深圳城市軌道交通8 號線工程中的TBM雙護盾施工技術

吳文龍

（中交二公局第三工程有限公司，西安 710000）

1 工程概況

根據深圳地鐵8 號線一期梧桐山—沙頭角區間雙護盾TBM 在中分化圍巖掘進經驗，刀盤轉速7.5 r/min，刀盤扭矩1 300 kN·m，掘進速度65 mm/min，總推力8 200 kN。5 刀盤轉速1.2 r/min，刀盤扭矩300～500 kN·m，掘進速度5～10 mm/min，總推力4 000～5 000 kN。TBM 始發時控制刀盤切削圍巖最大推力不超過600 t。

2 TBM雙護盾施工技術的應用優勢

雙護盾TBM 是地鐵盾構施工中的重要設備，其包含兩節盾構殼體，除了有效保證開挖面的穩定性（避免坍塌），還適用于曲線開挖的施工環境。雙護盾TBM 的適用范圍較廣，在硬巖、軟巖等地質條件中均具有可行性，且其穩定可靠的優勢在穿過斷層破碎地帶體現得更為明顯。

雙護盾TBM 具有全圓的護盾，相比于單護盾TBM，其在地質良好的區段能夠同時完成掘進和管片安裝兩項工作。雙護盾TBM 具有伸縮護盾，得益于該結構的靈活性，可高效完成軟、硬巖作業轉換操作。

雙護盾TBM 有兩種掘進模式可供選擇，具體為單護盾、雙護盾的掘進模式。其中，對于穩定性不足、地質條件欠佳的地段，較為適宜的是采用單護盾掘進模式；若施工現場地層的穩定性較好、圍巖僅有小規模的薄弱區，可以采用雙護盾掘進模式，此時洞壁巖石因其自身具有護壁作用而維持穩定，TBM掘進過程中，支撐系統伸出水平支撐靴，利用該裝置穩定支撐洞壁，與此同時支撐靴提供掘進反力，為盾構掘進創設了良好的條件。

3 雙護盾掘進模式的具體應用

隨著TBM 掘進施工進程的推進，達到12 m 后盾體完全進入圍巖，此時啟用雙護盾模式。撐靴緩慢伸出，穩定卡住洞壁，由該裝置提供掘進所需的反力以及反扭矩。通過對主推油缸的調控，有效推動刀盤和前盾，使兩類裝置向前移動。經過一個步進的施工后，伸縮盾繼續掘進，并于盾尾拼裝管片。在雙護盾模式施工中，各道工序得到有效的協調，施工秩序有條不紊。

3.1 工藝流程

TBM 雙護盾施工工藝流程，如圖1 所示。

3.2 TBM掘進施工

主推進油缸提供推力，促進刀盤的移動；伸縮盾伸開，刀盤向前推進；及時啟用撐靴，該裝置穩定撐在洞壁上，可提供掘進反力，以滿足掘進施工要求；后配套臺車穩定在隧洞中，刀盤破巖過程中產生的渣土經由溜渣槽進入皮帶輸送機，而后轉至編組渣車；期間，于盾尾安裝預制管片。刀盤每掘進1.5 m，視為一個循環。

3.3 換步操作

主推進油缸達到最大掘進行程時，TBM 停機換步，在執行此項操作時，刀盤停止轉動，撐靴以相對較慢的速度收回；聯合應用主推進油缸（牽引）和輔助推進油缸（頂推），促進TBM 前移特定的距離，此時后配套根據實際情況同步前移，經過前述的轉換操作后，主推進油缸呈收縮狀態；此后，撐靴依然撐緊洞壁，以便進入下一循環。換步的具體流程如圖2所示。

圖2 換步流程圖

3.4 掘進方向的控制

受現場地層軟硬不均、坡度變化等多重因素的共同作用，TBM 掘進時實際姿態可能會偏離隧道軸線。若偏差較大，將導致隧道襯砌侵限、盾尾間隙減小，進而影響管片的正常使用，有局部受力惡化的現象，地層損失增加并使地表顯現出更為明顯的沉降。因此，在施工中必須加強對TBM 掘進方向的檢測，準確判斷實際偏差，采取調控措施。

