地铁工程双护盾TBM施工地层稳定性及支护结构受力机理研究

兰振宇

摘要：下文将地铁项目建设当中的双护盾TBM施工（下文简称“TBM施工”）期间，掘进施工参数对于围岩内部稳定性产生的影响、各类支护施工方法和围岩之间产生的相互作用机理当作讨论对象，经过查阅各类资料进行调研、通过理论知识进行分析等大量方式开展研究工作。

关键词：地铁工程；双护盾TBM施工；地层稳定性；支护结构；受力机理研究

TBM施工方式普遍使用在深埋、长度大的隧道施工中。因为地铁项目施工时具备的复杂性以及重要性，所以，对掘进施工期间，导致围岩部分出现的扰动现象进行嚴格的控制，预防此类事故对地表区域的建筑物产生重大的影响。

一、对各类围岩当中稳定性产生的影响

（一）对于中风化类型围岩稳定性产生的影响

因为中风化类型的花岗岩自身拥有相对优质的稳定性，TBM掘进施工期间，对于这类围岩稳定性产生的影响普遍不大。综合而言，其具备的稳定性相对较优。一些与隧道洞身所处区域偏短的围岩，其拥有的安全系数不超过1。这一数据能够表明，TBM掘进施工期间对于原岩应力本身达到的平衡造成了破坏，从之前的三向应力几乎转变为两项应力，在围岩内部出现应力集中的情况，围岩会出现损坏情况，同时从周围慢慢往深层区域扩散，直至呈现出全新的三向应力之后结束。TBM掘进施工会对隧道当中洞壁位置上的围岩造成相对偏大的影响，在这一位置上层形成破裂带，朝着深层区域扩散；由于距离的不断加大，TBM掘进施工对于胃炎造成的扰动现象慢慢降低[1]。从围岩部分呈现出的安全系数能够了解到，TBM掘进施工过程中，对于隧道当中的拱肩以及拱顶这两个区域造成的影响相对偏大，而对于拱底以及拱脚这两个区域造成的影响相对偏小。

中风化类型围岩状态当中，对于参数存在差异的掘进速度开展施工时，由于施工转速的加大，TBM掘进施工对于围岩部分出现的扰动情况会在一定程度上降低。另外，和施工的推进速度进行对比，转速对于围岩部分造成的影响更为明显。例如，在对某一地铁项目使用TBM开展掘进施工时，出现的松动圈区间值是0m～0.6m。

（二）对于强风化类型围岩稳定性产生的影响

强风化类型围岩状态当中，TBM开展掘进施工导致围岩部分强度出现的下降幅度偏大，与隧道洞身所处区域偏短的围岩，其拥有的安全系数不超过1，这表明TBM开展的掘进施工对于原岩应力本身达到的平衡造成了破坏，从之前的三向应力几乎转变为两项应力。同时从周围慢慢往深层区域扩散，直至呈现出全新的三向应力之后结束。TBM开展的掘进施工对于围岩造成的扰动情况慢慢减小。从围岩部分具备的安全性能够了解到，TBM掘进施工对于隧道当中的拱肩以及拱顶这两个区域造成的影响相对偏大，而对于拱底以及拱脚这两个区域造成的影响相对偏小。对Drucker-Prager当中的屈服条件进行考虑得出：主应力部分对于围岩造成的影响大。根据Drucker-Prager当中的屈服条件通过计算得出： Drucker-Prager当中的屈服原则以及具备的安全系数进行的对比，前者具备的安全系数更高，获得的掘进施工参数一致的情况下，围岩部分出现的松动圈区域减小[2]。

借助于Drucker-Prager当中的屈服原则以及Drucker-Prager当中的屈服原则，拥有的最小安全系数，可了解到处于强风化类型岩石以及中风化类型底层内部的地层时，存在差异的掘进参数对于围岩部分的稳定性会造成影响。

中风化类型以及强风化类型的围岩状态当中，在规定的推进施工速度以及转速工作区间之中，TBM掘进施工对于围岩部分产生的扰动区间值分别是0.2 m～0.4m以及1.4 m～1.8 m范围内。另外，在规定大小的区间之中，由于转速以及推进速度的持续加大，导致围岩部分出现的开挖扰动情况变小，洞室当中围岩部分具备的稳定性更佳[3]。

二、对各类支护结构自身受力机理产生的影响

（一）分析多种类型支护方法和中风化类型围岩之间存在的相互作用

在对隧道实施开挖施工以后，不对其使用支护施工，围岩部分垂直方向的位移情况减小，拱顶区域最大垂直方向出现的沉降位移量大概是0.147mm，拱底区域最大隆起量大概是0.1mm，拱腰位置上的围岩出现收敛现象，朝着隧道当中的净空区域进行移动，该区域的横向最大位移量是0.019mm；使用管片开展施工支护以后，围岩部分拱顶区域最大垂直方向出现的沉降量是0.135mm，拱底区域最大隆起量大概是0.124mm，拱腰位置上的横向最大位移量是0.017mm；使用喷锚方式开展支护施工以后，围岩部分拱顶区域最大垂直方向出现的沉降量是0.147mm，拱底区域最大隆起量大概是0.138mm，拱腰位置上的横向最大位移量是0.019mm；使用喷锚以及模筑衬砌施工结构围岩出现的形变量，和使用喷锚方式开展支护施工是得到的结果大体一致，全部实现了地表部位出现的沉降量不大于30mm的这一标准要求。

从上文当中能够了解到，由于围岩自身具备的性能相对优质，对隧道开展的开挖工作结束以后，围岩部分出现的形变问题不大。在第一时间开展支护施工，降低了隧道周边区域围岩部分产生的应力松弛现象，力学性能获得了有效的提升，可以对围岩部分出现的形变问题发挥出预制效果，降低水电气奥开挖施工期间对围岩部分产生影响的区间面积，为围岩部分具备的稳定性供给了相对优质的保证[4]。另外，支护结构的具体方式对于围岩出现的形变下沉会产生一些影响。上述提到的三类支护方式当中，使用管片开展支护施工的效果相对优质，可以高效的对围岩部分的形变问题进行控制。

（二）分析多种类型支护方法和强风化类型围岩之间存在的相互作用

这部分作用力情况为：垂直方向的形变超过横向形变，拱腰位置的围岩部分出现收敛现象，对围岩垂直方向位移产生的影响很大程度降低等。

三、结束语

从上文的论述中能够了解到，以强风化类型围岩以及中风化类型围岩为论述对象，在对铁路项目开展施工期间，使用TBM掘进施工时，必然会对这两类围岩自身具备的稳定性、各类支护结构自身受力机理造成影响。因此这就要求在实际施工期间，注重此方面的问题，以强化项目开展的建设施工，保证项目后期正式运行。

参考文献：

[1]程建龙，杨圣奇，潘玉丛，等.挤压地层双护盾TBM围岩变形及应力场特征研究[J].岩土力学，2016（s1）：371-380.

[2]郭志，王小强，王以栋，等.青岛地铁隧道双护盾TBM适应性设计及应用[J].隧道建设（中英文），2018，38（1）：135-141.

[3]王玉锁，何俊男，吴浩，等.基于摩尔-库仑准则的双护盾TBM掘进参数研究[J].铁道工程学报，2017，34（5）：83-88.

[4]陈浩，王龙，李子洲.西北某山岭隧道双护盾TBM花岗岩地层卡机分析及脱困技术[J].河南科技，2017（17）：29-31.

（作者单位：中铁十七局第一工程有限公司）