探讨TBM施工风险与应对措施

徐电军

广东省建筑工程监理有限公司

摘要：本文从地质、装备及人为因素3个方面系统全面地分析总结了引起TBM施工风险的各种因素，并提出了相应处理措施。

关键词：TBM；施工风险；应对措施

一、TBM施工风险概述

TBM作为常用的隧道施工设备，能够为地下空间的开发与利用提供先进的技术与装备支持，但其面对众多潜在的风险，如果处理不当，会带来严重的后果。开敞式TBM存在的常见风险有：易坍塌、立拱及回填量大、撑靴及拱架失效、易造成设备及人员伤害等。双护盾TBM存在的常见施工风险有：卡刀盘、卡盾及管片漏水或断裂等。引发TBM施工风险的因素主要有：地质的复杂性、TBM的适应性、人认知的局限性和责任性、方案和措施的不合理性等。可归纳为“地质风险、设备风险、人为风险”，据相关数据统计，其所占比例分别约为40％、30％和30％。

二、TBM施工存在各种风险

1.地质风险

岩石的硬度，一般情况下，岩石的单轴抗压强度越低，TBM的掘进速度就越快，相反，则TBM的掘进速度就越慢。但是，如果抗压强度过低，会导致掘进后围岩的自稳时间极短甚至不能自稳，具有一定的施工风险；岩石结构面的发育程度，岩体结构面越发育，密度越大，节理间距越小，完整性系数越小，掘进速度就会有加快的趋势。但是，如果岩体结构面特别发育，密度、节理间距、完整性系数超过正常范围内，导致岩体已呈碎裂状或松散状，不具自稳能力，当此类岩体中进行TBM施工时，需要对不稳定的围岩进行加固处理，大大降低了掘进速度；岩石的磨蚀性，其对刀具具有一定的磨损。当其他因素一定时，岩石的硬度和磨蚀性越高，那刀盘、刀具的磨损就越大。一般来说，岩石的硬度越高，对刀盘刀具等的磨损越大，掘进效率也越低；岩体主要结构面，当岩体主要结构面的走向与隧道轴线间夹角小于45°，且结构面倾角较缓（≤30°）时，隧道边墙拱脚以上部分及拱部围岩因结构面与隧道开挖临空面的不利组合而出现不稳楔块，会发生掉块和坍塌等灾害，不利于TBM施工，严重的话会危害TBM安全；围岩的初始地应力状态，如果围岩为坚硬、脆性、较完整或完整的岩土的话，极易发生岩爆灾害，严重的话会危害TBM安全；如果围岩为软岩，极易产生较大的变形；岩体的含/出水状态，一般来说，富含水和涌漏水地段，围岩的强度会有不同程度的降低，特别是软质岩的强度降低更显著，致使围岩的稳定性降低，影响TBM工作效率。

2.TBM施工中的装备风险

在TBM施工过程中，TBM施工属于十分重要的影响因素，因而施工装备不合理也会导致有一定风险存在。就实际施工情况而言，TBM施工装备选型及设计，不但对施工中TBM施工功能的发挥具有决定性影响，并且对于后期施工中风险发生概率也会产生直接影响。对于TBM施工装备风险而言，其相关因素主要包括TBM选型，刀盘结构形式，还有刀具配置及刀型，同时还包括刀间距设计及地层处理设计，还包括支护系统设计。若装备设计缺乏合理性，很容易导致工程风险的发生，比如刀盘损坏，主轴承或者密封发生损坏，刀具磨损异常。

3.人为风险

由于某些客观条件的限制,很多施工企业在进行人员招聘的时候没有做好对应的培训教育工作,导致有些施工人员的专业素养不够,在工作的时候经常出现责任心缺失、偷懒、马虎等不正当的行为。这些行为,便是人为造成的施工风险。要知道,TBM施工不同于其他种类的施工,这项工程本身就具有非常大挑战性,如果工作人员自身的经验都不够丰富,甚至基础的操作技能都不过关,那么无疑会给施工现场带来不可挽回的灾难。

