高黎贡山隧道高适应性TBM设计探讨

陈 馈， 杨延栋

(盾构及掘进技术国家重点实验室， 河南 郑州 450001)

高黎贡山隧道高适应性TBM设计探讨

陈 馈， 杨延栋

(盾构及掘进技术国家重点实验室， 河南 郑州 450001)

为了应对高黎贡山隧道“三高四活跃”的特殊地质条件，研制高适应性TBM迫在眉睫。通过对高黎贡山隧道TBM施工段地质特征的勘察，总结了高黎贡山隧道的主要不良地质条件，分析了TBM施工存在的软弱破碎和大变形围岩洞段TBM卡机、高地应力掌子面与护盾后方岩爆、围岩收敛挤压变形支护破坏、高压突涌水和高温热害等方面的施工风险。提出高适应性TBM的针对性设计方案，包括TBM支护系统设计、刀盘刀具设计、应对涌水设计、应对高地热设计以及其他适应性设计的初步方案。研究结果可为高黎贡山隧道高适应性TBM的设计选型和制造提供参考。

高黎贡山隧道； 开敞式TBM； 施工风险； 适应性设计

0 引言

全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine, TBM)作为岩石隧道最先进的开挖装备，已广泛应用于铁路隧道、水利隧洞、城市轨道以及煤矿巷道工程等领域[1]。然而,由于地质条件的复杂多变、断面设计差异大等原因，导致TBM施工设备通用性较差。针对不同的隧道工程，TBM几乎都需要进行“量体裁衣”式的设计，若TBM的选型不能适应所建工程的地质特征，往往导致严重的施工风险和工程进度严重滞后，并造成重大经济损失。

目前，针对不同的隧道工程，国内企业和研究学者主要从TBM制造和施工技术2个方面开展了大量研究。中铁工程装备集团研制了直径为8.03 m的开敞式TBM，用于吉林省中部引松供水工程项目[2]；中国铁建重工集团研制了适应大坡度煤矿斜井的单护盾TBM，用于神华集团鄂尔多斯补连塔煤矿2号副斜井工程[3]；中信重工集团研制了5 m小直径硬岩TBM，用于引故入洛引水工程的1号隧洞[4]；北方重工研制的竖井全断面TBM在淮南张集煤矿完成了掘进试验[5]；中铁隧道集团结合中天山铁路隧道特点，对直径8.8 m开敞式TBM进行了再制造[6]；盾构及掘进技术国家重点实验室建立滚刀试验平台，对滚刀破岩效率进行了研究[7]；谭青等[8]、夏毅敏等[9]对滚刀破岩进行了大量实验与数值计算，丰富了滚刀高效破岩理论；施虎等[10]通过刀盘动力学分析，提高了TBM掘进电液动力传动效率；李术才等[11]开展了深长隧道突水、突泥等地质灾害超前预报方法与定量识别理论研究；刘泉声等[12]深入研究了煤矿超千米深部地质特征及TBM施工扰动下的围岩力学行为。

高黎贡山隧道工程地质复杂，需要对不良地质条件下TBM的施工风险进行分析，在现有研究成果基础上深入开展针对性设计方案研究，从而改进设计，研制更适合于该工程的TBM设备。

1 隧道工程概况与地质特征

1.1 隧道工程概况

新建大理至瑞丽铁路位于云南省西部地区，东起广大铁路终点大理站，向西至瑞丽，线路全长约330 km。制约大瑞铁路贯通的关键性工程高黎贡山隧道全长34.5 km，是目前国内在建第一特长单线铁路隧道，是世界第七长大隧道[13]。

高黎贡山隧道地形地质条件极为复杂，隧道进口段接怒江大桥，地形较为陡峻；出口段靠近龙川江，地形分布相对较为宽阔；隧道区内地表沟谷纵横，山脉、河流相间，地表高程640～2 340 m，相对高差约1 700 m，地形起伏大。

