雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術應用研究

馮興華

摘要：作為一類新型的隧道建設施工技術，雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術，能夠充分利用硬巖掘進機械盾構掘進功能，實現隧道掘進施工效率和實施質量的大幅提升。針對雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術展開研究，在介紹技術原理基礎上，對常見典型問題進行分析，闡述實施過程的技術難點，基于技術創新角度，構建雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術在隧道盾構工程應用的優化策略，以期為相關地鐵隧道建設工程提供幫助。

關鍵詞：雙護盾TBM；地鐵隧道；小半徑曲線；地鐵隧道；典型問題；改進策略

0? ?引言

在城市繁華路段實施地鐵建設施工，采用常規施工技術易受到施工場地道路交通、附近建筑物、水文地質條件、項目投資金額等因素制約。近年來，隨著地鐵施工技術不斷進步，以全斷面硬巖掘進機（TBM）為代表的施工技術越來越受城市地鐵工程施工的青睞。

雙護盾隧道硬巖掘進機（TBM）集地鐵隧道掘進、管片拼接、出渣流水操作等功能于一體，通過自動化、標準化、專業化施工實現隧道的一次掘進成型，在隧道工程施工中展現了良好的適用性，有效提升了地鐵隧道建設項目的安全和建設質量[1]。本文結合實際地鐵隧道工程，在介紹技術原理基礎上，闡述實施過程的技術難點，針對雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術實際應用展開研究。

1? ?雙護盾TBM小半徑曲線施工原理

TBM即隧道硬巖掘進機，此類機械設備上配置了回旋刀具，在掘進前行時，通過旋轉切割將前方隧洞內的硬巖土層擊碎，從而構建出滿足設計要求的新隧洞斷面結構[2]。雙護盾TBM是在隧道硬巖掘進機梁端位置配備護盾保護裝置，對隧道實施綜合性鉆孔作業、掘進作業、支護作業等，從而實現施工質量與效率的有效提升。

雙護盾TBM還配備了先進的通信和傳感裝置，機械操作人員可利用掘進機的信息遙感及遠程操控功能，配合指導控制掘進機實施操作，確保掘進機嚴格按照地鐵隧道項目設計施工方案實施掘進作業。雙護盾硬巖掘進機結構如圖1所示。

地鐵隧道工程技術標準中，小半徑曲線表示隧道施工路徑的彎曲程度情況，主要用于測算地鐵在軌道行進運行狀態，計算出軌道坡度值，以防高速行駛的列車受離心力作用，形成對軌道的高強度擠壓而引發行駛風險[3]。國內常見的小曲線半徑地鐵線路長度通常在300m以內，如西安某地鐵線路的最小曲線半徑為270m，南寧某地鐵線路的最小曲線半徑為290m。

雙護盾TBM小半徑曲線技術在地鐵隧道的應用，主要是通過測算雙護盾硬巖掘進機的工作軌跡，實現施工軸線的控制，合理調配掘進機的行進軌跡及方向，通過不斷的技術優化改良，實現地鐵隧道掘進施工效率和質量的有效提升。

2? ?雙護盾TBM小半徑曲線施工典型問題分析

在通常的地鐵隧道施工中，常因隧洞整體掘進軌跡偏移，導致隧道建設項目地層結構破壞。在地鐵隧道建設工程項目中，應用雙護盾TBM小半徑曲線施工技術則易出現以下典型問題：

由于前期施工工序流程設計不嚴謹，參建方未在雙護盾硬巖隧道掘進機施工前，提供完備的項目施工參數，導致地鐵隧道施工控制出現偏差，進而影響后續地鐵軌道的安裝。另外，在雙護盾硬巖隧道掘進機完成管片脫盾尾操作后，受橫向水平側分力作用，使隧道掘進過程的最小半徑曲線值受到影響，給今后的地鐵安全運行使用帶來風險。

因地鐵隧道工程項目設計方案中存在參數不合理情況，進而干擾后續雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工的掘進軌跡實施精確性。受橫向水平側分力的作用，導致掘進施工產生施工偏差，如果施工中面臨連續折線狀況，易產生施工運行參數混亂的情形[4]。此類情況下應立即對雙護盾硬巖掘進機實施參數調整，否則會引起掘進機行進角度及方向的偏移，對地鐵隧道項目掘進作業的精確度構成影響，如引起隧洞地層糾偏量過大，會對隧洞土層的穩定性構成影響，嚴重者影響后續地鐵隧道施工的有序開展。

