隧道掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)方案與安全措施引言隨著交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向深部、復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域拓展，隧道掘進(jìn)機(jī)（TunnelBoringMachine，TBM）憑借高效、精準(zhǔn)的施工優(yōu)勢，成為長距離、大斷面隧道工程的核心裝備。科學(xué)的技術(shù)方案與完善的安全措施，是保障TBM施工質(zhì)量、效率與人員設(shè)備安全的關(guān)鍵。本文結(jié)合工程實(shí)踐，從施工全流程角度解析TBM技術(shù)方案的核心要點(diǎn)，并針對性提出安全管控策略，為同類工程提供參考。一、施工前期準(zhǔn)備工作（一）地質(zhì)勘察與分析隧道工程的地質(zhì)條件直接決定TBM選型與施工風(fēng)險。需采用鉆探、物探（如地震波法、地質(zhì)雷達(dá)）結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)（如TSP、超前鉆探），系統(tǒng)查明圍巖級別、巖體完整性、地下水賦存狀態(tài)及不良地質(zhì)體（斷層、巖溶、瓦斯）分布。例如，在富水軟弱地層，需重點(diǎn)分析涌水壓力與突泥風(fēng)險；在硬巖地層，需評估巖石單軸抗壓強(qiáng)度、節(jié)理發(fā)育程度對刀具磨損的影響。（二）施工場地規(guī)劃根據(jù)TBM主機(jī)、后配套系統(tǒng)（出渣、供電、通風(fēng)、注漿）的尺寸與功能需求，規(guī)劃始發(fā)井、接收井、組裝平臺、渣土場及臨時設(shè)施布局。始發(fā)井需滿足主機(jī)吊裝、反力架安裝的空間要求，接收井需預(yù)留接收基座與止水裝置的施工條件。同時，優(yōu)化渣土運(yùn)輸路徑，采用有軌或無軌運(yùn)輸方式，減少對周邊環(huán)境的干擾。（三）設(shè)備調(diào)試與驗(yàn)收TBM到場后，需在工廠或現(xiàn)場完成整機(jī)組裝，重點(diǎn)調(diào)試主驅(qū)動系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)的協(xié)同性。通過空載、負(fù)載試運(yùn)行，驗(yàn)證電機(jī)功率、液壓系統(tǒng)壓力、刀具轉(zhuǎn)速等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求。例如，刀盤空載轉(zhuǎn)速需穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值±5%范圍內(nèi)，推進(jìn)油缸同步性偏差不超過2mm，確保設(shè)備“零故障”始發(fā)。二、TBM選型與配置優(yōu)化（一）機(jī)型適配性選擇不同地質(zhì)條件對應(yīng)差異化的TBM類型：硬巖地層（如花崗巖、石英巖）：優(yōu)先選用敞開式TBM，配備大直徑滾刀（如19英寸），通過高扭矩主驅(qū)動破碎巖石，結(jié)合錨桿、噴射混凝土支護(hù)，適應(yīng)圍巖自穩(wěn)性較好的工況。軟巖/復(fù)合地層（如泥巖、斷層破碎帶）：采用護(hù)盾式TBM（單護(hù)盾或雙護(hù)盾），配置管片拼裝系統(tǒng)，利用護(hù)盾提供臨時支護(hù)，避免圍巖變形導(dǎo)致的設(shè)備卡滯。雙護(hù)盾TBM兼具硬巖掘進(jìn)能力，可在軟硬交替地層切換模式。富水地層：選用帶超前注漿或排水系統(tǒng)的TBM，配置防水型刀盤、密封艙，通過土壓平衡或泥水平衡模式控制掌子面壓力，防止涌水突泥。（二）刀具與配套系統(tǒng)升級根據(jù)巖石磨蝕性（如石英含量）選擇刀具材質(zhì)，高磨蝕地層采用碳化鎢合金滾刀，軟巖地層可配置撕裂刀、刮刀。同時，優(yōu)化刀具布置密度（如硬巖刀間距80~100mm），減少偏磨風(fēng)險。后配套系統(tǒng)需匹配掘進(jìn)速度，如出渣系統(tǒng)的輸送能力應(yīng)比理論掘進(jìn)量高20%，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量需滿足“每人每分鐘3m3”的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，注漿系統(tǒng)壓力需覆蓋掌子面圍巖加固需求。