1 引言隧道掘进机从广义上分为全断面和部分断面掘进机。全断面隧道掘进机主要包括盾构机、岩石隧道掘进机、顶管机等[1]。本文研究对象为岩石隧道掘进机(以下称TBM)。 1846年比利时工程师毛瑟(Maus)开发了世界首台TBM，直到1953年美国工程师詹姆士·罗宾斯(Robbins)成功研制了第一台现代意义的TBM，见图1。经过60多年的发展，TBM设备技术与施工技术取得了重大进步，其工程适应性不断加强，应用领域、应用规模不断拓展，已经成为发达国家隧道施工的首选[2]。  图1 第一台成功使用的TBM 我国TBM研究与应用始于20世纪60年代[3]，总体上经历了5个发展阶段：起初的自力更生、独立研发阶段；以山西万家寨引黄工程为代表的引进设备、外企施工阶段；以西康铁路秦岭隧道为代表的引进设备、国企施工阶段；以吉林中部城市引松供水工程(国内首台自主知识产权TBM，见图2)为代表的强强联合、自主研发阶段；以西部某总长520 km隧洞引水工程为代表的自主品牌、推广应用阶段[4]。据不完全统计，深圳地铁、西部某引水工程、大瑞铁路高黎贡山隧道等工程已经采用自主品牌TBM 40余台套，并且已经走出国门。 从应用领域、在建工程与潜在工程数量等方面综合分析，TBM前景广阔。自主品牌TBM的成功研发与大范围应用，显著提升了TBM的认可度，甚至迎来了“井喷式”发展趋势。除了传统的水利水电、铁路、城市轨道交通外，更多新的领域也提出了TBM应用需求，其工况条件往往存在巨大差异；以往只在最适宜的条件下慎重选用TBM施工，现在却是钻爆法适应性不强的工况条件下希望更多地采用TBM施工。需求是广泛的，然而TBM的适应能力有限。正确认识TBM的工程适应性，才能促进TBM的合理应用与科学发展。  图2 首台自主知识产权TBM 2 TBM工程适应性分析TBM施工具有显著优势，但也存在明显不足，适宜的地质条件下可以持续、均衡、快速施工[5]，极端恶劣地质条件下“寸步难行”。TBM基本机型分为敞开式、单护盾和双护盾三类[6]，不同机型的工程适应性存在明显差异，尚无能够应对所有地质条件、满足所有设计施工要求的“全能型”TBM，甚至极端恶劣地质条件下任何一种机型都无法适用。 (1)地质适应性。敞开式TBM适合在围岩整体较完整、具有相对良好自稳能力、整体性较好的围岩中掘进，采取必要的辅助措施可以在短距离恶劣地质条件下施工；单护盾TBM适合在围岩抗压强度相对较低、自稳能力较差但掌子面仍具有一定自稳能力的地质条件下施工；双护盾TBM适用于总体围岩自稳能力较好、自稳能力较差洞段比例不大、塑性变形较小的隧道。 敞开式TBM初期支护与超前处理手段相对灵活[7]，采用新奥法人工干预的条件相对较好，盾体较短且具有一定的径向伸缩能力，有一定变形适应能力，卡盾风险相对较小，应对地质风险的能力较强，但洞底落渣清理工作量明显高于护盾式TBM。 (2)支护结构。敞开式TBM开挖及初期支护后，再施作二次衬砌，Ⅰ、Ⅱ级围岩及条件较好的Ⅲ级围岩(有的称之为Ⅲa)条件下甚至可以不做任何支护；护盾式TBM无初期支护，以管片作为支护结构，其中单护盾TBM需要管片提供掘进反力，必须全洞段拼装管片，而双护盾TBM原理上可以在良好围岩条件下不做任何支护，欠佳的地质条件下拼装管片。 (3)构筑物结构强度、耐久性。敞开式TBM所施工的隧道采用现浇混凝土二次衬砌，具有显著优势[8]；护盾式TBM采用预制管片作为永久支护结构[9]，管片错台、开裂、密封失效风险高，并且管片背后回填密实度可靠性不高，显然逊色于现浇混凝土衬砌结构。 (4)掘进速度。通常情况下敞开式TBM和护盾式TBM在Ⅰ～Ⅲa级围岩条件下具有基本相同的掘进速度，能够适应的其它地质条件下双护盾TBM的掘进速度更优；单护盾TBM由于掘进和拼装管片交替施工[10]，纯掘进时间利用率较低，因而掘进速度相对较慢，但在能够适应而自稳能力欠佳的地质条件下其速度优于敞开式TBM，甚至高于双护盾TBM。 取综合护理干预策略能有效减少VAP的发生。护理干预策略需要集中有循证基础的证据，即集中于该领域临床研究和专家支持的成本低-效益高的有效干预措施，这些干预策略需集合成一个整体，时时刻刻、精确完整地实施于每一个患者才能产生最大成效，如单独采取一两项措施或间断执行，其效果将会大大降低。 (5)综合成洞速度。双护盾TBM掘进和管片拼装同步作业，并且以管片作为最终支护结构，因而其综合成洞速度最快；单护盾TBM由于掘进与管片拼装交替作业，综合成洞速度明显低于双护盾TBM；敞开式TBM边掘进边施作初期支护，不良地质条件下初期支护和其它施工措施占用时间较长，隧道贯通后或者适宜的断面下可以同步衬砌，其综合成洞速度明显低于双护盾TBM。