由于參建單位未對施工影響因素及施工區域實施科學分析，導致對隧道項目的安全施工構成風險。應用雙護盾TBM小半徑曲線技術，會對掘進機管片施加很大應力，易影響雙護盾硬巖掘進機的運轉狀態及行進平穩性。同時，由于對雙護盾硬巖掘進機狀態監督檢查機制疏于管理，特別是未對雙護盾硬巖掘進機傳動部件卡頓狀況及管片損壞狀況有效監測，造成掘進機局部受力過大，難以形成穩定的支撐狀態，進而對地鐵隧道項目實際工期和施工質量構成不良影響。

3? ?雙護盾TBM小半徑曲線施工技術優化策略

3.1? ?加強施工過程控制

3.1.1? ?全面掌握隧道項目的實際狀況

應針對雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工場地，實施科學的技術勘測，準確獲取項目設計所需的地質參數，充分掌握隧道工程實際環境信息，建立完備的技術實施方案及工期節點，避免因環境因素分析不充分而影響雙護盾TBM小半徑曲線技術應用的精準性。

落實地鐵隧道作業場地的二次勘察，保證實際施工狀況同施工設計方案的統一性。對于存在偏差的部分，應及時上報相關單位，盡量降低雙護盾硬巖掘進機在作業場地的等待閑置時長。要及時檢測調整雙護盾硬巖掘進機前盾方向，嚴格依據方案設計軸線方向，調整糾偏雙護盾硬巖掘進機的刀盤角度[5]。

3.1.2? ?充分認知雙護盾隧道掘進機的功能特征

通過工程前期技術培訓的方式，加強參建人員對雙護盾TBM小半徑曲線施工技術的掌握程度，讓其充分掌握掘進機作業模式、機械結構、施工要點、環境要求等內容，強化技術實施人員及技術管理人員對物理應力、隧道方向偏差、曲線半徑變化等理論參數內容的掌握。落實技術交底制度，使實際參建人員明晰地鐵隧道掘進項目的施工設計方案及具體要求，嚴格依據工程要求實施掘進流程作業。

3.1.3? ?合理配備智能化裝置

通過在雙護盾硬巖掘進機上配置智能傳感裝置，實現掘進機操控人員能夠隨時同外界技術監管人員的信息互通，便于使操控人員及時掌握隧道掘進過程的土層攪動情況，及時進行糾偏操作[6]。在雙護盾硬巖掘進機換步操作過程中，應做好撐靴中心至支撐盾初始測量點位距離，與地鐵隧道的設計軸線垂直系數的對比檢查工作，推算出掘進機的正面推進力值。

可應用智能傳感器輔助模型，對正面推進力值推算結果進行分析，并同控制中心的正面推進力圖形成比對，以驗證設計方案的合理性。如存在偏差，應對方案及時作出優化調整。同時，應利用主推缸快速同步移動法，驗證雙護盾硬巖掘進機推進模式對巖土的攪動系數。隨后利用慢速差動微調法，驗證掘進機兩端傳感器的差值始終在施工標準要求范圍內，保證雙護盾硬巖掘進機前、后盾方位的準確性。

3.1.4? ?科學落實掘進施工流程監管

在雙護盾硬巖掘進機實施地鐵隧道施工前，應嚴格參照檢測機械初始狀態→檢測支撐盾初態→檢測伸縮盾初態的工序流程，實施掘進機械的復檢，確保雙護盾硬巖掘進機投用前處于良好狀態。在雙護盾硬巖掘進機小半徑曲線施工過程中，應加強掘進施工工序流程管理，特別針對雙護盾硬巖掘進機換步操作時，應嚴格監管機械操作。

建立并落實項目現場技術負責制，確保雙護盾硬巖掘進機操控人員技能水準及資質符合項目要求。在確保項目技術團隊人員穩定性，降低漿液填裝人員及其他輔助人員的現場流動性的基礎上，提升各工序的默契配合程度，實現雙護盾掘進機小半徑曲線地鐵隧道施工的參建人員、施工機械、現場材料、投資成本、施工流程及工期等要素的科學監管。