高黎贡山隧道具有“三高”(高地热、高地应力、高地震烈度)、“四活跃”(活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程)的地质特征，为本工程的建设带来极大的挑战。

高黎贡山隧道出口段拟采用主洞大直径TBM+平导小直径TBM施工。主洞TBM开挖直径9.03 m，掘进全长12.37 km，最大坡度为-9‰，最大埋深为1 155 m。其中有2段共计长度为300 m采用钻爆法施工后步进通过；2段共计长度为140 m扩挖段，扩挖直径增加10 cm。平导TBM开挖直径约6 m，掘进全长10.18 km，其中有2段共计180 m采用钻爆法施工后步进通过。

设计小直径TBM施工平导的目的： 1)利用其超前作用，为主洞大直径TBM探明地质条件； 2)快速到达并采用钻爆法处理老董坡和广林坡2大断层，以保障大直径TBM到达时能顺利步进通过，减小施工风险，减少TBM停机等待时间； 3)与2#竖井出口方向平导尽快贯通，降低竖井施工难度及安全风险。高黎贡山隧道施工平面布置如图1所示。

图1 高黎贡山隧道施工平面布置(单位： m)

1.2 隧道TBM段地质特征

高黎贡山隧道出口TBM施工段内，地表零星覆盖第四系全新统滑坡堆积、坡崩积、冲洪积、坡洪积、坡积、坡残积，上更新统冲洪积软土、粉质黏土、粗砂、砾砂、细圆(角)砾土、粗圆(角)砾土、碎石土、卵石土、漂石土、块石土等地层。下伏上第三系、燕山期花岗岩、时代不明混合花岗岩、辉绿岩脉及断层角砾、压碎岩、蚀变岩等各期断裂、断层破碎带地层。

TBM施工穿越地层主要为燕山期花岗岩(8.81 km，73%)以及片岩、板岩、千枚岩夹石英岩和变质砂岩(1.44 km，22%)。围岩等级以Ⅲ级为主，但Ⅳ、V级围岩占比高达40%。预测隧道正洞正常涌水量为12.77×104m3/d，最大涌水量为19.2×104m3/d。TBM掘进段围岩岩性及主要参数如表1所示。

表1 TBM掘进段围岩岩性及主要参数

2 隧道不良地质条件与施工风险分析

2.1 隧道不良地质条件

高黎贡山隧道TBM施工段的不良地质主要包括：高地应力、地层破碎、高地温、高地震烈度、溶岩与突涌水等。

1)高地应力。隧道最大埋深1 155 m，区域应力场较高，测区内洞身附近三向主应力值关系为垂直主应力(约31 MPa)>最大水平主应力(20～29 MPa)>最小水平主应力(13～19 MPa)。最大水平主应力方向与隧道线路走向夹角为12～21°，隧道可能发生岩爆及软岩大变形。

根据预测，高黎贡山隧道正洞岩爆段落总长为2 020 m，其中中等岩爆段长1 250 m，轻微岩爆段长770 m；隧道正洞软岩大变形段落总长3 185 m，其中轻微大变形段长1 435 m；断层破碎带中，局部断层黏粒易发生中等大变形，长度为1 750 m。

2)地层破碎。高黎贡山隧道正洞TBM施工段共有20段总长1 280 m属于岩体破碎—极破碎地段，其中有2段共计长度为300 m采用钻爆法施工后步进通过，2段共计长度为140 m的扩挖段；平导洞TBM施工段共有15段总长980 m属于岩体破碎—极破碎地段，其中有2段共计长度为180 m采用钻爆法施工后步进通过。Ⅳ、Ⅴ级围岩占比高达40%，破碎地层不宜使用TBM掘进通过。

