作者：赵第厚TBM卡机的原因和对策赵第厚（山西水利建筑工程局，太原030006）摘要：某隧洞工程利用TBM进行施工时，由于通过膨胀泥岩地层，出现了TBM卡机现象，严重地影响了施工进度、施工进度、施工质量。文中从地质条件、设备选择和施工现场操作方面分析了发生卡现现象的原因，并提出了解决问题的对策。关键词：双护盾TBM；地质；设备；施工；对策：TU621文献标识码：B某隧洞工程施工中采用TBM通过膨胀泥岩洞段时，由于地质问题和设备问题的存在，造成长期卡机，严重影响了TBM的施工进度、施工质量和施工效益，甚至已对TBM在施工的可行性和TBM的推广应用形成威胁，因此，本文从地质、设备和施工方面剖析问题的实质，希望对今后的TBM施工提供有用的参考。1、地质问题该隧洞工程招标文件中给出的Ⅱ类围岩长度占3.8％、Ⅲ类围岩长度占49.6％、Ⅲ～Ⅳ类围岩长度占25.6％、Ⅴ类围岩长度占0.8％、Ⅴ1类围岩长度占14.4％、Ⅴ2类围岩长度占0.3％。实际施工发现，Ⅱ类围岩长度占2.0％、Ⅲ类围岩长度占5.4%、Ⅳ类围岩长度占34.1%、Ⅴ类围岩长度占45.8%、Ⅴ1类围岩长度占12.7％。特别是在施工中TBM遇到罕见的长距离膨胀泥岩洞段，在进行的28次脱困过程中，地质条件存在明显的膨胀、缩径或崩落现象，现场试验证明存在自重应力和水平构造应力，这种地质条件对TBM施工非常不利。由于施工地质与招标地质相比，地质条件明显恶化，而TBM选型是针对地质条件进行功能和系统能力设计的，国此，地质的偏差对TBM选型所产生的误导，必然对今后的施工产生不良影响。2设备问题2.1双护盾TBM简介双护盾TBM主要结构包括：前护盾、支撑护盾和连接前支撑护盾的伸缩护盾。前护盾内有刀盘、刀盘支撑体、刀盘驱动马达、变速箱和主轴承。前护盾与支撑护盾之间的伸缩护盾由水平主推进液压缸连接。支撑护盾内有主支撑系统和辅助推进系统。支撑护盾后管片安装区上有尾护盾与支撑护盾连接。本工程使用的TBM生产厂家技术参数，见表1表1双护盾TBM主要技术参数表项目名称单位主要技术参数制造厂家—德国海瑞克公司（HERRENKNECHT.AG）---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---编号—S-301隧洞开挖直径m6.79刀具数量把42刀具规格英寸17刀具承载能力kN267刀盘功率kW2100，6×350刀盘转速rpm0～8.19刀盘最大扭矩kN.m4590刀盘脱困扭矩kN.m5410刀盘最大推力kN11214主推进最大推力kN28150主推进油缸数量个10×1主推进油缸行程m1.7辅助推进最大推力kN37165辅助推进油缸数量个10×2辅助推进油缸行程m2.6管片宽度m1.6TBM质量t6502.2双护盾TBM施工隧洞受力分析2.2.1TBM在破碎带或膨胀围岩中掘进计算在破碎带中刀盘所需的转矩时，我们假定刀盘只承受塌方围岩（塌方高度为0.7D即0.7倍的刀盘直径）的土压力。具体受力见图1---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---图-1刀盘受力分布图图中计算公式根据隧洞采用的TBM进行取值，其中：护盾长度L=12.145mTBM主机重量W=650t刀盘厚d=0.91m（与塌方围岩接触区域）塌方松散体高度H=0.7D=4.8m塌方围岩密度r=1.7t/m3内摩擦角Φ=35°因此围岩内摩擦系数刀盘顶部应力P0=rH=80kN/m2刀盘底部应力P1=P0+(W/Dd)=89kN/m2刀盘上部水平应力P2=P0K=22kN/m2刀盘下部水平应力P3=(P0+rD)K=25kN/m2刀盘前平面的摩擦转矩：Tr1Tr1＝μ1×××破碎带刀盘与围岩摩擦系数取0.3，则μ1＝0.3，Tr1=577kNm膨胀岩刀盘与围岩摩擦系数取μ1＝0.7时Tr1=2751kN.m刀盘周边的摩擦转矩：Tr2Tr2＝μ2××π×D×d×破碎带刀盘与围岩摩擦系数取0.3，则μ2＝0.3，Tr2=1068kN.m膨胀围岩摩擦系数取μ2＝0.7时Tr1=2491kN.m---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---在塌方围岩中掘进所需的转矩：Tr3当围岩强度小于10MPa，贯入度为0.8cm/rev（每转0.8cm）时Tr3＝Pt·n·rm＝2691kN.m式中：Pt—滚刀切向力，KN；n—滚刀数量，把；rm—安装滚刀的平均半径，m，rm≈0.3D。TBM在破碎围岩需要的总转矩：Tr＝Tr1＋Tr2＋Tr3＝4336kN.m，如考虑在膨胀围岩总转矩Tr=7933kN。由于TBM在膨胀围岩中掘进所需的转矩为Tr＝7933kN.m，而在刀盘低...