1.5 TBM隧洞施工中的工程地质问题

TBM设备庞大，结构复杂，对地质条件的适应性差，在影响TBM施工成败的各种因素中，工程地质条件的影响最大，明确的工程地质条件是TBM隧洞施工能否取得成功的基础。在隧洞工程的可行性研究阶段，应充分研究隧洞的不良工程地质条件，预测可能出现的工程地质问题，针对局部洞段的不良地质体，可通过工程地质类比的方法提出解决方案，当大部分的洞段均表现为不良地质条件或面临很多不确定的极复杂地质条件时，应尽量避免选用TBM施工，否则可能造成决策性的失误。当选定TBM施工方法后，选择何种类型的TBM来执行开挖任务，也要根据地质情况决定。

深埋长隧洞的精确勘察目前存在较大的困难，这为TBM施工带来一定的风险，因此在前期的勘察工作中，应根据TBM施工的技术特点，研究TBM施工条件下的工程地质勘察方法，综合采用遥感、工程地质测绘、钻探、物探、现场测试、室内试验等方法，尽可能查明工程地质条件，减少或避免TBM施工中的地质风险。

传统的隧洞围岩分类方法多是针对围岩稳定性的，同样适用于TBM隧洞的围岩稳定性分类。但TBM施工时，获取围岩稳定性分类指标与钻爆法有很大的不同，因此需要研究TBM施工条件下的围岩稳定性分类的指标获取方法和分类方法。TBM施工的隧洞除了要考虑围岩的稳定性之外，还要考虑围岩对TBM掘进效率的影响，围岩稳定性分类与TBM的掘进效率之间并不是线性对应关系，因此有必要研究基于TBM掘进效率的围岩分类方法。

当TBM在高强度、高摩擦性的完整硬岩中掘进时，会面临滚刀的损耗问题，大量的滚刀更换不但会降低TBM的施工效率，而且会增加施工成本。因此，研究在不同围岩条件下的滚刀损耗规律及滚刀磨损预测模型，对于选择合适的掘进参数和高耐磨性的刀圈从而提高TBM的施工效率、降低施工成本具有重要的意义。不同地质条件、不同的掘进参数对应TBM不同的掘进能耗，研究不同地质条件下的TBM掘进能耗规律，可对掘进参数进行优化，从而获得最佳的掘进效益。

由于TBM施工的隧洞多为长大隧洞，在前期的工程地质勘察过程中，只能有选择性在一些点上布置钻孔，两个钻孔之间的地层特性只能靠钻孔编录资料及工程地质测绘、物探等间接勘察成果进行推测。由于地质条件的多变性和复杂性，不可避免存在一些“盲区”，导致工程地质条件无法完全查清，因此在施工过程中进行超前地质预报就显得非常必要。TBM隧洞施工超前地质预报的目的在于准确预报隧洞地质情况，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、分布范围等，并为预防地质灾害提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全。因此TBM隧洞施工超前地质预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短工期、避免或减轻事故损失、节约投资等具有重的社会效益和经济效益。

TBM施工的隧洞一般要穿越多个不同的地质、地貌和构造单元。在TBM施工中，诸如断层破碎带塌方、软岩大变形、岩爆、涌水、高地温、瓦斯及有害气体等工程地质问题制约着TBM的快速施工，严重时会造成地质灾害，轻则工期延误，重则人员伤亡、设备损毁。针对不同的地质灾害类型，分析其形成机理，根据TBM施工的技术特点，有针对性地制订施工预案，并采用相应的处理措施，可将地质灾害的影响程度降到最低。

[1] 在国内水利水电行业规范一般用围岩分类，铁路公路行业规范一般用围岩分级。

[2] 1in=25.4mm.