3)高地温。高黎贡山越岭地段位于地中海—南亚地热异常带，为区域性高热流区。越岭地段出露温泉群123个，其中与线路关系密切的温泉、热泉和沸泉共20余处。

隧道中间12.44 km为岩温异常段，其纵向温度分布为28～50 ℃。岩温异常段的温度分布为中间段高，两端较低。其中中间段温度分布为37～50 ℃的岩温异常段长度为0.7 km，进口端温度分布为28～37 ℃的岩温异常段长度为2.9 km，出口端 (TBM段)温度分布为28～37 ℃的岩温异常段长度为8.88 km。

4)高地震烈度。隧道区域位于中国西南部，跨鲜水河—滇东地震带、滇西南地震带和喜马拉雅地震带，大部分位于滇西南地震带，小部位处于鲜水河—滇东地震带。区域地震活动强度非常大，频度高，测区地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱周期为0.45 s。

5)溶岩与突涌水。隧道穿越溶岩地层主要为隧道中部的灰岩、白云岩夹砂岩、灰岩、白云质灰岩夹石英砂岩；隧道出口(TBM段)钻孔未揭露溶洞，仅部分岩芯可见溶蚀孔隙，岩溶弱发育。根据涌水量预测，TBM将穿越突涌水不良地段。

2.2 隧道施工风险分析

针对高黎贡山“三高四活跃”的特殊地质条件，常规TBM无法满足该工程施工要求，通过对不良地质TBM施工风险分析，提出高适应性TBM的针对性设计方案。

高黎贡山隧道TBM施工可能存在的施工风险包括： 软弱破碎围岩洞段TBM卡机风险、高地应力引起的围岩与掌子面岩爆风险、围岩收敛挤压变形引起的支护破坏风险、TBM高压突涌水施工风险、高温热害引起的设备与人员热害风险。

1)软弱破碎围岩洞段TBM卡机风险。主洞TBM施工段共有20段总长1 280 m属于岩体破碎—极破碎地段，平导洞TBM施工段共有15段总长980 m属于岩体破碎—极破碎地段，均为不宜使用TBM掘进段；在隧道通过蚀变岩地段、花岗岩节理密集带或断层角砾岩地段，岩体极为破碎、自稳能力差且易坍塌，TBM施工同样存在被卡机的风险。

在岩体破碎地段，岩体强度低，且多数地下水丰富，TBM掘进后易坍塌掉块，对刀盘的旋转形成很大的阻力。TBM在破碎围岩地层中施工，除老董坡断层和广林坡断层2段各150 m采取钻爆提前处理外，其余洞段均掘进通过。目前国内TBM施工过程中所发生的卡机现象屡见不鲜，一旦TBM被困，将影响施工进度，造成安全质量隐患，若长时间无法脱困甚至可能损坏TBM设备，造成重大的经济损失。

2)高地应力围岩与掌子面岩爆风险。由于高地应力的作用，高黎贡山隧道TBM施工存在岩爆风险。为了有利于TBM施工中岩爆防控，根据刀盘区域和围岩出护盾区域的岩爆强弱，可将TBM施工中遇到的岩爆分为4个等级(见图2)，该分级方法有别于GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》[14]中的岩爆分级。

(a) 轻微岩爆

(b) 初级岩爆

(c) 中等岩爆

(d) 剧烈岩爆

轻微岩爆现象： 发出声音，掉落小的碎片；岩石内部有小的爆裂、撞击，发出爆裂声。该等级的岩爆对TBM施工影响小，但会增加隧道底部的清碴量。

初级岩爆现象： 压力引起岩石剥落厚度达到5 cm的岩片，出现尘云。该等级的岩爆对隧道的初期支护有一定的破坏性，导致钢筋网和钢筋排发生变形。

中等岩爆现象： 在没有支护的区域，隧洞拱腹或掌子面由于应力引起的岩石掉落或裂开；大块不规则岩石掉落，伴随着大量噪音。该等级的岩爆如果发生在刀盘前方，可能导致刀具的异常损坏；如果发生在出护盾位置，则可能造成机器损坏和人员伤害。

