小编语：TBM的选型绝非易事，当面对高水压的硬岩地层，是使用传统的泥水盾构掘进，还是使用单护盾硬岩TBM进行“非连续加压”掘进？本期，罗宾斯总裁与技术总监为我们带来了不同方案的优劣对比，一起来听听他们的观点吧！
“非连续加压”掘进
本文中提及的“非连续加压（Non-Continuous Pressurised，NCP）掘进”是指采用单护盾硬岩TBM或者双模式（硬岩/土压）TBM进行隧道掘进。
刀盘检测
软土与硬岩中的刀盘检测方式不同：在软土地层中，刀盘的检查频率通常按照距离为标准（如100m/次）。而在硬岩中使用泥水盾构时，由于刀盘的消耗增加，检查频率必须增加。
对泥水盾构进行刀盘检查需要高压进舱，这是一种高风险作业，水压超过6.5 bar时难以直接进行，所以必须采用高压进舱手段。虽然现在已经有约12 bar的高压进舱案例，但风险巨大；而一些隧道的压力远超12 bar，进舱变得更加昂贵、危险和耗时。
■ 在日本广岛的一项工程中，施工方使用直径13.7m的罗宾斯泥水盾构在花岗岩层中掘进。施工方之所以选择泥水TBM，是因为他们使用泥水TBM比较有经验，尽管他们预计会遇到高达13bar的水压；高压水区只占整个隧道长度约5%。
■ 施工方的解决方案是在地面注浆，创造一个安全区，盾构在非安全区不检查刀盘，以避免高压干预。到达安全区后进行常压换刀；但实际施工中，刀具和刀盘到达这些安全区域之前就已损坏，导致了工程的延误。
任何类型的TBM磨损率都可能会很高，取决于地层磨蚀性。然而，泥水盾构的磨损问题往往比硬岩TBM更严重：泥水盾构的开挖土体不断地与刀盘和刀具接触，即使使用泥水输送管道，转运点和弯头也需要频繁更换，并进行清除渣土相关的额外工作。
与泥水盾构相比，在岩石中使用NCP掘进机最大的好处是易于对刀具和刀具盘进行检查，无需带压进舱，及早发现刀盘与刀具问题。
地层涌水
如果在高水压地层中突发涌水，NCP掘进机可以利用舱壁上的可密封渣土溜槽保持压力，这种类型的设计可以用作半土压模式的泄压闸，通过压力打开，将渣土送到传送带上。在极端情况下，可以激活密封的闸门，使用探头/灌浆钻机向前钻和灌浆，以加固地层并止水。主轴承周围的额外密封件可以填入加压润滑油脂，其他易损点也可以用同样的方式密封。
多模式TBM可以通过够长的螺旋输送机，实现在高压下的持续掘进：一个够长的螺旋输送机可以降低水压，表面安装耐磨硬面可以降低螺旋输送机的磨损。
孟买地铁项目就是一个例子，该项目使用了两个罗宾斯多模式隧道掘进机。在这些机器中，中心的螺旋输送机能够封闭自己并保持压力，因此TBM可以连续掘进或螺旋输送机也可以连续工作：
■ 关闭螺旋机出料口，用水对刀盘舱和螺旋机加压。
■ 渣土闸门保持打开，以便渣土进入刀盘舱和螺旋机。
■ 当螺旋机充满渣土时，水被推出螺旋输送机并回到开挖舱。
■ 若螺旋机快满了，渣土闸门关闭并降低螺旋机内部水压，将其排空到备用舱内。
■ 渣土从螺旋机卸载至输送带上，卸料闸门再次关闭，螺旋输送机在压力下重新注满水。
■ 渣土溜槽门再次被打开，TBM继续推进。
地层气体和污染物
泥水盾构掘进时，遭遇的地下气体也可以通过泥水管路排除，处理较为容易；而现在的NCP掘进机也配备了吸气口，可以在掘进时将气体从刀盘舱顶部排出并直接导入通风系统中。
像石棉这样的污染物可能在泥水管道中更易处理，但许多其他类型的污染物就很难从泥水中被分离出来，因此使用NCP掘进机更易于处理。此外，泥水盾构施工中，膨润土本身的质量参差不齐，一些成本较低的材料中含有重金属，有可能对环境有害。同时，泥水浆液本身也易于与重金属结合，污染大部分浆液，使分离更加困难。
成本比较
虽然硬岩TBM注浆需要时间与成本，但与泥水盾构开挖中的带压进舱相比并不高，同时预注浆也已在国内外隧道施工中有成熟的经验。
的确，目前常压换刀技术已有了进步，但该技术一般需要较大的设备直径与较深的刀盘，而这样的刀盘结构容易影响排土，增加刀盘维护的次数，且常压换刀技术并不能解决刀盘维修、更换中心刀盘或刮板等问题，这些都是大直径硬岩掘进过程中磨损较大的部件。
此外，隧道衬砌也是NCP掘进机的一大优势：在NCP隧道施工中，使用单护盾TBM进行开挖前注浆，衬砌可以在开挖后独立安装，极大地节约成本。
■ 纽约的特拉华引水隧道工程便采用了直径6.8m的罗宾斯单护盾TBM掘进，取得了巨大成功，TBM的速度达到6米/小时，点击回顾：
国际视野 | 拯救渗漏水渠的极限挑战——美国特拉华引水隧道贯通
结 语：泥水盾构是高水压力硬岩掘进的有效选择，却非最经济选择。与硬岩TBM相比，虽然泥水盾构节省了后期注浆的时间，但也在带压进舱，刀具检测等方面带来了额外的时间投入。有鉴于此，在大多数情况下，NCP掘进机才是更好的选择。
内容整理自RETC2021论文集