3.4.1 掘進方向的控制

圖1 TBM雙護盾掘進模式施工工藝流程圖

1）姿態監測。聯合應用VMT 自動導向系統和人工測量兩種方法，共同完成TBM 的姿態監測工作。適配的VMT 系統具備全天候監測的能力，可及時呈現出TBM 的位置以及其與設計軸線存在的偏差，以監測結果為依據，靈活調整TBM 的掘進方向，將偏差控制在許可范圍內。隨著TBM 掘進施工進程的推進，導向系統后視基準點根據工程進度適時前移，正常情況下每100 m 延伸一次導向系統。每周安排兩次人工測量導向系統的測量數據。除此之外，根據測量數據復核TBM 的姿態。

2）姿態方向的調整。分區操作TBM 推進油缸，實現對TBM 掘進方向的有效控制。綜合考慮系統呈現出的TBM 姿態信息、分段軸線擬合控制計劃、現場地質條件，針對性地操作TBM 的推進油缸，精細化控制掘進方向。

3.4.2 水平方向的糾偏

左偏時，加大左側千斤頂的推進壓力，并在原基礎上適當減小右側千斤頂的推進壓力，經調整后，使TBM 姿態具有合理性。糾偏遵循的是“多次、少量”的基本原則，避免一次過量糾偏的情況。精準計算，根據計算結果有效控制千斤頂的行程量以及壓力，經過調控后，使TBM 沿著設計軸線推進。隧道軸線水平位置、軸線高程的允許偏差均不可超過±50 mm。

3.4.3 糾偏注意事項

1）以掌握的掌子面地質條件為參考，合理調整掘進參數；設定具有可行性的警戒值與限制值，用于控制掘進方向，若實際偏差達到警戒值，及時啟用糾偏程序，盡快完成糾偏。

2）糾偏宜采取蛇形修正的方法，以緩慢的速度推進，若修正操之過急，有可能加大偏差。

3）注重TBM 的及時糾偏，以免卡殼。

4）嚴格控制推進油缸的油壓，若要對該項指標加以調整，需做到“緩慢、微量、多次”，否則可能會導致管片局部受損[1]。

3.5 TBM管片拼裝

3.5.1 止水條及墊片的設置

1）根據要求選擇優質的止水條，安裝工作由專員嚴格依據作業指導書進行，全程均要具有規范性。

2）加強防護，避免存放的止水條遇水、受潮，確保投入使用的止水條可完全滿足要求。

3）管片拼裝施工前，加強對止水條實際情況的檢查，若有受損或是遇水膨脹現象，該部分均不具備使用的價值，應予以更換。

4）在使用墊片前，先安排技術交底，使每位施工人員均掌握墊片的使用方法，并加強對墊片原材料的檢查，任何不滿足要求的材料均不可投入使用。

3.5.2 管片的存放、運輸

1）提前規劃管片的存放場地，要求現場具有平整性與穩定性，而后按照型號將管片分類碼放到位，統一使內弧面向上平放，用墊木分隔管片，避免管片直接磕碰而受損。管片內弧面向上時，堆放的數量不宜超過4 層，同時應保證每堆管片均有合理的安全吊運間距。

2）若管片表面有缺棱掉角、裂縫（指的是寬度超過0.2 mm的裂縫）或其他異常狀況，均要查明實際情況，予以修補，使管片恢復完整。修補所用材料的強度不可小于管片的設計強度，經過修補處理后，管片需滿足形態完整、穩定可靠的基本要求，與原管片斷面緊密結合，不可形成干縮裂縫。