剧烈岩爆现象： 巨响伴随岩石爆炸；隧道拱腹突然出现岩块掉落冲击并伴随巨响(支护和未支护区域均有发生)；该等级岩爆产生的后果是支护结构可能被损坏(喷射的混凝土产生裂缝，顶部锚杆断裂，钢拱变形等)。

3)围岩收敛挤压变形TBM卡机与支护破坏风险。采用TBM施工的片岩、板岩、千枚岩夹石英岩、变质砂岩掘进段，以及傈粟田断层、塘坊断层段可能发生软质岩挤压变形，预计隧道软岩大变形段落总长为3 185 m，其中轻微大变形段长1 435 m，断层破碎带中局部断层黏粒易发生中等大变形，长度为1 750 m。预测最大围岩收敛变形量为50 mm。

隧道施工中，由于开挖后改变了岩体原始的受力平衡状态，岩体暴露在空气中会发生松弛变形，而软岩段围岩的自承能力不足，更易发生大变形。如果围岩变形速度过快，则存在TBM盾体被卡的风险。如果支护不及时、支护强度或刚度不够，均会导致初期变形过大而超过预留变形量，致使衬砌前需进行换拱处理以保证二次衬砌厚度。在某些高地应力条件下的软岩甚至在二次衬砌施作完成以后仍长期发生持续缓慢的变形，导致二次衬砌开裂，结构侵入限界，需进行返工处理。

4)高压突涌水TBM施工风险。预测隧道正常涌水量为12.77×104m3/d，最大涌水量为19.2×104m3/d。高压突涌水在TBM施工中导致的后果主要表现为由于涌水量大迫使TBM停机排水，若排水不及时则设备有被淹风险。

5)高温热害设备与人员风险。高黎贡山隧道越岭地段位于地中海—南亚地热异常带，为区域性的高热流区，可能遇到高温高压热水(汽)及高温岩体等热害问题。高温环境容易造成人员和施工设备的效率降低，也直接影响到工程实体质量。施工阶段如不能采取有效措施进行防治，将可能导致人身伤害或安全质量事故，进而影响工期和成本。

3 TBM适应性设计

高黎贡山隧道地质条件决定了TBM施工过程中存在围岩软弱破碎、高地应力围岩与掌子面岩爆、围岩收敛挤压变形、高压突涌水、高地温和TBM卡机等施工风险，因而必须开展TBM适应性方案研究，改进设计，研制更适合于该工程的TBM设备。

3.1 TBM支护系统设计

针对高黎贡山隧道TBM施工段存在的断层破碎带、软岩大变形和岩爆等不良地质条件，坚持“强支护，早支护”的理念，展开TBM支护系统的设计方案研究。总体设计方案如图3所示。

L1区的支护设备： 超前钻机及超前注浆设备、常态化混凝土喷射装置、钢拱架安装器、钢筋排安装器、锚杆钻机和钢筋网安装平台。L2区的支护设备： 锚杆钻机和混凝土喷射机械手。

图3 新型TBM支护系统总体设计

Fig. 3 General design of new type of supporting system of TBM

1)L1区配置超前钻机、超前注浆设备和常态化混凝土喷射装置。L1区配置超前钻机，采用可隐藏式设计，隐藏状态下，不影响其他工序正常作业；该超前钻机可不考虑取芯功能，但需满足中型超前注浆管棚(φ76 mm)的施作。L1区配置常态化混凝土喷射装置，上料方式通过L2区的输送泵与L1区的输送泵接力完成；当TBM通过破碎层时，可实现围岩出护盾后及时进行混凝土喷射支护。

2)L1区配置钢拱架安装器和钢筋排安装器。钢拱架安装器需要具备安装H型拱架、工字型钢拱架以及柔性钢拱架的功能，提高TBM通过不良地层的适应性；钢拱架安装器尽可能布置在主梁前部顶护盾下面，以便在顶护盾的保护下及时支立钢拱架。钢拱架由型钢制作的多段钢拱片拼装而成，安装器需要完成旋转拼装、顶部和侧向撑紧、底部开口张紧封闭等动作。

