地铁施工TBM的施工技术分析

周泽民

摘 要：地铁施工难度较大，隧道施工是地铁施工的关键环节，在施工过程中需要通过TBM施工等有效措施进行破岩掘进并降低爆破施工的影响。

关键词：地铁;隧道施工;TBM技术

中图分类号：U231.3 文献标识码：A

0 前言

地铁隧道的施工方法有很多，例如明挖法、暗挖法等，而TBM法属于暗挖法，在隧道施工中发挥着重要作用，在施工时需科学选择TBM设备并加强施工工艺管理，充分發挥TBM在地铁施工中的作用。

1 地铁与TBM分析

1.1 地铁

地铁属于城市轨道交通，主要依赖电力牵引。地铁是在全封闭的线路当中运行的，大多数中心城区的地铁线路都位于地下隧道当中，而中心城区之外的地铁线路多处于地面上或高架桥上[1]相比于其他交通工具，地铁具有节省土地、噪音小、减少污染等优势，但建造周期较长、成本较高，且部分地铁抵御火灾、水灾、地震等灾害的能力较弱。例2021年7月20日郑州暴雨对地铁造成了严重破坏，也危害了一些乘客的生命。

1.2 TBM

从广义角度来看，TBM指的是隧道掘进机，包括敞开式隧道掘进机与护盾式隧道掘进机这两种类型。从狭义角度来看，TBM指的是全断面隧道掘进机。之前，在软土地层当中常用的掘进设备是盾构机，而TBM比盾构机的使用寿命长、可靠性强。

2 地铁隧道施工方法的对比分析

地铁隧道（如图1所示）施工方法主要包括明挖法与暗挖法，不同施工方法的适用环境不同。其中，明挖法比较适用于隧道结构埋深较浅、施工区域开阔、交通允许且周围建筑物少的环境。相比于暗挖法，明挖法的施工速度较快，成本较低，一般采用整体浇筑钢筋混凝土矩形框架结构。而暗挖法比较适用于隧道结构埋深较浅，周围建筑多且交通不允许的环境中。暗挖法具有施工灵活、形式多样等特点，可以根据施工工期、周围环境以及地质条件选择不同的施工形式。而地铁施工多处于城市区域，施工现场周围的建筑较多，交通较为复杂，所以一般利用暗挖法进行隧道施工。

暗挖法在地铁施工中应用较为普遍，当前技术也比较成熟，常用的施工方式有TBM法、矿山法、盾构法以及浅埋暗挖法等。

（1）TBM法：一般情况下都是在岩石地层当中应用全断面隧道掘进机，常用在铁路隧道、水利水电隧道以及公路隧道施工中。但是，地铁施工当中很少应用TBM技术，青岛地铁TBM技术应用较多。相比于其他施工方法，TBM施工技术具有多重优势。第一，隧道掘进的效率相对较快。在利用全断面隧道掘进机施工时，掘进机可以实现连续作业，进行破岩、出渣以及初期支护工作，比其他施工方法的施工速度快很多[2]。第二，隧道开挖质量较好，超挖量相对较少。利用全断面隧道掘进机开挖出的隧道内壁相对光滑，不会产生过度超挖的情况，可以减少支护施工，继而降低施工成本。第三，不会对岩石造成较大影响。利用全断面隧道掘进机施工可以优化开挖面的施工条件，增强岩层的稳定性，不会对周围建筑产生较大影响，有利于保障施工人员的人身健康。第四，较为安全。全断面隧道掘进机可以在刀盘当中更换刀具且具备密闭式操控室，改善了作业环境，增强了作业安全性。第五，不会产生较大污染。全断面隧道掘进机在施工过程中产生的振动较小，噪音小、粉尘也比较少，不会对周围环境产生较大影响。即使在附近居民休息、工作等时间段也可以正常施工，不会产生较大影响。但是TBM施工技术也具有一定的缺点。首先，全断面隧道掘进机不太能够适应复杂多变的地质条件。其次，全断面隧道掘进机的结构较为复杂，对零部件以及材料有较高的要求，整体设备较为昂贵，施工成本较高。再次，在施工过程中应用全断面隧道掘进机无法改变隧道开挖的形状与直径。此外，TBM技术对车站的始发、接收等有一定的要求，加大了施工成本。

（2）矿山法：矿山法比较适用于结构埋置较深，且岩层自稳能力较强的隧道开挖工程，例如开挖深埋于较坚硬岩体中的隧道时就可以利用矿山法。矿山法施工技术具有施工灵活、技术成熟等优势，能够适应复杂多变的地质条件，成本较低[3]。当前，很多城市在建设地铁时都会选择应用矿山法。但是，在城市区域当中应用矿山法会产生较大的噪音，也会对周围建筑物产生较大影响。

（3）盾构法：盾构法是一种较为先进的隧道开挖方法，具有噪音小、振动小、施工效率高、对周围建筑物与交通影响小等优势。同时，盾构法的隐蔽性较强，比较适用于软地层施工，但不能在岩石地层施工中应用盾构法。