3）運輸時，將管片放在支墊物上，層間設置墊木，用于分隔管片。有效調整管片，每層支撐點需在同一平面，各層支墊物需在同一直線上。管片運輸時加強防護，避免磕碰。

3.5.3 管片的起吊、移動

管片運至現場后，利用管片吊機有序卸下，而后起吊至指定安裝區域，具體操作要點為：管片上設置了吊裝孔，在該處擰緊吊裝螺栓；啟動管片吊機，使該裝置靠近待吊裝的管片，并穩定鎖住吊裝螺栓；由專員操作管片吊機，將管片朝著刀盤方向運轉，到達連接橋所在區域時，對管片做旋轉處理（90°）；此后，繼續吊裝管片，直至其到達指定安裝部位為止。按照前述提及的流程重復施工，將各管片吊裝到位[2]。

3.5.4 管片的拼裝

按照自下而上的順序依次拼裝管片。底部管片就位后，開始拼裝兩側的標準管片和臨接管片，確認無誤后將封頂管片拼裝好。封頂塊拼裝時，先水平搭接2/3 環寬徑向上推，而后再縱向插入。全過程中，拼裝機盡可能位于中間位置，目的在于減少接縫。

管片均就位后，開始正式拼裝，為保證管片的穩定性，將管片彎曲螺栓擰緊。后續待管片拼裝成環、管片脫離盾尾后，依次擰緊彎曲螺栓。根據前述提及的思路，確定管片拼裝的基本流程為：

1）操作管片機，將待安裝的管片轉至指定的拼裝區域內。

2）調整拼裝機機械手，使該裝置臨近并鎖住吊裝螺栓。

3）調整待拼裝施工范圍內的千斤頂，使該裝置縮回。

4）由專員操作管片拼裝機機械手，完成一系列動作（將管片抓住、提升、前移、旋轉、就位）。

5）對拼裝機機械手的角度做靈活調整，伸出前期縮回的千斤頂，利用此裝置壓緊管片，同時將螺栓穿至指定位置并擰緊，保證穩定性。

6）機械手松開吊裝螺栓，從管片上移出管片拼裝機，恢復至提升管片的位置，做好準備工作，以便繼續吊裝后續的管片。

7）按照前述提及的流程重復施工，直至標準塊和連接塊拼裝到位為止，再安裝封頂塊。

8）管片拼裝后，及時測量千斤頂的伸長量和盾尾間隙，完整記錄數據，作為分析的依據。管片脫離盾尾時，應再次復緊螺栓[3]。

3.6 豆礫石充填與回填灌漿

3.6.1 主要作用

TBM 掘進過程中，向倒數第三環管片背后吹入豆礫石，并用漿液填充倒數第七環的建筑空隙。經過填充操作后，起到如下作用：維持管片的穩定性，避免錯動；提供防水功能；有效防護管片，以免其受到地下水的侵蝕。

3.6.2 填充量的計算

在盾尾后倒數第三環開始填充豆礫石，要求管片外側與巖石間存在的空隙得到有效的填充處理。填充時，按照“先拱底、再兩側、最后拱頂”的流程有序施工，保證填充的密實性，避免豆礫石出現架空的現象。

按式（1）計算每環的豆礫石填充量：

式中，A1為刀盤開挖面積，m2；A2為隧道斷面面積，m2；L為每環管片長度，m；P為豆礫石填充的密度，kg/m3。

3.6.3 注漿量的計算

豆礫石的孔隙率為43%，按照式（2）進行計算，確定每環水泥漿注漿量：

根據設計方案，水灰比為（0.7～1）∶1。

豆礫石及水泥漿注入流程如圖3 所示。

原材料選取方面，豆礫石粒徑為5～10 mm；水泥選用的是普通硅酸鹽水泥，強度32.5 MPa。施工參數方面，注漿壓力0.05～0.5 MPa，注漿終孔以注漿壓力為主，注漿量為輔，確認各項參數均無誤后，方可終孔。

圖3 豆礫石及水泥漿注入流程圖

4 結語

綜上所述，雙護盾TBM 的適用性較強，在硬巖、軟巖等地質條件中均具有可行性。隨著技術研究的深入以及工程實踐經驗的積累，雙盾構TBM 的應用水平逐步提高，成為地鐵盾構施工中的重要設備。經過本文的分析，提出TBM 雙護盾施工技術的一些具體應用要點，通過合理安排，組織施工，保證了工程的順利進行。