单护盾TBM和敞开式TBM综合成洞速度，需要视地质条件、支护工作量、断面大小而定，无法一概而论。 (6)成本。三种机型的开挖价格总体上基本持平，敞开式TBM以现浇混凝土作为永久支护结构，必要时施作初期支护，甚至部分洞段允许无支护结构，因而其综合成本最低；护盾式TBM以预制混凝土管片作为永久支护结构，其成本显著高于敞开式TBM；单护盾TBM掘进速度低于双护盾TBM，因而其综合成本高于双护盾TBM。 上述定性分析，未提及的因素默认为相同或者基本相当。 3 TBM施工面临的挑战分析3.1 地质挑战随着TBM法的普及、连续掘进长度的增大，隧道地质条件不可避免地会呈现多样化，具有良好TBM工程适应性的项目越来越多[11]，遭遇不良地质甚至恶劣地质条件的几率也越来越大。强烈～极强岩爆、大断层等严重破碎围岩、大流量突涌水和突泥涌砂、高承压水、极完整特硬岩、极高地温、强蚀变、大变形、有害气体、高放射性等极端恶劣地质条件下，TBM施工安全、进度、成本都会受到极大影响，尚无有效的、可靠的应对措施[12]。 3.2 设计挑战TBM开挖断面为圆形，因而成洞断面仍以圆形为主，目前改变断面型式的唯一途径就是回填，存在巨大浪费。随着应用领域的不断拓展，对TBM法隧道的断面形式提出了新要求，异形断面已经成功应用于软土隧道，但用于TBM法隧道尚缺少适宜的施工设备；TBM开挖直径向两极化发展，近期国内已经研制应用了φ0.55 m的TBM，也提出了φ15～16 m的TBM需求；纵坡方面，水平隧道、缓坡隧道、大坡度上坡与下坡隧道、竖井需求量都很大，业界也提出了扩大TBM法坡度适应范围的要求；水平曲线方面，以往山岭隧道TBM法施工的最小转弯半径不小于500 m，城市轨道交通隧道最小转弯半径在250～300 m之间，目前有些特殊领域提出了最小转弯半径75 m的要求；支护结构方面，TBM施工与钻爆法施工对围岩的扰动明显不同，但缺乏统一的针对TBM法的支护设计理论和规范，只能套用钻爆法隧道的支护理念、理论和规范，存在过度支护问题。 3.3 施工挑战今后TBM法隧道施工不可避免地将会遇到高原、高寒、氧气含量低、高温、高湿、环境脆弱等不利条件，例如川藏铁路；TBM长距离连续施工需要配套的出渣、物料及人员运输、通风与顺畅回风、冬季洞内水雾浓度大、高原供氧提供可靠保障；“三通一平”(供电、供水、场地内外施工道路、施工场地)等施工条件，在部分工程中具有极大难度，如南水北调西线工程；支护工效总体偏低，施工质量往往与设计要求存在明显差异，TBM掘进成洞轴线呈折线状而无法真正与设计轴线重合。 3.4 设备设计制造挑战TBM及其部件的产品质量如果能够显著提升，则施工成本会显著下降，将促进TBM法在更大范围内取代钻爆法；核心部件长期依赖进口，制约了TBM制造周期和成本的优化。TBM的环境适应性、坡度适应性、水平曲线与空间曲线适应性都有待提升；异形断面TBM、超大断面TBM、极小断面TBM、长距离扩径且能够正常施工的TBM、大尺度变径TBM的需求已经非常迫切；更加节水节能的TBM将会受到广泛欢迎；TBM超前加固能力普遍偏低，敞开式TBM初期支护施工的及时性(如盾尾喷混)、合理性(如锚杆入岩角度)有待提高。 上述问题不能妥善解决，TBM应用领域难以得到实质性转变。 4 初步思路TBM法的推广应用，主要取决于TBM的工程适应性，需要建设、设计、审批、施工、监理等各建设环节及单位相互融合、深入沟通、充分交流，才能扬长避短、充分发挥TBM的优势，促进工程建设顺利进展。 扩大TBM施工的优点，不断克服其缺点，提升TBM的工程适应性，需要从TBM设计制造的源头抓起，当前和今后的隧道建设发展趋势，迫切需要改进现有机型、拓展功能、提升性能，研制新型TBM。 改进现有TBM施工工艺，以更适用、更先进的施工技术促进TBM法隧道勘察设计、设备设计制造技术更上一层楼，实现装备研发、施工工艺、工程规划设计各环节的良性循环。 由于Cr、Hg、Zn仅在局部采样点被评价为污染，因此仅对As、Cd、Cu和Ni的单项污染及综合污染等级空间分布进行分析。由图2可知，4种重金属的单项污染指数反映的土壤环境风险空间分布格局各不相同。Cd是污染程度和污染面积最大的元素，表现出区域性污染特征，污染区域主要分布在贵池区和石台县，在东至县和青阳县也存在小面积的污染区域，各县均出现面积大小不一的中度和重度污染区域；As污染区主要呈岛状分布，东至县东部、贵池区西南部和青阳县东部呈轻度及中度污染态势，东至县东北部存在面积相对较大的重度污染区；Ni污染区的污染级别几乎全部为轻度污染，主要分布在石台县。Cu仅在局部出现小面积轻度污染。 