深埋长输水隧洞TBM卡机事故分析及处理措施

摘 要 文章首先介绍了作为新型隧洞开挖设备的挖掘机在其工作中有哪些原因易造成TBM卡机出现事故，对一些常见的事故可以采取哪些措施可以进行预防和处理，使得挖掘机可以在高效的效率下进行工作。

关键字 隧洞；挖掘机；措施

中图分类号 U45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）106-0108-02

随着科技的发展，隧洞工程应用于各个领域当中，而TBM（岩石掘进机）目前已广泛应用于隧洞工程当中，TBM作为一种新型的隧洞开挖方式，具有经济、快捷、安全的优点。在应用中的过程中也体现出了一些缺点，其中体现最为明显的是TBM对所开隧洞的地质条件要气较高，所以在施工中会有塌方、隧洞变形、卡机、TBM下沉之类的问题出现，其中最常出现的问题就是卡机问题，下面就针对TBM卡机事故进行分析并给出一些处理的措施。

1 TBM卡机事故现象

在深埋长输水隧洞工程中，经常出现的tbm卡机事故通常有以下几种现象：

第一，卡刀盘，在隧洞的挖掘过程中国掌子面围岩被破碎之后无法自稳而出现坍塌、进而被破碎的大连石块、石碴就会夹杂着泥水而涌入TBM的刀盘内，这时设备皮带机的出碴量就会突然增加，刀盘扭矩和电机电流急剧上升，最终导致刀盘无法转动，皮带机无法运转。

第二，卡前盾，在隧洞施工的过程中围岩会发生非常大的变形，此时围岩发生破碎的应力就会作用在盾壳上，二者之间就会有摩擦力产生，这个摩擦力往往会比主推进油缸的最大推力要大，所以掘进机就会停止前进，前盾卡在一个位置，在最严重的时候，前盾和外伸缩盾之间的连接螺栓都会出现断裂。

第三，卡支撑盾，同卡前盾的原因相同，也是由于施工的过程中围岩会发生非常大的变形之后挤压支撑盾，掘进机在进行换步的时候，推油缸的压就会不断的增大，如果这个压力达到了700bar（可以承受的最大极限值），此时支撑盾就无法实现向前移动和换步。这中卡机事故是在深埋长输水隧洞施工的过程中最常见的。

第四，卡尾盾，在隧洞施工的工程中围岩会不断受到地应力的作用，久而久之由于持续的收敛就会产生变形，使尾盾产生挤压而向内收缩，管片同尾盾是紧挨在一起的，连管片的楔形块都无法进行安装。如果围岩的收敛速度越来越快，管片同围岩就会对尾盾一起进行挤压，这个挤压的力量会将尾盾夹住，最后支撑盾在执行换步时辅推油缸的压力就会达到极限而没有办法向前移动，如果在这样的状况下，继续对尾盾进行挤压尾盾同支撑盾之间连接的螺栓就会被拉断，出现尾盾同支撑盾脱离的现象。

2 产生TBM卡机事故的原因

第一，地质原因，在深埋长输水隧洞进行施工的过程中，通常都会发现实际的地质状况同预期的状况会有一定的区别，同时还会有断层区的出现，在断层带的位置会呈现出非常明显的条带状负地形，这些条带状负地形多数的断层与洞线之间的交角都是比较小的，甚至是接近180度，而且断层的性质是呈明显的张性正断层，也就是说破碎带相对较宽。一部分的隧洞在断层的影响带内，使得隧洞的挖掘更加困难。同时隧洞的总体走向同断裂方向和区域岩层走向差不多是一致的，这给隧洞的稳定性带来了非常大的影响。

第二，地下水的原因，在深埋长输水隧洞的地下水大部分是属于基岩裂隙的富水区，有一少部分是属于基岩裂隙的贫水区，地质的岩性以及构造对于地下水的影响是非常大的，岩体接触带以及张性结构面发育地带为地下水的出水点集中位置。地下水可以分成主要的三种类型，分别是构造裂隙水、节理裂隙水和岩体接触带裂隙水。有一些夹层中的物质遇到水容易发生溶解，还有一些夹层泥的结构非常紧密，遇到地下水会膨胀，如果水压非常大就会形成突泥。在TBM开挖上述的几种地质洞段的时候，围岩的稳定性就会降低很多，如果导致塌方那么刀盘就会卡在围岩当中，没有办法掘进，而且由于岩体受地下水的影响而产生变形，围岩会将护盾“抱死”，而出现卡机的现象。

第三，TBM设备本身的问题，该工程所采用的掘进机在设计本身上有几个缺陷，首先挖掘机的护盾后面的作业工间相对过小，这就使得超前支护在施工方面有一定的困难，而且支护在范围上无法满足施工方对于整个工程的要求；其次就是从同顶护盾连接的形护盾上来看，它的长度是2.4m，同顶护盾的连接桥梁是螺栓，结构是一悬臂梁在刚度上无法满足施工的需求，如果隧洞内之事体积较小的岩块塌落可以起到一些作用，如果发生的是体积较大的塌方块体，就会出现整体下沉的现象。这时塌块就会将整个刀盘、指形护盾、顶护盾及设备的工作平台都掩埋起来，从而形成卡机。

3 TBM卡机处理措施

方案一，当有卡机的现象出现后，第一时间将聚氨酯的化学材料从盾尾顶部的天窗向护盾和刀盘的上方进行灌浆，这样就可以使围岩稳定，避免塌方更加严重，围岩稳定之后再对支撑盾以及尾盾灌浆，以达到固结岩体的目的。之后经由顶部的天窗以及设备的侧窗，通过打风镐扩挖这种方式来进行人工的凿渣，这样做的目的是使护盾的外壁和围岩之间有空隙，否则机器会被重物压坏的。完成凿掏渣之后要对辅助液压缸的推力适当的提高，如果液压缸的推力满足不了挖掘机施工的需求，就直接用高压换步乃至超高压换步，这样可以使TBM通过破碎的围岩地段非常快速。但是在这里需要注意的是要很好的控制超高压换步的推力大小，如果控制不好有会压爆管片的危险，造成非常严重的后果。

方案二，对围岩完成化学及水泥浆液加固之后，要第一时间在护盾的左右两端挖减压支洞，目的是释放来自围岩的压力，这样TBM就可以尽快的运转起快速通过。在这里需要注意的是，如果是在高地应力区，那么对卡机扩挖就必须要考虑不能直接顺向开完，要采用环向均匀开挖的方式，这样可以使受力均匀。如果所挖隧洞的地质条件极端的恶劣，那么就只能先开一个小的导洞然后再进行扩挖，之后在对工程进行大规模的处理。也可以利用右侧的割口先挖一条到掌子面的通道，挖好之后从左边向拱部到右边进行支护挖掘，盾壳上部的绝大部分通过人工扩挖的方式，同时在下部要对盾壳和岩壁之间渗入机油，这样可以减少摩擦阻力，最后采用单护盾的模式掘进摆脱。

4结论

TMB卡机事故无论是对施工进度还是成洞的质量都会产生严重的影响，如果不采用适当的处理方法，没有及时解困，挖掘机的机身长期受力，一定会变形和受损，这样不仅会给施工方带来重大的经济损失，同时对后续的工作增加了很多的困难。为此，本文针对TMB卡机事故做出了分析，给出了一些处理措施，希望可以对深埋长输水隧洞工程有一些帮助。

参考文献

[1]王江.引水隧洞双护盾TBM卡机分析及脱困技术[期刊论文]-隧道建设，2011（3）.

[2]王，伍法权.南水北调西线工程岩石力学与工程地质探索[M].北京：科学出版社，2007.