3 地铁施工中TBM技术的应用

3.1 科学选择TBM设备

常用的TBM设备有单护盾掘进机、双护盾掘进机以及敞开式掘进机。施工单位需根据地质岩层的特性合理选择TBM设备。第一，单护盾掘进机。改良型单护盾掘进机是在传统单护盾掘进机的基础上应用土压平衡盾构原理设计的岩石掘进机，比较适用于硬岩地层施工与软岩地层施工，隧道支护应用的是同步管片衬砌。第二，双护盾掘进机。改良型双护盾掘进机是对传统的双护盾掘进机进行了改进与优化，应用了敞开式掘进模式与土压平衡掘进模式这两种模式，不仅增加了螺旋器出砟系统，也增加了喷锚支护系统，结合了单护盾掘进机与敞开式掘进机的优势，掘进效率较快。第三，敞开式掘进机。敞开式掘进机主要是利用支撑机构撑紧洞壁，从而承受掘进的反作用力，比较适用于硬岩地层施工。若地层当中存在破碎带，需要进行注浆加固处理。目前，青岛地铁主要采用双护盾TBM，采用预制管片衬砌结构。

3.2 TBM始发

在TBM始发环节中，施工人员需要安装托架与滑移架、铺设始发段的轨道、进行吊装下井、组装调试并安装首环管片。首先，始发托架具有在始发井当中对TBM设备进行定位和支撑的作用，而滑移架可以实现TBM设备盾体与托架的运动。施工人员需要将滑移架设置在始发井的底板之上，并将托架设置在滑移架上，确保滑移架与托架的中心线以及洞门中心线在水平方向保持一致。其次，施工人员需要将钢轨安装在钢枕的预留槽上，从而完成始发轨道的铺设。再次，当TBM设备被运输到施工现场之后，施工人员需利用履带式起重机吊装TBM的盾体与连接桥，并用汽车式起重机吊装台车。同时，完成TBM设备的组装工作之后，应全面检查设备的管线连接情况，并对设备的供电系统、动力系统、照明系统、主机皮带机、刀盘驱动、导向系统等系统进行调试，确保设备能够根据需求正常运行。此外，应利用一个封顶块、两个邻接块以及三个标准块构成管片，并在指定位置上安装首环管片。

3.3 TBM掘进

在进行TBM掘进时，施工人员应按照基本步骤进行设备启动，即启动后配套皮带机与主机皮带机、声电报警系统、变频驱动电机、主轴承等润滑系统并进行除尘风机、扭矩反作用油缸以及刀盤的调整和启动。之后，需要对TBM设备掘进过程中的参数变化情况以及石渣的状态进行实时监控。完成掘进之后，需手动关闭TBM设备，并调整刀盘位置，完成相关工作之后进行下一阶段的掘进工作。第二，拼装管片。应按照自下而上的顺序拼装管片，之后利用管片拼装机将管片运输至盾尾。在安装管片之前，需全面检查管片与盾尾之间的间隙，在拼接管片的过程中拧紧连接螺栓。第三，壁后回填。壁后回填工作至关重要，主要包括回填豆粒石、壁后注浆等环节。首先，当管片拖出盾尾之后，为了增强管片的稳固性，应当在管片的预留注浆孔中吹填适量的豆砾石。当喷嘴处被豆砾石填满之后，就需要关闭豆砾石喷射泵。需要将豆砾石的回填压力控制在0.4 MPa，增强回填密实性。其次，虽然填充了豆砾石，但是豆砾石之间的空隙仍然比较大，需进行注浆工作，优化隧道的止水性能，增强管片的稳定性。施工人员应在距离盾尾三十环的位置进行注浆，将吊装孔打通，从吊装空的底部进行注浆，若附近孔位存在浆液溢出的情况就需要利用浆液盖住附近孔位并停止注浆工作。若注浆的压力为0.4 MPa，也需要及时停止注浆。最后，需进行换刀工作。若刀具磨损程度较大，就会减小TBM的推力，减慢TBM的推进速度，会严重影响施工效率，甚至出现卡壳等情况。施工人员需多观察刀具的情况，及时更换刀具，提高掘进效率。

3.4 TBM接收

完成掘进工作之后，应根据TBM的实际情况以及洞门的复测结果将TBM的姿态调整到预设状态中。TBM到达时效率较慢，可能会出现下沉的情况，所以在明确TBM的贯通姿态时，需要在贯通前的三十米将TBM的姿态调整到高出十五至三十毫米的位置，为后续的TBM接收奠定基础。当TBM在到达段掘进过程中，如果TBM的刀盘出现载头情况或突变量超过两厘米时需要及时停止掘进工作。可以将适量水泥添加在最后二十环注浆液当中，增强管片壁后回填的密实性。

4 结语

在地铁施工过程中，施工单位应根据实际情况科学选择有效的施工方法，明确TBM施工技术是否合适，做好TBM的掘进与接收工作，并加强施工风险控制，保障任何施工环节都没有问题。

参考文献：

[1]李益美.地铁隧道工程TBM施工工艺分析[J].建筑建材装饰，2018（5）：66+77.

[2]周银江.双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术分析[J].建筑技术开发，2019（16）：78-79.

[3]李志成.TBM下穿江北机场区间隧道施工的技术分析[J].中国民航飞行学院学报，2020（2）：15-19.