TBM卡机事件专题报告
1. 概述
全断面、双护盾TBM掘进水工隧洞最大的特点是掘进速度快，施工环境安全，而且掘进、出渣、衬砌和回填灌浆等多道工序同步进行，隧洞一次成形。但如果地质条件复杂，所遇围岩不稳定导致快速变形或者大体积塌方时，TBM机头就会被卡住，严重影响施工进度和成洞质量，若处理方法不得当，解困不及时，TBM机身在长期受力的情况下，必然会变形、受损，从而造成重大经济损失，也会给以后的工作带来巨大的困难。 在引黄联接段7＃隧洞的施工过程中，当TBM掘进到8125m，桩号48+193.067时，突遇围岩快速变形，致使TBM被围岩从四周紧紧抱住，不能移动。后因处理方法恰当正确，仅用10天的时间就使TBM恢复正常掘进，避免了重大的经济损失。
2. 事故原因分析
2.1 施工地质情况
7＃隧洞位于太原西山剥蚀中、低山区内，主要穿过中奥陶系上、下马家沟组地层。岩性主要为中厚～厚层状石灰岩、豹皮状灰岩、泥灰岩、泥质灰岩和白云质灰岩。地质构造为五台山块隆的次级构造单元－古交掀斜地块的中部。岩层倾角总体平缓，在5～15度左右。
高分子材料的应用其中的泥灰岩、泥质灰岩结构松散，强度极低，在TBM全断面掘进中，很有可能出现塌方卡机的故障。
2.2 事故发生情况
事故发生较突然，在二OO一年六月十八日晚23:30左右，TBM在无明显异常情况下，突然机身不能向前移动，加大推力仍然无效。经技术人员检查确认，液压、电机等各系统正常后，立即在刚脱离护盾的几环管片上，从灌浆孔处量测管片与围岩间的空隙，发现这几环管片顶拱处间隙已经变小到30mm～50mm之间，而正常的距离应为145mm，此时确信TBM被卡机，立即向主管人员汇报了情况。 2.3 事故原因分析
事故发生后，业主、监理和承包商召集多方工程、地质专家，在中国科学院地质与地球物
理研究所有关专家牵头下，多次进洞，现场调查、取证，并查阅已有的岩石力学和物质成分实验结果后，一致认为：围岩强度低（软岩）、埋深大（地应力高）、层间剪切带分布的联合作用是导致该段围岩大变形事故发生的主要原因。从扩挖清理出的深灰角砾状泥灰岩及灰黄钙质泥岩的围岩体上，可清楚地看到大量的特别光滑的岩体滑动面。经推算，该段围岩应变速率为30mm～40mm/h。
3. 解困措施
3.1 准备工作
六月十九日晨，在确信TBM被卡机后，承包商一方面与业主、监理紧急磋商，另一方面初步决定对TBM进行扩挖，于是马上进行如下准备工作：
- 打开伸缩护盾上的两个地质观测窗口；
- 在TBM前、后护盾的两侧中部各割开一个边长为500X500mm的 窗口；
- 在原来基础上，再购买10套风镐及相应的高压风管、接头等；
-
购买一批岳德荣100mm的槽钢和L70x70mm的角钢，准备用于开挖支护；enthalpic
- 在围岩变形区内，用20mm厚的钢板及膨胀螺丝对相邻管片进行连接加固；
- 测量人员开始对变形区内的管片及围岩进行变形观测。
3.2 扩挖工作
施工人员从所打开的六个窗口处，同时用风镐向TBM机头上、下、前、后进行扩挖，具体方法为：
- 24小时不间断扩挖；
- 边扩挖边用槽钢与角钢对围岩体进行支护；
- 安全工程师24小时旁站观察，及时处理安全隐患；
- 扩挖深度在400～500mm之间，扩挖长度从机头到机尾，扩挖宽度视情况而定。
经过九天的紧张施工，在六月二十八日，TBM扩挖工作基本完成，只有机身顶部与底部各
3m左右的围岩没有动。启动机器，试着向前推进，没有成功。接着继续向机身顶部扩挖，到29日晨，机身顶部只剩2M左右的围岩，这时TBM启动，推进机器，解困成功。
3.3 其它配套措施
在TBM进行扩挖的同时，承包商仍然做了其它辅助措施，这些工作也是不可缺少的：
- 拆除后护盾内第7255环两侧的B1型管片，换成B3静压实验型重型管片，并准备好足够的B3型管片用于该段衬砌；
- 对TBM各部位进行检查、维修，确保各系统运转正常；
- 在扩挖开的空腔内，GRIPPER（后支撑）与围岩间填塞枕木，这样GRIPPER 在伸出时，可提供反作用力，TBM才能向前推进；
- 在前后护盾顶部，钻孔安装四个黄油嘴，将黄油与液压油的混合物强行打入护盾与围岩间，以减小它们之间的摩擦力。
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3.4 后期补救措施
TBM解困后，为了防止情况继续恶化，承包商在该段又采取了以下的补救措施：
- 不停机，迅速通过该区域，以防再次发生形变；
- 安装B3型重型管片，以加大管片的承载能力；
- 使用承包商自己依据定位销尺寸加工的钢定位销，加大管片间的锁紧能力；
- 对该区域内所有的管片，相互间用钢板与膨胀螺丝加固；
- 立即对空腔内进行豆砾石回填，防止继续形变，塌方，以确保成洞质量；
- 测量人员加强管片变形监测。
4. 经验与收益
4.1 TBM被卡初步判定方法
根据以往其它工程TBM卡机经验及此次TBM被卡的情况，在施工中，工程技术人员应当密切注意TBM各系统的运转情况，若发现有以下几种情况出现，应当初步确定有围岩快速变
形或大体积塌方的可能，应当迅速作出相应处理措施。
- 掘进速度下降，加大推力，效果不明显；
- 后护盾移动困难；
- GRIPPER（后支撑） 和STAILIZER（前支撑）不能正常伸出；
- 豆砾石回填明显减少；
- 四氯化硅围岩与管片间的空隙变小。
4.2 事故启迪
双护盾TBM施工的另一个特点是围岩被护盾与管片环所遮掩，不外露，增大了施工安全，但施工人员却不易察觉围岩变形，而软岩变形速率及相关测试数据难以在常规的新奥法施工中收集到，故这次事故再一次提醒我们，应当在现有基础上，对TBM开挖条件下，隧洞软岩发生快速变形进行专门研究，从而提出对以后地下开挖工程围岩变形破坏进行预测的方法，那么将对国内外软岩工程具有重大的经济意义。
4.3 经验推广
首先，承包商所采取的扩挖工作及相配套的解困措施简单、快捷，在没有多大的投入情况下，产生了巨大的经济效益，对以后的TBM施工具有重大的参考价值。
其次，在整个事故的处理过程中，业主、监理和承包商能友好协商，没有互相扯皮，推委责任，而是迅速做出了处理方案。这再一次告诉我们，只有工程各方通力合作，才能很好地解决类似的突发事件。
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