關(guān)鍵詞：硬巖掘進(jìn)機(jī)；tbm；半洞；試驗(yàn) 

abstract: the construction method about tbm used for pilot tunnel excavation and extending excavation afterwards is widely applied in large-section tunnel construction. nevertheless, the method of drilling and blasting in half cavern first and then extending excavation with tbm is a creative thought and application. the power tunnel of some large section in china locates in the high stress rock burst area, and the rock burst shall make great damage to the tbm and personnel safety. this passage will take analysis and demonstration in the feasibility of tbm used for half cavern construction, damage to the equipments, construction strength, etc. respectively, which shall be an exploration and reference for the similar project construction. 

key words: rock tunnel boring machine；tbm；half cavern；test 

中圖分類號(hào) : u45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)： 

1 概況 

國(guó)內(nèi)某水電站水工隧洞，處于高山峽谷的巖溶地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，具有埋深大、洞線長(zhǎng)等特點(diǎn)，主要工程地質(zhì)問題為高地應(yīng)力條件下的巖爆和地下突涌水等。為滿足施工安全和快速掘進(jìn)等要求，隧洞采用直徑12.4m的隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)tbm進(jìn)行開挖施工。 

2 試驗(yàn)?zāi)康?nbsp;

隧洞開挖進(jìn)入高埋深、高地應(yīng)力及巖爆易發(fā)洞段，為減少?gòu)?qiáng)烈~極強(qiáng)巖爆等的發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)，滿足施工進(jìn)度要求，保證tbm安全、順利通過該巖爆易發(fā)段，研究tbm通過巖爆易發(fā)段的可行的施工方案，特進(jìn)行先鉆爆法開挖導(dǎo)洞后tbm擴(kuò)挖掘進(jìn)的施工試驗(yàn)，以驗(yàn)證tbm在先導(dǎo)洞后掘進(jìn)時(shí)的可行性及適應(yīng)性，以及在保證設(shè)備不受損壞的前提下，優(yōu)選適合在強(qiáng)巖爆段能發(fā)揮最大掘進(jìn)功效的掘進(jìn)參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)施工。 

3 試驗(yàn)內(nèi)容及參數(shù) 

本次試驗(yàn)主要內(nèi)容為以下幾項(xiàng)： 

（1）根據(jù)預(yù)定6種不同的tbm掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行掘進(jìn)試驗(yàn)，通過對(duì)不同掘進(jìn)參數(shù)下設(shè)備狀況的監(jiān)控及掘進(jìn)效果的比較，優(yōu)選適合于水工隧洞先鉆爆法開挖導(dǎo)洞后tbm擴(kuò)挖掘進(jìn)施工的掘進(jìn)參數(shù)。 

（2）通過對(duì)擴(kuò)挖掘進(jìn)試驗(yàn)過程中刀具和各種配件消耗情況的統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)控tbm擴(kuò)挖施工對(duì)刀盤等的磨損造成的影響。 

（3）在tbm進(jìn)行擴(kuò)挖過程中，對(duì)tbm設(shè)備主梁、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等進(jìn)行震動(dòng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以監(jiān)控tbm在擴(kuò)挖施工中可能對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)上造成的影響。 

（4）通過對(duì)先導(dǎo)洞掘進(jìn)試驗(yàn)前后及過程中tbm油樣的分析對(duì)比，監(jiān)控tbm擴(kuò)挖施工對(duì)tbm主軸承及液壓系統(tǒng)造成的影響。 

試驗(yàn)采用先期鉆爆法開挖完成先導(dǎo)洞室，在tbm開挖掘進(jìn)前釋放高地應(yīng)力，以減少?gòu)?qiáng)烈~極強(qiáng)巖爆等的發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)，對(duì)半導(dǎo)洞試驗(yàn)段斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為馬蹄型斷面，具體尺寸寬×高=8.18m×7.35m，為避免tbm開挖至該段以后支護(hù)系統(tǒng)對(duì)tbm刀盤的影響，對(duì)邊墻范圍施工玻璃纖維錨桿作為臨時(shí)支護(hù)，具體設(shè)計(jì)見圖1： 

 

