBM法虽然具有快速、优质、高效、安全、环保及自动化、信息化程度高的优点,但由于隧道工程地质和环境的极其复杂性,TBM隧道施工长期受制于岩爆、软岩变形、岩溶、断层破碎带、突涌水、极硬岩等诸多因素。

　　二.TBM隧道施工工艺

　　主要针对敞开式、单护盾及双护盾三种类型的TBM,主要包括组装、调试、步进、始发、试掘进、正常掘进、超前加固、围岩支护、出渣、物料运输、达到掘进以及拆机等TBM隧道施工关键技术。

　　三.TBM隧道超前地质预报

　　在可能出现地质灾害的特殊地质地段,可能发生掘进速度低、卡机、埋机等重大问题,TBM法施工通过超前地质预报工作达到快速补充和检验地质资料的目的,使TBM安全通过复杂地质地段,避免漏报重大地质灾害点。

　　四.TBM穿越断层破碎带施工技术

　　断层破碎地带与高地应力软岩虽然都会导致围岩变形,但却有着本质区别,高地应力变形主要是深层挤压性变形,破碎带变形主要是表层坍塌松弛型变形,两者在处理措施上也应区别对待,挤压性变形要注重连续快速推进和及时支护,松弛型变形则应注重快速推进和超前加固。

　　针对超大埋深下破碎地层,首先需要对TBM装备进行针对性设计,然后根据地震波法超前地质预报结果掌握隧道前方的断层破碎带、节理密集带等岩体构造情况,再根据不同破碎程度采取超强加固和盾尾支护措施。

　　五.岩爆地层TBM设计与施工

　　TBM在高应力硬岩岩爆地层施工,建议采用具备钢管片安装功能的敞开式双结构TBM,同时配置能够用于应力快速释放的超前钻机;TBM施工需要根据微震监测结果判断岩爆发生等级,再根据不同岩爆等级分级防控。

　　轻微岩爆采用“锚网联合支护、支护跟随掘进”的防控方法。

　　中等岩爆采用“进尺被动控制、拱架钢筋支撑、锚杆喷混补强”的防控方法。

　　强烈岩爆采用“超前钻孔释放应力、主动控制掘进进尺、加密钢筋排钢拱架、预应力锚喷混早补强、尝试钢管片初期支护”的防控方法。

　　极强岩爆释放应力岩爆等级降低后TBM掘进通过或钻爆法开挖后TBM空推通过。

　　六.施工实例

　　主要通过大瑞铁路高黎贡山隧道工程、引汉济渭隧洞工程、吉林引松供水工程、青海引大济湟工程、甘肃引洮供水工程等重大工程实例,重点介绍TBM穿越极硬岩、岩爆地层、软弱地层、碎碎地层、富水构造带等特殊地质地段的TBM选型设计与施工关键技术。

　　(作者:周蓓)

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