復(fù)合式TBM快速掘進(jìn)技術(shù)研究

冉鵬

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

復(fù)合式TBM快速掘進(jìn)技術(shù)研究

冉鵬

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

該文分析地質(zhì)圍巖情況、掘進(jìn)參數(shù)與掘進(jìn)速度的關(guān)系，同時討論了如何通過調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)和采用其他相關(guān)措施以實現(xiàn)在某隧道區(qū)間內(nèi)提高掘進(jìn)速度，縮短工期，節(jié)約施工成本，為以后的復(fù)合式TBM快速掘進(jìn)提供參考。

TBM；快速掘進(jìn)；掘進(jìn)參數(shù)；敞開模式

0 引言

城市軌道交通在城市發(fā)展過程中扮演者越來越重要的角色，而使用TBM建設(shè)地下隧道的比重也越來越大，為此提高TBM掘進(jìn)速度研究具有很大的技術(shù)價值和經(jīng)濟(jì)價值。重慶軌道交通環(huán)線體育公園站至冉家壩站區(qū)間隧道正是使用復(fù)合式TBM掘進(jìn)機(jī)施工的隧道。本文以此區(qū)間隧道為研究對象進(jìn)行分析。

1 工程概況

重慶軌道交通環(huán)線體育公園站至冉家壩站區(qū)間隧道工程，其里程為YDK 14+384.893～YDK 14+956.143，左右雙線總長度1.14km，位于新南路下方，區(qū)間埋深29.6～32.2m，掘進(jìn)斷面積為37.16m2，復(fù)合式TBM隧道防水是以自防水為主，管片采用C50 P12防水混凝土。

1.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況

區(qū)間工程地質(zhì)主要屬構(gòu)造剝蝕丘陵斜坡地貌，現(xiàn)狀地形起伏較小，地勢平緩，區(qū)間主要分布于砂巖層內(nèi)，砂巖的石英含量高，局部結(jié)構(gòu)位于砂質(zhì)泥巖層。該區(qū)間水文地質(zhì)情況為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，主要補給來源為大氣降水、地面池塘水體滲漏及城市地下排水管線滲漏，受季節(jié)影響變化較大。地下水以圍巖裂隙水為主，水量較小，區(qū)間無斷層等其他不良地質(zhì)構(gòu)造，圍巖穩(wěn)定性較好。

1.2 盾構(gòu)機(jī)、管片類型及相關(guān)尺寸

該區(qū)間使用盾構(gòu)機(jī)類型為單圓復(fù)合式TBM，最大開挖直徑為6885mm，由于隧道區(qū)間圍巖自穩(wěn)性良好，開挖面不需要增強(qiáng)支撐，經(jīng)專家討論決定采用敞開模式進(jìn)行掘進(jìn)。襯砌管片采用高精度鋼模制作的通用襯砌楔形鋼筋混凝土管片，管片內(nèi)徑為5900mm，外徑為6600mm，厚度為350mm，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)寬度為1500mm。以滾刀破巖為主，采用高轉(zhuǎn)速、低扭矩和主機(jī)皮帶機(jī)的方式出碴。出渣設(shè)備及運輸方式：皮帶機(jī)輸送、有軌電機(jī)車水平運輸、龍門吊垂直運輸。

2 復(fù)合式TBM施工循環(huán)作業(yè)流程

準(zhǔn)備工作（管片卸車、同步漿液到位、第一列編組到位）→破巖→第一列編組裝渣（同時同步注漿）→掘進(jìn)完成（油缸行程至1.8m）→第一列編組卸渣→第二列編組進(jìn)場（同時拼裝管片、設(shè)備維保、掘進(jìn)前準(zhǔn)備工作）→循環(huán)作業(yè)

3 原掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定

表1 原掘進(jìn)參數(shù)表

4 掘進(jìn)效率統(tǒng)計及實驗總結(jié)

統(tǒng)計4月11日至4月30日每天掘進(jìn)進(jìn)米如圖1。

由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，平均每天掘進(jìn)8.7m。

該區(qū)間掘進(jìn)過程中區(qū)間地質(zhì)情況、水文地質(zhì)情況變化較小，通過調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)掘進(jìn)一環(huán)所需時間隨著參數(shù)變化而變化。通過實驗數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

表2 復(fù)合式TBM盾構(gòu)機(jī)主要參數(shù)表

圖1 4月11日至4月30日每天掘進(jìn)進(jìn)米

（1）地質(zhì)、水文地質(zhì)情況不變，刀盤轉(zhuǎn)速不變時掘進(jìn)推力增大，掘進(jìn)速度增大較快，當(dāng)推力增大到1500t以后推力繼續(xù)增大但掘進(jìn)速度增加不明顯；在此情況下應(yīng)適當(dāng)增加推力。

（2）地質(zhì)、水文地質(zhì)情況不變，推力不變時刀盤轉(zhuǎn)速增大，掘進(jìn)速度增大明顯，當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)速增大到3.8后轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大但掘進(jìn)速度增加不明顯，此時盾構(gòu)機(jī)有明顯抖動，在此情況下應(yīng)適當(dāng)增加刀盤轉(zhuǎn)速。