三、施工工藝流程與控制要點(diǎn)（一）始發(fā)階段在始發(fā)井內(nèi)安裝反力架、始發(fā)基座，將TBM主機(jī)與后配套系統(tǒng)逐步推進(jìn)至掌子面。始發(fā)段（通常10~20m）需加強(qiáng)支護(hù)，采用管片或鋼拱架+噴射混凝土封閉開挖面，防止掌子面失穩(wěn)。同時，調(diào)試導(dǎo)向系統(tǒng)（如激光導(dǎo)向、慣導(dǎo)系統(tǒng)），確保初始掘進(jìn)方向偏差≤5mm/10m。（二）正常掘進(jìn)階段1.掘進(jìn)參數(shù)控制：根據(jù)地質(zhì)反饋動態(tài)調(diào)整推力（硬巖地層推力≥巖石單軸抗壓強(qiáng)度×開挖面積×0.3）、刀盤轉(zhuǎn)速（軟巖10~20rpm，硬巖5~10rpm）、推進(jìn)速度（20~50mm/min）。當(dāng)?shù)毒吣p量超過設(shè)計(jì)值（如滾刀刀圈磨損≥15mm）時，及時換刀，換刀作業(yè)需在氣壓平衡或超前加固后的安全倉內(nèi)進(jìn)行。2.支護(hù)與同步作業(yè)：護(hù)盾式TBM同步拼裝管片，確保管片錯臺≤3mm，環(huán)向螺栓擰緊扭矩符合設(shè)計(jì)；敞開式TBM滯后掘進(jìn)面5~10m施作錨桿、噴射混凝土，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%后方可繼續(xù)掘進(jìn)。3.出渣與運(yùn)輸：采用連續(xù)皮帶機(jī)或礦車出渣，渣土含水率超過20%時需添加固化劑，防止運(yùn)輸過程中撒漏。同時，實(shí)時監(jiān)測渣土量與掘進(jìn)進(jìn)尺的匹配度，判斷掌子面穩(wěn)定性（如渣土量突增可能預(yù)示塌方）。（三）接收階段提前20~30m啟動超前地質(zhì)預(yù)報，確認(rèn)接收段地質(zhì)條件。在接收井內(nèi)安裝接收基座、止水簾布，TBM進(jìn)入接收段后降低推進(jìn)速度，加強(qiáng)導(dǎo)向監(jiān)測，確保主機(jī)精準(zhǔn)進(jìn)入接收基座。接收完成后，及時封閉掌子面與管片環(huán)縫，防止地下水滲漏。四、安全措施體系構(gòu)建（一）施工安全管理1.人員培訓(xùn)：對操作、維修、支護(hù)人員開展專項(xiàng)培訓(xùn)，考核通過后持證上崗。重點(diǎn)培訓(xùn)刀具更換、管片拼裝、應(yīng)急逃生等高危作業(yè)流程，模擬突水、塌方等場景的處置方法。2.現(xiàn)場防護(hù)：在TBM周邊設(shè)置防護(hù)欄桿、警示標(biāo)識，刀盤作業(yè)區(qū)懸掛防墜網(wǎng)，后配套系統(tǒng)設(shè)置防滑踏板。有限空間（如刀盤艙、管片存儲區(qū)）作業(yè)前，需檢測有害氣體（如CO、CH?）濃度，濃度超標(biāo)時啟動通風(fēng)系統(tǒng)。3.監(jiān)測與預(yù)警：安裝圍巖變形監(jiān)測系統(tǒng)（如多點(diǎn)位移計(jì)、收斂計(jì)），每循環(huán)（1~2m）監(jiān)測一次；配置設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時采集主驅(qū)動溫度、振動、推進(jìn)壓力等參數(shù)，異常時自動報警。（二）設(shè)備安全保障1.日常維護(hù)：建立“三班制”巡檢制度，每班檢查刀具磨損、液壓管路滲漏、電氣系統(tǒng)絕緣性，每周進(jìn)行一次全面保養(yǎng)，更換潤滑油、濾芯等易損件。2.故障排查：針對常見故障（如刀盤卡死、主驅(qū)動漏油、管片拼裝故障），編制快速排查手冊，現(xiàn)場配置備用刀具、液壓泵等關(guān)鍵部件，縮短故障處理時間。（三）應(yīng)急預(yù)案與處置1.風(fēng)險預(yù)判：識別突水突泥、塌方、瓦斯突出、設(shè)備火災(zāi)等風(fēng)險，制定分級響應(yīng)機(jī)制（如一級響應(yīng)對應(yīng)涌水量≥100m3/h）。2.應(yīng)急演練：每季度組織一次綜合演練，模擬掌子面坍塌時的人員撤離、設(shè)備保護(hù)、注漿加固流程，確保作業(yè)人員熟悉逃生路線與應(yīng)急設(shè)備使用。3.物資儲備：在現(xiàn)場儲備應(yīng)急物資（如速凝注漿材料、救生衣、呼吸器），與周邊醫(yī)院、消防部門建立聯(lián)動機(jī)制，確保事故發(fā)生后1小時內(nèi)獲得支援。結(jié)語隧道掘進(jìn)機(jī)施工是一項(xiàng)集機(jī)械、地質(zhì)、安全管理于一體的系統(tǒng)工程。通過科學(xué)的技術(shù)方案優(yōu)化（如精準(zhǔn)選型、動態(tài)參數(shù)控制