在护盾顶部约270°范围内设置钢筋排储存系统，钢筋排通过折臂吊机运送到设备桥存储区，储存在设备桥上，通过物料运输系统运到顶护盾处，再通过人工安装在顶护盾的存储槽内。TBM掘进过程中，钢筋排从存储槽中抽出，端部与钢拱架焊接，对围岩进行封闭，起到了初期支护的作用。

3)L1区配置锚杆钻机和钢筋网安装平台。L1区配置2台锚杆钻机，锚杆钻机通过底座固定安装在环形齿圈梁上，可沿环形齿圈梁圆周方向运动并进行独立钻孔作业。锚杆钻机可以在TBM掘进过程中实施同步钻孔作业，辅助完成围岩加固、钢筋网片固定和部分断面钢拱架安装等。

L1区配置钢筋网安装平台，用于钢筋网挂设。钢筋网片在洞外提前加工，洞内采用人工安装的方式，在岩面露出尾盾的第一时间设施。

4)L2区配置锚杆钻机和混凝土喷射机械手。L2区配置2台锚杆钻机，协作完成270°范围内锚杆施作；L2区配置混凝土喷射机械手，作业区距离刀盘50～78 m，对围岩进行再次加固。

3.2 TBM刀盘刀具设计

针对高黎贡山隧道TBM掘进断层破碎带和软岩大变形等不利地质条件，刀盘需具备扩挖功能；另外，针对TBM独头长距离掘进，刀盘、刀具需要具有较高的破岩能力和耐磨性。

3.2.1 刀盘变截面扩挖与刀盘提升装置

利用刀座垫块增加刀盘的开挖直径，另外采用20 in大刀圈替换19 in刀圈增大刀盘开挖直径，扩挖量大于100 mm。通过刀盘提升装置避免刀盘扩挖导致TBM中心轴线偏离隧道设计轴线。刀盘提升装置由底护盾与机头架之间的4个抬升油缸、导向滑槽组成。

3.2.2 刀盘高强度设计

刀盘采用4+1分块、面板式重载刀盘，刀盘中心块采用铸造厚板；刀盘法兰采用锻造厚板，焊接过程严格进行探伤控制；刀座焊后整体加工，尽可能减小焊接变形，使滚刀安装精度更高。

3.2.3 刀具布置设计

1)布刀轨迹设计。盘形滚刀在刀盘上的布置应尽可能使滚刀及刀盘受力均匀，使作用在主轴承上的径向载荷为零；相邻两把刀的相位角不能过大，前面的刀具能够为后面的刀具提供破岩临空面，从而形成前后滚刀顺次破岩。目前刀具的布置方式主要有2种，一是米字型射线布置，二是双螺旋线布置。双螺旋线布置的刀盘与米字型射线布置的刀盘相比，刀盘受力更均匀，可避免较大应力集中，适合于极硬地层，有利于刀盘减振和延长刀盘寿命；在同等岩石强度条件下，双螺旋线布置的刀盘振动相对较小，有利于降低刀具消耗。综合考虑后续工程，宜选用软硬兼顾的刀盘，因此建议按双螺旋线布刀，且相邻编号的两把滚刀相位角宜控制在180°以内，以便使相邻两把刀的距离相隔不是太远。

2)刀具防撞击保护设计。破碎的块状岩对刀具易造成高频率、大幅度冲击，同时刀具、刀盘与堵塞的块状岩之间易发生激烈撞击，导致刀圈、刀体异常损坏，因此对滚刀应进行防撞击保护设计，见图4。