（3）刀盤扭矩隨著推力和刀盤轉(zhuǎn)速增加而增加但增量較少，與土倉中存渣量關(guān)系明顯。

5 為提高掘進(jìn)速度所需進(jìn)行的調(diào)整

5.1 掘進(jìn)參數(shù)變更理由

由上述掘進(jìn)效率及實驗結(jié)論可知在地質(zhì)情況一定的前提下應(yīng)適當(dāng)增大掘進(jìn)推力和增大刀盤轉(zhuǎn)速能提高掘進(jìn)速度。

5.2 通過試驗結(jié)論分析對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整（表3）

表3 調(diào)整后掘進(jìn)參數(shù)表

5.3 組織和管理上進(jìn)行調(diào)整

（1）超前考慮，精心組織，全力加快施工進(jìn)度。盾構(gòu)施工涉及工種多、工序復(fù)雜，必須確保材料供應(yīng)及時充足（管片、防水材料、河沙、膨潤土、粉煤灰、水泥），每天兩班倒，早上7：00和晚上19：00上班前召開班前會，值班人員井下交接班，班中餐有地面送到井下保證施工的連續(xù)性。我們根據(jù)項目工期計劃，制定出詳細(xì)切實可行的施工安排；堅持每月召開施工總結(jié)會。

（2）配備充足的工程技術(shù)人員、分工明確。值班工程師統(tǒng)一協(xié)調(diào)井下施工作業(yè)，及工序銜接問題。從制度上保證項目部團(tuán)結(jié)一心，互相支持、互相配合。設(shè)備部、工程部技術(shù)人員24小時在現(xiàn)場輪流值班，密切注意施工動態(tài)，及時了解各工序的完成情況，遇到問題及時采取措施解決，保證工程進(jìn)度。

（3）制定明確的獎懲機(jī)制、兌現(xiàn)獎懲，調(diào)動全員生產(chǎn)積極性。下達(dá)形象進(jìn)度指標(biāo)，嚴(yán)格獎罰措施，工資、獎金與進(jìn)度掛鉤，充分調(diào)動全體職工積極性，加快了施工進(jìn)度。制定施工進(jìn)度、質(zhì)量的考核標(biāo)準(zhǔn)和獎罰措施。設(shè)置突破獎、超環(huán)獎，嚴(yán)格兌現(xiàn)獎罰措施。實行收入與進(jìn)度、質(zhì)量掛鉤，激發(fā)了全體職工的生產(chǎn)積極性和工作熱情。

（4）加強(qiáng)設(shè)備管理工作。盾構(gòu)施工專用機(jī)具、設(shè)備多，維修保養(yǎng)好這些機(jī)具、設(shè)備是維護(hù)正常施工的保證。項目部要求施工隊伍配備專門的維保人員24小時值班，平時做好機(jī)具設(shè)備檢測保養(yǎng)工作，發(fā)現(xiàn)故障及時排除，讓設(shè)備處于良好狀態(tài)。分門別類建立設(shè)備檔案，完整保存其使用說明書、部件構(gòu)成圖，做好每次故障發(fā)生位置、產(chǎn)生原因和解決措施等維修記錄。

5.4 調(diào)整后效果檢查

通過上述調(diào)整后對后續(xù)30d掘進(jìn)量進(jìn)行了統(tǒng)計，如圖2。

圖2 調(diào)整后30d掘進(jìn)量統(tǒng)計

通過TBM盾構(gòu)在體冉區(qū)間掘進(jìn)時實施上述幾種調(diào)整，合理安排施工，并對5月1日至5月20日每天掘進(jìn)量進(jìn)行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)表明掘進(jìn)速度明顯加快。平均每天掘進(jìn)13.275m。

6 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）技術(shù)指標(biāo)：本次活動有效地提高了盾構(gòu)掘進(jìn)速度，從活動前每環(huán)平均每天掘進(jìn)8.7m提升至每天平均掘進(jìn)13.275m。掘進(jìn)速度平均每天提高4.575m。

（2）經(jīng)濟(jì)效益：通過本次研究調(diào)整掘進(jìn)速度平均每天提高了4.575m，創(chuàng)造了不錯的經(jīng)濟(jì)價值,共計節(jié)約成本212.29萬元。

7 結(jié)語

本文通過對影響復(fù)合式TBM掘進(jìn)速度各因素進(jìn)行分析，分別就掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，增加掘進(jìn)過程中的管理措施，提高了管理能力，提高了掘進(jìn)速度，并取得了不錯的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)效益。總結(jié)了與該區(qū)間隧道相似地質(zhì)及水文地質(zhì)條件下快速掘進(jìn)的各個技術(shù)參數(shù)及管理關(guān)鍵點，對以后類似情況下復(fù)合式TBM快速掘進(jìn)具有很大的參考和指導(dǎo)意義。

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[3]楊世東，李如恒，凌立靜.盾構(gòu)工法施工進(jìn)度和效率研究[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集，2011.

[4]洪開榮，吳學(xué)松．盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2009：87-104.

Study on Compound TBM Fast-drilling Technology for Tunnel

This paper analyzes the relationship between the geological conditions of surrounding rock,drilling parameters and the drilling speed.Meanwhile,it also discusses how to improve the drilling speed in a tunnel section,shorten the construction period and save the construction cost by adjusting the drilling parameters and adopting other relevant measures.It can offer some references for the future compound TBM fast-drilling technology.

TBM;fast drilling;drilling parameters;the open mode

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0022-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.22

2017-07-04

冉鵬（1987-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事軌道交通隧道施工工作。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