三、TBM施工风险有效应对措施

1.地质风险应对措施

（1）挤压地层的应对措施。在隧道开挖整个过程中，由于在不良岩层中存在高压，往往会导致隧道围岩出现相互挤压而不断聚合情况，最终会导致隧道横断面有所减小，通常情况下，通过对现场压力及岩体强度进行比较，可对这一问题进行预测。在施工地质属于挤压地层情况下，就短期而言，在刀盘及护盾上所施加较高压力会造成TBM出现堵塞情况；就长期而言，衬砌支护在承受的压力较高的情况下，往往会造成隧道结结构出现变形，还会导致隧道丧失其功能，若挤压过于严重，还需对隧道进行重新设计。对于这一问题，常用的应对措施主要包括以下几种：①选择扩径法，也就是扩大护盾及岩体之间所存在环形间隙，使其能够达到15—25cm；②将护盾长度适当缩短；③应用锥型护盾，这种类型护盾前部直径比较大，可有效避免护盾后部被挤压；④使用润滑剂，从而使护盾及岩石间摩擦得以减少。（2）高水压地层的应对措施。在隧道施工过程中，若地质为高水压地层，应尽量选择泥水平衡盾构，也可选择双模式TBM。

2.设备风险应对措施

加强设备跟踪监测工作，随时掌握设备运行情况，对设备状况进行预测与判断，以便做好提前防范与处理措施。设备跟踪监测主要分为三个方面:（1）振动监测，根据设备在正常运行与出现故障时振动的声响等方面的差异，判断设备运行状态情况或问题发生的部位与大小；（2）油样分析，通过对油样中的铁屑等金属磨损物的种类、数量及增减情况进行监测分析，判断出相应部位设备的磨损程度及变化；（3）设备机械性能监测，通过各种监测仪器，对设备运行性能进行检测；按照设备服务手册进行设备检修维护，及时排除设备故障隐患，降低设备故障率，提高设备利用率。

无论设备是否发生故障，都要定时按照规定进行检修保养维护，检修工作每天一次，一般每次4h，主要包括刀盘检修及刀具更换、液压系统检查及其他部位检修保养。由于刀盘挤压岩而的受力情况不均匀，边刀的最大允许磨损量远低于正滚刀，刀具更换时，可将边刀更换下来后替换正滚刀继续使用，提高刀具使用效率，降低刀具成本。同时，必须随时检查刀盘运转情况，检查是否出现裂缝、刀座螺栓是否松动，及时更换损坏的刮渣铲斗齿；高度重视TBM主要部件的运行情况，确保关键部位状态性能良好。TBM主轴承是整套TBM设备的核心部位，直接影响TBM设备使用寿命，除在TBM设备运行过程中必须按照规程操作外，还要定期通过油样分析，确定油样中的水分、污染度、瓢度、铁屑等杂质的数据，判断主轴承运行状态及磨损情况，以便采取相应的保障措施进行保养维护。

3.人为风险的应对措施

对于施工现场的风险预防一定要狠抓人员管理,要确保参与施工作业的工作人员具备良好的职业道德与专业素养,要打造出一支综合素养高、实操技能好的隧道掘进精英团队。（1）确保进入现场的施工人员具有TBM建筑行业公认的操作证书,从业人员必须拥有丰富的工作经验。（2）对于TBM的整体施工项目而言,由于整个工期进行的相对比较紧张,这就要求必须要落实后平时的科学管理,一方面要控制好建设成本,另外一方面也要保证TNM施工的高质量水准。（3）在平时的工作中加强技术人员的培训工作,要让每一个技术工种之间联系的更加紧密,确保操作掘进作业的从业人员都具备扎实的理论基础与临场应变能力。

结语

在TBM施工过程中，施工风险属于十分重要的一项影响因素，施工正常进行会产生严重不良影响，因而施工中的一项重要任务就是控制施工风险。所以，在实际施工过程中，施工技术人员应当清楚认识施工中存在的各种风险，在此基础上选择相关有效措施积极应对所产生的这些风险，以避免施工风险而导致安全事故发生，进而有效保障施工安全性，为施工正常进行提供更好支持与保障。

参考文献：

[1]吴广辉.输水隧洞工程TBM法施工风险识别及对策研究[J].水利科技与经济,2016,22(01):21-23.

[2]温森,贺东青,杨圣奇.隧洞变形引起的TBM施工事故综合风险分析[J].岩土力学,2014,35(06):1727-1734.

[3]董勇.TBM在重庆地铁施工中的风险分析及安全管理[J].都市快轨交通,2013,26(03):107-111.