单护盾TBM掘进姿态控制

唐浩然

摘 要：单护盾TBM是进行隧道掘进的方式之一，在进行TBM掘进的时候受到了广泛使用。本文主要结合重庆轨道交通五号线一期工程重光站-大竹林车场段区间单护盾TBM的具体施工情况，对单护盾TBM 的控制姿态进行探讨和分析。

关键词：单护盾；姿态控制；控制措施

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

TBM使隧道连续开挖续掘进成为现实，在施工时具有掘进速度快、效率高和安全风险小的特征。单护盾TBM多用于软岩、破碎地层，在隧道施工时，由于隧道的距离比较长，地质条件复杂，设备掘进姿态难以控制导致隧道掘进的质量很难得到保证。因此在隧道施工时，应合理分析工程情况，选取正确的掘进参数，利用有效的方法对TBM掘进姿态进行控制。

1 工程概况

重庆轨道交通五号线一期工程起点为园博园站，终点为跳蹬站，线路全长39.66km。单护盾TBM施工段位于重庆市北部新区的重光站～大竹林车场区间，长度为9196.666m，设3个正线区间，分别为重光站～和睦路站、和睦路站～人和站、人和站～大竹林车场区间。区间采用2台单护盾TBM施工，从大竹林车场始发，步进通过人和站、和睦路站后在重光站后接收井吊出。沿线最小转弯半径为400m，设计最大纵坡为44‰，竖曲线一般地段半径为5000m，困难地段采用3000m。隧道管片内径为5.9m，管片度厚0.35m，隧道开挖外径为6.83m。

2 地质水文条件

本工程位于川东南孤形地带，华蓥山帚状褶皱束东南部的次一级构造—重庆弧形褶皱束复式向斜一构造区域内，发育有北碚向斜、石马河（化龙桥）向斜、沙坪坝背斜等次级褶皱，构造线多呈NNE―SSW向，TBM区间岩层产状线路走向与构造线走向基本一致。地下水为第四系松散层孔隙水，水量较小；碎屑岩类孔隙裂隙水泥岩相对隔水、水量稍大，动态稍稳定。地表出露地层较简单，由第四系全新统松散土层和侏罗系中统上沙溪庙组与下沙溪庙组的砂质泥岩、砂岩组成，第四系全新统人工填土（Q4ml）基本上为素填土，第四系全新统河流冲积层（Q4al）、第四系全新统残坡积粘性土（Q4el+dl）厚度一般0.3—2m，局部原始谷心地段较厚，侏罗系中统沙溪庙组（J2s）多为砂岩及砂质泥岩。

3 软岩地质条件下TBM掘进姿态控制难点

（1）隧道设计轴线及穿越地层的影响。隧道的总体设计除了要满足地铁运行的使用要求以外，在设计轴线的基础上，结合盾构法施工的特点制定出一条指导施工的施工轴线；确定特殊工况的施工方案；单护盾TBM在本区间不同的地层之间掘进时，受力情况更加复杂，给掘进中的姿态控制造成了较大的难度。

（2）隧道测量的影响。在隧道掘进过程中，测量的正确性、准确性及精确性是至关重要的，它直接决定了盾构机的掘进方向，经常复测，及时调整，保证隧道轴线的正确性。特别是由于管片上浮或旋转造成测量系统出现问题，因其难以发现，是本区间TBM设备掘进姿态控制的难点。

（3）盾尾垫起或前盾栽头。在软岩掘进时会经常出现微小的塌方，由于岩层含泥量与含水量比较多，在出渣的时候非常困难，刀仓经常会被堵死，出渣不能及时进展，推力和扭矩力量就会增加，渣土就会垫在盾体后面，使掘进的姿态受到限制，TBM处于抬头状态。

而在岩石含水量增加的过程中，围岩在含水量达到12%的时候就开始软化，泥化的程度也会增加，导致TBM低着头，不能合理进行油缸位差的调整，让TBM 发生栽头现象。

（4）刀具更换及管片的影响。TBM最小转弯半径曲线是要求在全盘新刀的情况下模拟的，换刀对掘进姿态的影响主要出现在曲线掘进段，提前考虑刀具更换的位置、方案，方能够顺利通过曲线段。

管片的不同形式对隧道的掘进有着不同的影响，一般设计方会出具隧道的整体管片排列图，但应结合施工情况会做出相应的调整，同时根据管片的不同拼装方式制定施工方案。

4 TBM掘进姿态的控制措施

（1）充分考证地质情况。本区间虽无不良地质与特殊岩土，但施工前对地质的纵向剖面图和围岩的实际情况进行明确、对地质围岩的条件进行合理勘察仍十分重要。要对单护盾TBM在掘进中的影响因素进行分析，明确含水率、含泥量、岩石性质，单护盾TBM很有可能不能通过80m的含水疏松沙层，因此在施工的时候要充分保证各个工序之间的衔接，停机进行保养的时候时间不能太长，否则会使围岩的含水量增加，严重的时候会出现涌沙现象，造成TBM被卡。

（2）精准测量，勤调缓调。在掘进时要加强测量，姿态调整要勤调缓调，实际掘进时，要把握TBM 的趋势，调整趋势不能太大，否则会造成急于纠偏的现象，大趋势变化由大方位变化而来。趋势要与管片锲行量调整大小匹配，在管片能够调整的范围内进行调向。也就是要跟着管片方向进行调向。反之则容易使管片与盾尾卡死，铰接力及行程会增加。在管片质量得到保证的前提下，保证TBM姿态的合理调整，使现有姿态沿着直线精心缓慢行走，在行走过程中缓慢进行姿态的调整。

（3）滚动控制。滚动控制主要是控制刀盘旋转方向，随着滚动角变化进行刀盘换向，掘进过程中如果发生一边转向掘进较快时还需注意刀具磨损的情况。同时注意管片安装采取左右交叉顺序，调整两腰推进油缸，使其轴线与盾构轴线不平行，增加摩擦力。

（4）管片底部砂浆换填。本TBM区间管片拖出盾尾后立即填充底部空隙，避免错台隐患；管片背后先后采用豆砾石、砂浆、水泥净浆填充，增加注浆点密实回填。在掘进时，由于管片间的缝隙承载力不够，容易造成管片下沉，造成TBM 崛起姿态不稳，使盾体与管片产生的夹角太大，引起TBM推力过大，造成管片安装机的受损，在进行底部填充的时候必须使用干性水泥砂浆，通常情况下，将填充的厚度控制在5厘米之间。

（5）盾尾间隙的合理控制。盾尾的间隙可以将TBM的姿态与管片姿态得到展现，好的掘进姿态可以保证管片姿态与TBM 吻合，使管片质量得到保证。因此，在TBM掘进的时候，要在管片的安装前、安装中、安装后进行仔细查看，了解TBM和管片的吻合状态，根据具体的参数对崛起的情况进行真实反映，通过出渣口对围岩的情况进行观察。

5 结束语

本文主要对软岩地质条件下单护盾TBM掘进姿态控制进行阐述，利用充分进行地质情况考证、合理制定调向原则，认真进行勤调缓调、滚动控制、管片底部砂浆换填、盾尾间隙的合理控制进行应对，以促进软岩地质条件下单护盾TBM掘进姿态合理控制。

参考文献：

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[2]吴乐.单护盾TBM管片旋转问题及应对措施[J].隧道建设，2012（05）.

[3]冯欢欢.TBM施工风险与应对措施[J].隧道建设，2013（02）.endprint