單護盾TBM掘進姿態控制

唐浩然

摘 要：單護盾TBM是進行隧道掘進的方式之一，在進行TBM掘進的時候受到了廣泛使用。本文主要結合重慶軌道交通五號線一期工程重光站-大竹林車場段區間單護盾TBM的具體施工情況，對單護盾TBM 的控制姿態進行探討和分析。

關鍵詞：單護盾；姿態控制；控制措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.095

TBM使隧道連續開挖續掘進成為現實，在施工時具有掘進速度快、效率高和安全風險小的特征。單護盾TBM多用于軟巖、破碎地層，在隧道施工時，由于隧道的距離比較長，地質條件復雜，設備掘進姿態難以控制導致隧道掘進的質量很難得到保證。因此在隧道施工時，應合理分析工程情況，選取正確的掘進參數，利用有效的方法對TBM掘進姿態進行控制。

1 工程概況

重慶軌道交通五號線一期工程起點為園博園站，終點為跳蹬站，線路全長39.66km。單護盾TBM施工段位于重慶市北部新區的重光站～大竹林車場區間，長度為9196.666m，設3個正線區間，分別為重光站～和睦路站、和睦路站～人和站、人和站～大竹林車場區間。區間采用2臺單護盾TBM施工，從大竹林車場始發，步進通過人和站、和睦路站后在重光站后接收井吊出。沿線最小轉彎半徑為400m，設計最大縱坡為44‰，豎曲線一般地段半徑為5000m，困難地段采用3000m。隧道管片內徑為5.9m，管片度厚0.35m，隧道開挖外徑為6.83m。

2 地質水文條件

本工程位于川東南孤形地帶，華鎣山帚狀褶皺束東南部的次一級構造—重慶弧形褶皺束復式向斜一構造區域內，發育有北碚向斜、石馬河（化龍橋）向斜、沙坪壩背斜等次級褶皺，構造線多呈NNE―SSW向，TBM區間巖層產狀線路走向與構造線走向基本一致。地下水為第四系松散層孔隙水，水量較小；碎屑巖類孔隙裂隙水泥巖相對隔水、水量稍大，動態稍穩定。地表出露地層較簡單，由第四系全新統松散土層和侏羅系中統上沙溪廟組與下沙溪廟組的砂質泥巖、砂巖組成，第四系全新統人工填土（Q4ml）基本上為素填土，第四系全新統河流沖積層（Q4al）、第四系全新統殘坡積粘性土（Q4el+dl）厚度一般0.3—2m，局部原始谷心地段較厚，侏羅系中統沙溪廟組（J2s）多為砂巖及砂質泥巖。

3 軟巖地質條件下TBM掘進姿態控制難點

（1）隧道設計軸線及穿越地層的影響。隧道的總體設計除了要滿足地鐵運行的使用要求以外，在設計軸線的基礎上，結合盾構法施工的特點制定出一條指導施工的施工軸線；確定特殊工況的施工方案；單護盾TBM在本區間不同的地層之間掘進時，受力情況更加復雜，給掘進中的姿態控制造成了較大的難度。

（2）隧道測量的影響。在隧道掘進過程中，測量的正確性、準確性及精確性是至關重要的，它直接決定了盾構機的掘進方向，經常復測，及時調整，保證隧道軸線的正確性。特別是由于管片上浮或旋轉造成測量系統出現問題，因其難以發現，是本區間TBM設備掘進姿態控制的難點。

（3）盾尾墊起或前盾栽頭。在軟巖掘進時會經常出現微小的塌方，由于巖層含泥量與含水量比較多，在出渣的時候非常困難，刀倉經常會被堵死，出渣不能及時進展，推力和扭矩力量就會增加，渣土就會墊在盾體后面，使掘進的姿態受到限制，TBM處于抬頭狀態。

而在巖石含水量增加的過程中，圍巖在含水量達到12%的時候就開始軟化，泥化的程度也會增加，導致TBM低著頭，不能合理進行油缸位差的調整，讓TBM 發生栽頭現象。

（4）刀具更換及管片的影響。TBM最小轉彎半徑曲線是要求在全盤新刀的情況下模擬的，換刀對掘進姿態的影響主要出現在曲線掘進段，提前考慮刀具更換的位置、方案，方能夠順利通過曲線段。

管片的不同形式對隧道的掘進有著不同的影響，一般設計方會出具隧道的整體管片排列圖，但應結合施工情況會做出相應的調整，同時根據管片的不同拼裝方式制定施工方案。

4 TBM掘進姿態的控制措施

（1）充分考證地質情況。本區間雖無不良地質與特殊巖土，但施工前對地質的縱向剖面圖和圍巖的實際情況進行明確、對地質圍巖的條件進行合理勘察仍十分重要。要對單護盾TBM在掘進中的影響因素進行分析，明確含水率、含泥量、巖石性質，單護盾TBM很有可能不能通過80m的含水疏松沙層，因此在施工的時候要充分保證各個工序之間的銜接，停機進行保養的時候時間不能太長，否則會使圍巖的含水量增加，嚴重的時候會出現涌沙現象，造成TBM被卡。

（2）精準測量，勤調緩調。在掘進時要加強測量，姿態調整要勤調緩調，實際掘進時，要把握TBM 的趨勢，調整趨勢不能太大，否則會造成急于糾偏的現象，大趨勢變化由大方位變化而來。趨勢要與管片鍥行量調整大小匹配，在管片能夠調整的范圍內進行調向。也就是要跟著管片方向進行調向。反之則容易使管片與盾尾卡死，鉸接力及行程會增加。在管片質量得到保證的前提下，保證TBM姿態的合理調整，使現有姿態沿著直線精心緩慢行走，在行走過程中緩慢進行姿態的調整。

（3）滾動控制。滾動控制主要是控制刀盤旋轉方向，隨著滾動角變化進行刀盤換向，掘進過程中如果發生一邊轉向掘進較快時還需注意刀具磨損的情況。同時注意管片安裝采取左右交叉順序，調整兩腰推進油缸，使其軸線與盾構軸線不平行，增加摩擦力。

（4）管片底部砂漿換填。本TBM區間管片拖出盾尾后立即填充底部空隙，避免錯臺隱患；管片背后先后采用豆礫石、砂漿、水泥凈漿填充，增加注漿點密實回填。在掘進時，由于管片間的縫隙承載力不夠，容易造成管片下沉，造成TBM 崛起姿態不穩，使盾體與管片產生的夾角太大，引起TBM推力過大，造成管片安裝機的受損，在進行底部填充的時候必須使用干性水泥砂漿，通常情況下，將填充的厚度控制在5厘米之間。

（5）盾尾間隙的合理控制。盾尾的間隙可以將TBM的姿態與管片姿態得到展現，好的掘進姿態可以保證管片姿態與TBM 吻合，使管片質量得到保證。因此，在TBM掘進的時候，要在管片的安裝前、安裝中、安裝后進行仔細查看，了解TBM和管片的吻合狀態，根據具體的參數對崛起的情況進行真實反映，通過出渣口對圍巖的情況進行觀察。

5 結束語

本文主要對軟巖地質條件下單護盾TBM掘進姿態控制進行闡述，利用充分進行地質情況考證、合理制定調向原則，認真進行勤調緩調、滾動控制、管片底部砂漿換填、盾尾間隙的合理控制進行應對，以促進軟巖地質條件下單護盾TBM掘進姿態合理控制。

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