圖1半導(dǎo)洞開挖設(shè)計(jì)圖 

4 試驗(yàn)過程及結(jié)果 

4.1 刀盤推力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 

通過對(duì)選擇的6個(gè)工況進(jìn)行掘進(jìn)測(cè)試，每組測(cè)試采用不同的刀盤推力和刀盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行。每個(gè)工況掘進(jìn)距離為20-40cm，并重點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)速2.5-3.0/min之間的推力進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表1： 

表1推力測(cè)試工況記錄表 

 

4.2 試驗(yàn)期開挖進(jìn)尺情況 

該試驗(yàn)從5月22日開始，6月2日結(jié)束，總共掘進(jìn)長(zhǎng)度為70.43m。根據(jù)影響掘進(jìn)效率因素時(shí)間分析餅圖（見圖2），主要受洞外馬蒂皮帶等非正常原因影響較大，設(shè)備利用率較低。在正常施工參數(shù)下，采用先鉆爆法開挖導(dǎo)洞后tbm擴(kuò)挖掘進(jìn)的施工方案，平均每天進(jìn)尺可達(dá)10-12m，據(jù)此推算，月進(jìn)尺可達(dá)300-360m。 

圖2 影響掘進(jìn)效率因素時(shí)間分析餅圖 

在不良地質(zhì)洞段，tbm開挖掘進(jìn)緩慢，同時(shí)，為保證施工設(shè)備和人員安全施工，一般采用拱架支護(hù)，若遇強(qiáng)烈-極強(qiáng)巖爆，支護(hù)量增加，施工強(qiáng)度加大，即便在保證皮帶運(yùn)輸完全正常的情況下，每班最多掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)。照此計(jì)算，每月進(jìn)尺約100-120m。因此，根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，tbm采用鉆爆法開挖先導(dǎo)洞然后擴(kuò)挖通過巖爆段在安全、進(jìn)度等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。 

4.3 刀具磨損及配件更換情況 

根據(jù)試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，先導(dǎo)洞試驗(yàn)段刀具損壞形式與全斷面開挖基本一致，其破壞形態(tài)多以刀圈出現(xiàn)裂縫為主，面刀損壞居多，邊刀損壞較少。此外，部分刀具的刀圈存在局部崩刃和偏磨情況，見圖3： 

圖3 刀具典型破壞形式 

通過與附近相似圍巖段tbm全斷面開挖的刀具損耗數(shù)量對(duì)比，擴(kuò)挖施工的刀具損壞數(shù)量明顯少于tbm刀盤全斷面開挖。此外，設(shè)備的其他配件基本屬于正常更換，未發(fā)現(xiàn)配件異常增加情況。 

4.4 設(shè)備監(jiān)測(cè)及油樣分析 

4.4.1 設(shè)備監(jiān)測(cè) 

通過對(duì)主梁、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等進(jìn)行震動(dòng)及應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出如下結(jié)論： 

（1）主梁上部應(yīng)變?yōu)檎�值，受拉�?yīng)力；主梁下部應(yīng)變值為負(fù)，受壓應(yīng)力，說明主梁存在偏載。 

（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速小于3.5rpm/min時(shí)，主梁上部和下部應(yīng)變變化平緩；當(dāng)轉(zhuǎn)速度超過3.5rpm/min時(shí)，應(yīng)變開始增加，所以部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)轉(zhuǎn)速不應(yīng)大于3.5rpm/min。 

（3）當(dāng)工況為（9600kn，2.02rpm）、（10600kn，2.52rpm）時(shí)，雖然主梁應(yīng)變偏載較小，但掘進(jìn)速度低，出渣量很少，不適合用于日常掘進(jìn)；當(dāng)工況為（12600kn，2.99rpm）、（13600kn，2.99rpm）、（14000kn，3.0rpm）時(shí)，主梁應(yīng)變偏載較小，掘進(jìn)速度合適，出渣量正常，適用于日常掘進(jìn)。 

（4）測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，試驗(yàn)時(shí)主梁受到最大彎矩不足80mpa，掘進(jìn)過程中主梁不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞，但會(huì)對(duì)tbm最佳工作狀態(tài)有一定影響。與全斷面掘進(jìn)相比，擴(kuò)挖掘進(jìn)時(shí)，在同一工況下主軸承振動(dòng)速度和加速度都有所增加，在主梁三個(gè)方向的振動(dòng)中，垂向和橫向均有所增大，同時(shí)，激光棱鏡振動(dòng)較大，可能會(huì)對(duì)導(dǎo)向產(chǎn)生不利影響。