图4 滚刀防撞击保护设计

3)刀间距设计。在相同贯入度条件下，刀间距越小，破岩能力越强；当刀间距相同时，贯入度越大，破岩能力越强；刀间距与贯入度的比值一般为10～20，尽可能避免在相邻滚刀之间存在累积岩脊。正滚刀间距为50～120 mm，隧道以软岩为主并伴有少量硬岩时，刀间距按软岩选择；隧道以硬岩为主并伴有中硬岩时，刀间距按二者兼顾原则选择。中心滚刀由于安装空间的限制，刀间距一般都较大。边滚刀速度高、磨损快，较少按最优刀间距布置，其刀间距从邻近正滚刀开始，向外缘逐渐减小[15]。

3.2.4 多进碴口设计

进碴口越多，刮碴越干净，能有效降低周边刀盘体及刀具的二次磨损。二次磨损指被破碎岩石在刀盘与掌子面之间的间隙堆积，对滚刀造成的再次磨损。进碴口的布置一方面要考虑布置数量，另一方面要考虑径向尺寸均匀。

3.3 TBM超前预报系统搭载

针对高黎贡山TBM施工段可能存在的软弱破碎不良地质，TBM需要搭载有效的地质预报系统；针对高黎贡山隧道TBM施工段可能面临的高压涌水不良地质，TBM需要搭载有效的水文地质预报系统。

1)HSP超前地质预报系统探测断层破碎带设计(见图5)。HSP(Horizontal Sonic Profiling，水平声波剖面法)超前预报系统是利用掘进机刀盘开挖掌子面岩石产生的振动信号作为激发震源，通过中低频检波器采集反射信号并反演成像的预测方法。该方法对断层破碎带较为敏感，已在西藏华能双护盾TBM上试验应用，可集成于高黎贡山TBM进行断层破碎带预测。

图5 TBM搭载HSP超前预报系统设计方案

Fig. 5 Design of HSP advance geological prediction system in TBM

2)激发极化法超前预报系统探水设计(见图6)。激发极化法超前预报系统的原理： 建立掘进机的前向探测模式，采用同性源阵列激发极化法，利用三维反演成像方法，实现掌子面前方约30 m内含水构物的三维成像。TBM搭载激发极化超前预报系统设计方案： 刀盘上安装测量电极19个、护盾及其后方围岩安装供电电极20个、无穷远电极2个，依靠液压控制系统实现电极伸缩。该方法对地下水较为敏感，已在引松供水TBM上试验应用，可集成于高黎贡山TBM进行超前探水。

图6 TBM搭载激发激化法超前预报系统设计方案

Fig. 6 Design of induced polarization advance geological prediction system in TBM

3.4 TBM应对涌水设计

针对高黎贡山隧道TBM可能面临高压涌水不良地质，以“预报先行，排堵结合”的施工理念进行针对性设计。

利用激发极化法超前预报系统进行超前探水；利用超前注浆止水，L1区配置的钻机具备足够的钻孔能力，堵水考虑采用深孔化学灌浆的方法进行封堵。

排水方式考虑正常排水与应急排水二者相结合，配置多处强力排水系统。根据涌水量预测值，建议在正常排水能力的基础上，提升50%的应急排水能力，即TBM的最大排水能力(正常排水能力+应急排水能力)应不小于最大涌水量预测值的1.5倍。

3.5 TBM应对高地热设计

应对高地热的有效手段是通风和散热，必须保证新鲜空气能够进入TBM作业区域，另外增加制冷设备并提供洞外较低温度的供水，确保制冷设备的正常工作。TBM上配置强制空气冷却系统，降低工作区域的温度，通过高地温条件下热交换分析计算，确定制冷系统的设计参数。采用国际著名品牌的通风系统，确保施工通风和降温效果满足施工要求；对大功率电机和液压泵站等采用水冷冷却。

3.6 TBM其他适应性设计

1)配置灵活的清碴设备。由于断层破碎带和岩爆等地质灾害的影响，围岩出护盾后将有大量的岩碴掉落，因此TBM需配备功能强大的清碴设备，如滑移装载机、底部皮带机和底部提升装置等。

