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双护盾TBM在泥质膨胀岩洞段施工技术研究报告

作者：赵第厚

1、前言

双护盾TBM硬岩掘进机又称伸缩护盾式TBM，是一种集机、电、液压、传感、信

息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、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。

双护盾TBM在泥质膨胀围岩洞段施工技术是在双护盾TBM硬岩施工技术的基础上

发展起来的一种新型施工技术，它综合了双护盾TBM硬岩施工快速高效以及土压平衡

掘进技术安全的特点，具有快速、优质、高效、安全、环保、自动化和信息化程度高

等特点。

由于地质勘探条件的局限，即使采用地质钻探和地质物探相结合的办法仍不能将

所有地质问题完全判断清楚，而TBM设备选型又收到选型水平、设备造价的限制，

很难甚至不可能采购到完全能解决所有地质问题的双护盾TBM，因此，施工技术管

理尤为重要。

本工法吸取了云南昆明掌鸠河隧洞工程穿越有水泥岩洞段和青海引大济湟隧洞

工程高埋深高地应力膨胀泥岩洞段的失败教训，通过总结新疆八十一大坂隧洞工程在

泥质膨胀岩洞段连续脱困48次和山西省万家寨引黄北干1#隧洞工程成功穿越碳质膨

胀泥岩洞段的相关经验，已形成一套完整的工法体系。

2、施工技术难点

2.1、工程概况

新疆伊犁河流域恰甫其海综合利用水利枢纽二期工程南岸干渠位于伊犁河南岸

乌孙山北麓山前洪积倾斜平原及河谷丘陵区，承担着伊犁巩留县和察布查尔县南岸干

渠灌区约180万亩的灌溉输水任务，工程起自特克斯山口，终止于中哈边境附近的九

干分水闸，全长约168km。

八十一大坂隧洞工程为南岸干渠工程中部控制性工程，位于新疆伊犁哈萨克自治

州巩留县和察布查尔县境内，始于巩留县城西南，终于察布查尔县城东北,设计引水

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流量为65m/s，加大引水流量74m/s，全长30.699km。由隧洞、埋涵、明渠等建筑

物组成。

八十一大坂隧洞工程Ⅱ标总长度为23740.825m（桩号T66+325.196～

T90+066.021）。六边形预制钢筋混凝土管片衬砌，衬砌后内径为6.0m，管片宽1.6m，

厚度28cm，管片在洞内拼装后四片组成一环，管片与围岩之间的空隙用豆砾石充填

并进行水泥回填灌浆。在管片的内周边设有两道止水，作为拼装后管片之间纵缝和环

缝的止水设施。隧洞设计断面为圆形，衬砌后内径为6.0m，纵坡为1/1016，弯道转

弯半径1500m，

八十一大坂输水隧洞平面布置图

八十一大坂隧洞工程于2004年动工兴建，2006年2月14日TBM投入施工，2009

年12月31日隧洞贯通，2010年4月1日通水运行。

2.2、技术难点

双护盾TBM在泥质膨胀围岩洞段施工技术采用工厂化施工的成套隧洞施工设

备，主要技术难点是工程地质勘探、TBM设备选型和TBM施工管理控制。

TBM的地质针对性较强，不同的地质条件、不同的隧道断面，需要设计满足不

同施工要求的TBM设备，需要配置适应不同要求的辅助设备。因此，前期勘察的精

细程度，直接影响TBM选型的质量。

TBM设备选型原则为：根据地质条件确定掘进机的类型；根据隧道设计参数及

地质条件确定主机的主要技术参数；根据生产能力与主机掘进速度相匹配的原则，确

定后配套设备的技术参数与功能配置。

TBM现场施工技术管理控制分为设备制造管理和施工技术管理。设备制造管理

主要为设计联络和设备监造，主要目的为保证设备加工质量。施工技术管理在满足常

规TBM施工的情况下，主要为设备改造、TBM设备维护保养、TBM防卡机施工、TBM

脱困处理、隧洞变形监测、TBM脱困后处理、缺陷处理等。其中施工技术管理为重

中之重。

2.3、施工工艺研究与改进

由于工程地质受勘探手段和作业条件限制不可能完全摸清楚，而TBM设备选型

又受到设备造价和加工条件的限制，选出的设备又不可能适应所有地质问题。结合以

往双护盾TBM施工的成功经验和失败教训，力求做到科学管理、精心施工。

2.3.1、超前地质预报

由于地质条件不明，易引起施工的盲目性，因此，