由于缺乏高品位、高质量的旅游纪念品，缺少一批有品牌的成熟产品，无法给游客一种耳目一新、非买不可的感觉，这是特品屋旅游纪念品发展的瓶颈。乌村主要的游客群是中高端的商务人士以及亲子家庭，如何用全新的旅游纪念品去吸引他们，让游客产生购买行为是亟待解决的问题，这也是乌村特品屋旅游纪念品今后的出路。 An Overview of the 2nd National Young Researchers Symposium on Engineering Risk Analysis and Management LI Dianqing,CAO Zijun,ZHANG Jie,ZHANG Lulu,ZHENG Wentang,ZHU Honghu,ZHANG Hua(140) 建筑形态的设计中不仅对建筑的体形系数有要求，而且需要冬季有利于避风寒，夏季减少日辐射热。需要根据得热和失热的具体情况权衡后对建筑进行优化组合。 改良现有TBM机型，研制新型TBM。现阶段建议从三方面着手，一是真正实现超前加固；二是加强支护施工的及时性和工效(特别是敞开式TBM)；三是解决敞开式TBM洞底清渣问题。打破传统机型及其适应性的限制，研发全新结构形式、融合现有不同机型都是可行的，底部清渣首先在于源头治理——减少落渣(如一种用于敞开式TBM法施工隧道的钢管片/钢瓦片支护系统[13])。在此基础上，继续提升TBM的工程适应性，努力研发异形断面、极端尺寸断面、大尺度变径TBM，小曲率半径、大坡度及竖井TBM，解决科学合理高效支护、极完整特硬岩高效破岩、核心部件国产化等问题。 5 结束语TBM在适宜的地质条件下可以持续、均衡、快速施工，不良地质段施工进度会明显降低，遇到极端恶劣地质条件时进度缓慢甚至可能长时间卡机。TBM应用范围、应用领域不断拓展，施工环境越来越复杂，而当前的设备技术与施工技术还不能满足工程建设需求。在TBM应用与推广过程中，需要立足现状、尊重事实，同时努力研究开发新技术、新设备、新工艺，促进TBM法隧道施工技术不断进步。 4.外归因思想。十年间，很多协解人员思想和行为在现实自愿和心理非自愿的情况下长期交互游离。协解人员普遍将矛头指向油田和各二级单位，将协解问题归因于政策不合理、执行欠公正、人情太冷漠、命运多坎坷等外部因素，而很少在自我的性格特征、主观思想、行为习惯上找根源。如有些人协解前工作不勤奋、规章不遵守、人际不协调；有些人协解时总想获自由闯事业，贪图大额补偿，躲避工作压力。但是真正到协解后又开始创业嫌艰难、择业怨机遇、再就业挑岗位讲待遇，所以总是将自己困在一个周而复始的消极循环里，造成工作生活中的挫败感、自卑感和不愉悦感。 参考文献 [1]中华人民共和国国家标准.全断面隧道掘进机术语和商业规格：GB/T 34354-2017[S].北京：中国工程机械工业协会，2018. [2]齐梦学.硬岩掘进机(TBM)在我国隧道施工市场的推广应用[J].隧道建设，2018(11)：1019-1023. [3]王宇轩.TBM支撑推进系统的实验研究[D].天津：天津大学，2016. [4]王雁军.岩石掘进机关键技术展望[J].隧道建设(中英文)，2018(9)：1428-1434. [5]齐梦学.TBM隧道施工SPS(持续、均衡、快速)作业法研究及应用[J].隧道建设(中英文)，2018(11)：1860-1867. [6]杨龙.城市地铁隧道TBM法施工引起地层振动和地面沉降分析[D].上海：上海交通大学，2013. [7]苏利军.深埋软岩隧洞双护盾TBM施工围岩稳定控制理论与技术[D].武汉：武汉大学，2010. [8]薛永庆.四轨三线制TBM同步衬砌施工有轨运输组织研究[J].铁道建筑技术，2017(9)：54-57. [9]王雁军.皮带出渣条件下TBM掘进与衬砌同步施工技术研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2015. [10]阳斌.单护盾TBM快速掘进条件分析[J].隧道建设，2014(10)：997-1000. [11]张兵.双护盾TBM在城市地铁隧道中的应用研究[J].铁道标准设计，2019(10)：118-123. [12]齐梦学.极端恶劣地质条件下TBM施工技术与管理探讨[J].隧道建设(中英文)，2019(1)：2013-2018. [13]齐梦学.一种用于敞开式TBM法施工隧道的钢管片/钢瓦片支护系统：CN 208057128U[P].2018-11-06. |
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