2)畅通的物料运输线路。对不稳定围岩进行及时支护需要大量的材料，畅通的物料运输线路能够保障多种工法的快速实施，因此需设计多条物料运输通道。

3)模注混凝土与钢瓦片安装。在软弱破碎地层，由于TBM撑靴撑不住岩壁，可考虑采用模具灌注混凝土或安装钢瓦片的方式，加强撑靴位置的围岩强度，确保TBM顺利通过软弱围岩段。

4)TBM整机高可靠性设计。整机关键部件选用国际一流品牌产品；整机结构强度、刚度具有足够的安全系数；各系统及部件具有较大的能力储备；采用承载能力强、寿命长的重载轴承；配置可靠的密封系统。

4 结论与讨论

从高黎贡山隧道“三高四活跃”的特殊地质特征入手，通过对高黎贡山隧道TBM施工风险的分析，提出高适应性TBM的针对性设计方案。

1)L1区配置可靠的混凝土喷射装置，必要时在出护盾后立即进行喷射混凝土支护；超前钻机采用可隐藏式设计，不用时不影响其他工序的施工。

2)刀盘具备扩挖功能，通过刀座垫块和大尺寸刀圈替换小尺寸刀圈的方式实现扩挖；通过刀盘提升装置避免刀盘扩挖后TBM中心偏离设计轴线；通过增加进碴口数量，有效降低周边刀盘体及刀具的二次磨损。

3)建议集成HSP超前探测系统实时预测TBM前方地质情况，对断层破碎带利用超前钻机进行及时加固；建议集成激发极化法超前探测系统实时预测TBM前方水文情况，并配置能力强大的水处理系统进行堵水与排水；应对高地热配置强制制冷系统和有效的通风系统；另外配置强大的清碴设备、设计畅通的物料运输线路以及具备模注混凝土与钢瓦片安装的功能。

现阶段超前预报系统主要包括地质法和地球物理法2类，HSP超前地质预报系统和激发极化法超前探水系统均为地质法，分别采用弹性波和电磁波，虽然均已在TBM上应用，但其准确性未得到业界的广泛认可；主机底部由于空间狭小，往往需要进行人工清碴，耗时耗力，滑移装载机、底部皮带机和底部提升平台等装置均已有所应用，但效果并不理想；强制制冷设备也已有所尝试，但由于冷却循环不及时，效果亦不理想，导致隧道施工环境温度问题迟迟得不到解决。要进一步提高高黎贡山TBM的适应性，需要针对上述主要问题并结合施工实践继续开展探索和研究。

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Discussion on Design of TBM with High Adaptability to Gaoligongshan Tunnel

CHEN Kui, YANG Yandong

(State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, Zhengzhou 450001, Henan, China)

The development of TBM with high adaptability to complex geological conditions of Gaoligongshan Tunnel is very important. The main bad geological conditions of Gaoligongshan Tunnel are summarized; the construction risks, i.e. TBM jamming at soft-weak broken section and large deformation section, rockburst of tunnel face with high ground stress and behind shield, support failure induced by convergence squeezing deformation of surrounding rock, water gushing with high pressure and high temperature, are analyzed. Furthermore, design scheme of TBM with high adaptability are proposed, including support system design, cutting tool and cutterhead design, water gushing treatment design, high ground heat treatment design and other related design. The study results can provide reference for design and selection of equipment manufacturing of TBM with high adaptability to Gaoligongshan Tunnel.

Gaoligongshan Tunnel; open TBM; construction risk; adaptability design

2016-07-20;

2016-11-04

国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2014CB046906)； 中国铁路总公司科技研究开发计划(2016G004-A)； 中国隧道集团科技创新计划(隧研合2016-03)

陈馈(1963—)，男，湖南新化人，1985年毕业于长沙铁道学院，工程机械专业，本科，天津大学在读博士，硕士生导师，教授级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴，现从事盾构技术研究工作。E-mail: chenk-center@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.12.018

U 455.3

A

1672-741X(2016)12-1523-08