3.2? ?提升隧道掘進精確性

3.2.1? ?施工前核準掘進機參數

在雙護盾硬巖掘進機正式掘進施工前，應核準刀盤開挖直徑長度，并參考現場實際環境及設計施工方案調整刀盤直徑。在雙護盾硬巖掘進機開啟前，還應檢測尾盾外徑、外盾外徑長度，以防止因掘進機管片破損而導致機械卡頓，影響掘進效果。雙護盾硬巖掘進機回旋刀盤如圖2所示。

3.2.2? ?施工中嚴格控制施工參數

根據實際工況對掘進參數精準計算，控制施工參數精度，提升掘進施工精準性。雙護盾硬巖掘進機尾盾同隧洞壁單側距離應保持7.5cm左右，前盾同隧洞壁單側距離應約為3cm，每次正式啟動施工前，應認真檢測間距符合要求。

實施小半徑曲線地鐵隧道掘進作業時，操控人員應嚴控掘進機運行參數，根據施工要求及時糾偏。一旦行進軸線存在偏差，應準確調整弧線外圍偏差，以有效降低掘進機行進時軸線偏移量。為了給隧洞施工曲線偏差預留特定的參數調整空間，確保雙護盾掘進機一直保持在曲線隧道的圓心一側，應科學設定預偏移誤差取值范圍。

3.3? ?降低安全施工風險

利用雙護盾硬巖掘進機實施小半徑曲線隧道施工時，應深入分析隧道施工區域，及時排查現場危險源，嚴格依據施工設計方案參數形成施工區域空間分析，提升雙護盾硬巖掘進機對施工現場環境的適應程度，實現掘進效率和施工質量的提升。

3.3.1? ?掘進前準備工作

雙護盾硬巖掘進機小半徑曲線施工前，應做好掘進機管片檢查，精準測算管片承壓負荷后的偏移狀況。科學設計繪制掘進軸線預偏量施工圖，并做好操控人員的技術交底工作，使其充分掌握雙護盾硬巖掘進機的預偏移量規律。

3.3.2? ?掘進中管控措施

在保證施工安全性的基礎上，嚴格管控雙護盾硬巖掘進機的掘進速度，通常地鐵隧道小半徑曲線施工掘進速度應控制在3～4cm/min，并控制雙護盾硬巖掘進機的巖土攪動作用在設計偏移規定區間內。

掘進過程中，操控人員應實時掌握巖土的向外分力參數，利用應力傳感裝置、動力傳感裝置、土量測算裝置，觀察雙護盾硬巖掘進機的掘進狀況，及時糾偏巖土層的向外分力及擾動系數。同時應防止過量的外力作用對管片、前盾、后盾及輔助推進千斤頂機械的損傷，延長機械部件的使用周期。

地鐵隧道掘進施工后期，操控人員應科學控制雙護盾硬巖掘進機的正面推進力，預留充足的空間、時間為隧洞支護工作所用。要做好掘進與回填施工的工序銜接，控制碎石量，測算回填填充密度，盡量避免因過度填充破壞隧道圍巖結構現象。可通過泥漿回填法實施小半徑曲線掘進回填施工，控制泥漿回填量，以限制回填時管片軸線的偏移距離。

4? ?結束語

作為一類新型的隧道建設施工技術，雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術，能夠充分利用硬巖掘進機械盾構掘進功能，實現隧道掘進施工效率和實施質量的大幅提升。本文圍繞雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術應用進行探討，分析技術實現原理，列舉工程實際的典型應用問題，探尋施工進程的技術難點，基于技術創新角度，構建雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術在隧道盾構工程應用的優化策略，以期為類似地鐵隧道掘進工程提供參考。

參考文獻

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[3] 林剛，史宣陶，陳軍，等.雙護盾TBM在城軌交通區間隧道工程中的應用[J].現代隧道技術，2019（S2）.612-618.

[4] 鄧家勛.小半徑曲線矮型變桁高雙層橋面全焊接連續鋼桁梁制造與安裝技術[J].四川建筑，2019（1）：176–178+181.

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[6] 陳雷.雙護盾TBM穿越斷層破碎帶地鐵隧道施工技術[J].建材與裝飾，2020（3）：270-271.