TBM隧洞施工管片安装及滚动姿态纠偏方法

张志英

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概况

甘肃省引洮供水一期工程，属国家重点建设工程，是党中央、国务院从根本上解决甘肃中部干旱地区水资源极度短缺问题，实施西部大开发战略，推进全面建设小康社会，构建和谐社会的标志性工程，也是新中国成立以来甘肃省水利建设史上跨流域调水的最大工程。水源为位于甘肃省卓尼县境内的洮河九甸峡水利枢纽。引洮供水一期工程总干渠7号隧洞位于甘肃省定西市渭源县秦祁乡，隧洞全长17.286km，设计横断面为圆型，开挖断面直径5.75m，净断面直径4.96m，设计纵坡1/1650，设计流量32m3/s，加大流量36m3/s。工程洞身段采用一台TBM单护盾掘进机施工，隧洞采用四块六边形管片衬砌，衬砌外径5.52m，内径4.96m，管片厚28cm。隧洞主要穿越薄层黄土覆盖的低山卯梁区，最大埋深368m。围岩主要由第三系泥质粉砂岩、粉（砂）质泥岩、砂砾岩、（含砾）砂岩、疏松砂岩等组成，岩性软弱，呈层状分布，相变剧烈，结构疏松，成洞困难。

2 六边形管片衬砌由来与发展

与TBM相配套的是管片安装。为了使隧洞衬砌速度与掘进速度相适应，本工程使用了六个方向束缚的六边形管片，即所谓的蜂窝状管片衬砌结构。我国的引大入秦引水工程中第一次使用了六边形管片衬砌，完成了11.65km长的引水隧洞施工；在山西省万家寨引黄入晋工程中，六边形管片衬砌得到了最大范围的推广应用，先后在8条总长度为122.31km的隧洞中得到使用；引黄北干线1号隧洞和新疆伊犁河南岸干渠八十一大坂引水隧洞等工程也使用了六边形管片衬砌。

3 管片衬砌原理及其重要性

隧洞每环由4块管片组成，管片混凝土强度要求标准为C45，管片宽160cm，厚28cm，接头处做成一个高宽比为0.2的等腰三角形，构成能自行咬合的衬砌环。六边形管片片向不采用螺栓联接，属于“自锁结构”，所以会出现管片间错台、接缝张开、止水条接触不紧等问题。管片衬砌既在不良地质条件下起支护作用，又同时为推力系统提供反作用力，尤其是对该工程所使用的单护盾掘进机。为使TBM顺利掘进，必须靠推进油缸作用于管片上的反作用力使其向前掘进，所以管片安装姿态尤为重要，特别是管片安装过程中及TBM掘进时扭矩所造成的管片滚动，直接影响到洞内行车安全和后配套运输，并对TBM掘进时各项参数均有一定程度的影响。

4 管片安装及滚动姿态纠偏

工程要求管片安装精度为：接缝宽度不大于5mm，环纵向错台不大于±5mm。TBM刚进洞时，掘进和安装均需一定的磨合，由于前期地质条件的限制，成洞轴线出现了波浪蛇形线和软基地层，导致TBM下沉，垂直误差超出隧洞的允许误差，因此必须时刻对管片安装及滚动姿态进行监测、纠偏，达到允许误差要求，保证结构安全。这就要求必须有好的安装工艺，施工单位须制定严格的质量保证体系并拥有熟练的操作人员。

受工艺限制，软基地层导致了TBM的下沉，在安装管片时，必须将管片下边的淤泥清理完毕，铺设干性豆粒石混凝土，铺设厚度视具体情况而定，必须保证管片错台在合理范围内，使安装轴线不出现大起大落现象，管片安装完毕后要及时回填（下转第42页）底拱砂浆，防止管片继续下沉。

在掘进过程中出现的滚动时，调整步骤如下：

第一，首先从安装的底片A块管片开始，将尾盾处的淤泥清理完后，铺设一层豆粒石混凝土。

第二，安装时A块管片所对应的环缝、纵缝粘垫木板具体位置及所粘垫木板厚度视实际情况而定，需加工3cm，2cm，1cm厚的木板若干片，木板均为20cm×15cm。

第三，由于管片滚动纠偏导致管片纵缝环缝增大，因此会出现定位销错位，导致无法正确安装，特要求将定位销进行打磨，方法为将定位销的任意一端的侧边磨去1.09cm，具体安装数量视现场情况而定，因此要准备一定量打磨好的定位销。

第四，管片安装前一定要对安装区进行清理，清除污泥、积水等杂物，确保管片支墩与底部贴近的同时两侧外弧面与盾壳相切，提高管片整体安装质量。

第五，TBM主司机应严格控制掘进参数，如降低推力、扭矩、掘进速度，减少推进油缸辅助调整板调整长度等。

第六，必须按照技术要求进行管片纵缝，环缝粘垫木板，严禁出现漏垫、错垫、不垫现象，此外，在调整滚动时，左右两侧管片与顶管片结合部位要预先安装钢板，钢板长度为可以搭接到顶管片处12cm左右，防止管片向外侧位移导致顶管片下沉。

第七，管片安装过程中，安装人员应有意识地将管片向顺时针方向纠偏安装。

第八，在管片安装完成后，及时跟踪测量，出现问题及时反馈。

以上滚动方法经过计算，每纠偏安装一环管片，可将每环管片周长轨迹顺时针调回1.09cm。另外需要注意的是，在管片调整滚动时，安装的管片纵缝过大，则需要在纵缝处用GB遇水膨胀止水条填塞。管片安装完毕后要及时回填豆粒石及底拱砂浆，防止管片在自身重力或TBM主推油缸反作用力下位置发生变化，使调整滚动效果不明显。

5 结语

本工程隧洞较长，在机器顺利掘进的情况下，保证管片安装质量，才能使止水效果更好，以及对TBM推进起着良好的导向，管片安装的平整度直接关系到TBM的洞内运输，安装质量直接关系到生产能否高效、有序。目前TBM在隧洞工程施工中得到了广泛应用，甘肃引洮工程7号隧洞使用的这台设备，是我国首台单护盾掘进机，在掘进过程中会出现一些管片安装的新问题，随着TBM技术的不断成熟和新工艺的实施，管片安装质量将会得到更好的保证。