城市地铁双护盾TBM穿越不良地质技术

罗长征

摘要：双护盾形式的TBM逐步引入地铁施工，双护盾TBM的适应性较强，可适用于硬岩，也可应用于软岩，但其穿越不良地质时需采取一系列措施，如预加固和控制各项掘进参数等保证安全顺利通过。

Abstract： The TBM in the form of double shields is gradually introduced into subway construction. The double shield TBM has strong adaptability and can be applied to hard rock or soft rock. However， a series of measures should be taken when crossing bad geology to ensure safe and smooth passage， such as to pre-reinforcement and control of various driving parameters.

关键词：双护盾TBM;地表加固;掘进参数

Key words： double shield TBM;ground reinforcement;driving parameters

中图分类号：U231.3                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0209-02

0  引言

随着机械设备在隧道掘进施工中的不断应用，逐步替代人工，城市地铁中应用更为广泛。原来在山岭隧道、引水隧洞广泛应用的TBM，其中双护盾形式的TBM逐步应用到城市地铁区间施工。

双护盾TBM可用于软弱破碎地层段，在护盾的保护下拼装衬砌管片。双护盾模式可同时进行TBM掘进和衬砌管片安装。双护盾TBM的适应性较强，可适用于硬岩，也可应用于软岩，当采取一系列措施时，可以通过断层破碎带、松散巖类孔隙水、基岩裂隙水等不良地质。

1  工程概况

地铁区间由大里程向小里程方向掘进，线路敷设于现状道路下方，起止里程23+158.45～21+439.017。此段不良地质段里程为23039～22955共84m，半径450m左转弯、纵坡5‰的直径6.3m隧道。根据地勘揭示情况，自上往下依次为：素填土、粉质黏土、角砾、强风化花岗岩下亚带、中风化花岗岩、凝灰岩（块状碎裂岩）、微风化花岗岩等为V类围岩。

基岩裂隙水与第四系孔隙水密切相关，主要赋存于基岩强～中风化带及节理裂隙密集带中，地下水径流深度较大，径流方向复杂。该层渗透性较小，局部水流汇集，水量可能较大。（图1）

2  施工措施

不良地质对TBM掘进施工有较大影响，不但严重降低TBM掘进效率，而且可能造成地面空洞、地面坍塌、管线破损等情况。故施工前及施工过程中必须采取有效措施加以控制，否则可能带来严重后果。

双护盾TBM通过不良地质时，一般分为掘进前、掘进中、掘进后三个阶段。掘进前进行超前地质预报（或地表钻孔勘探），以确定不良地质带范围、破碎程度以及含水情况等，需要加固的提前进行加固。掘进时合理选用TBM掘进参数，并根据监测结果及时调整。掘进后加强管片衬砌进度，并及时跟进管片背后的豆砾石回填及注浆。

2.1 地面预加固

不良地质注浆加固范围为隧道洞身外3m范围内，注浆材料采用水泥浆+双浆液。注浆孔呈800mm*800mm梅花形布置，注浆孔直径？准50，浆液浓度应根据隧道围岩条件加以调整;初拟为C∶S=1∶（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比0.8∶1～1∶1，水玻璃模数2.6～3.0，水玻璃浓度30～400Be。

注浆压力：采用0.5～2.0MPa，注浆时根据现场试验进行调整。注浆后土体渗透系数应小于1×10cm/s，无侧限抗压强度应大于3.0MPa。

2.2 洞内加固

？准10无缝钢管做成花管，前部做成尖状，采用风镐或电镐顶进掌子面。

采用YT24小型手风钻，带自进式锚杆（前部带一次性钻头）钻进，自进式锚杆做成花管。

采用YT28手风钻，带自进式锚杆（前部带一次性钻头）钻进，自进式锚杆做成花管。采用化学灌浆材料进行掌子面破碎围岩加固和空腔填充。

化灌前，先进行化学灌浆的一系列试验，包括配合比试验、现场化灌试验、化灌材料的物理力学试验等。

TBM掌子面化灌顺序采用先由下向上灌注，逐层封闭，确保超前灌浆或洞外灌浆不损坏TBM。

灌浆压力根据现场试验选定，做到在较短时间内，将灌浆压力上升到规定的最大允许压力，以保证灌浆的密实性和增大有效扩散范围。灌浆应连续不宜发生中断。管片封闭环注浆在规定的压力下，孔内停止吸浆且待闭浆后结束该孔的灌注。刀盘掌子面灌浆根据松散区范围进行计算，以使松散区得到充填为准。刀盘灌浆主要为稳定掌子面，同时对超前灌浆或洞外灌浆形成封堵;刀盘掌子面实行短管灌注。

2.3 掘进施工

①在掘进的情况下，对设备液压系统进行再次检测，确保在正常掘进情况下盾体内各液压油缸能够按照指令进行工作。

②在条件允许情况下重新设置主推液压油缸分区，使其能够进行单缸控制，保证液压油缸流量处于完全可控状态。

如出现TBM机头自然下沉问题，可采取超前预加固措施，即在掌子面底部和右侧进行注浆加固，增大围岩稳定性，保证TBM在行驶过程中尽量不发生下沉及右移等问题。

在保证垂直高程在设计范围内的条件下，调整左右偏差，使TBM尽量保持在设计路线内。采用低转速1.5r/min，扭矩控制1500～2000kN·m适当调整掘进速度，初步确定为80～90mm/min内，推力5000～7000kN，根据出渣量进一步调整，防止坍塌。对每一环排出的岩渣进行留样处理，比对分析，实时掌握掌子面围岩状况，以便及时提出解决办法。及时对伸缩盾内的漏渣进行清理，可设置档渣板。在非必要情况下尽量减少停机次数，要快速、匀速的通过，防止设备卡机。管片拼装完毕后，后续工序要及时跟进，如豆砾石回填，注浆加固等。减小封闭环距离，由原来每10环一环封闭环改为每5环一环封闭环。

在掘进过程中，若发现出渣量明显增多或出现以下情况：

出渣量相对开挖断面和进尺指标超标（双控指标大于5%以上）;TBM在不掘进的情况下，皮带机仍然大量渣料涌入;TBM姿态偏转或下沉;地面沉降监测报警。应将刀盘顶在掌子面上，立即停机处理。

在穿越破碎带掘进过程中，随刀盘前进，在掌子面正上方地面上前铺设厚度3cm钢板，钢板随掌子面位置变化，不断改变，钢板铺设宽度为道路宽度。

2.4 掘进后物探孔洞

待TBM试掘进一段距离后，及时对后方地层进行地质雷达探测，考虑到地质雷达探测深度的局限性，探测分两次进行，首先从地面进行地质雷达扫描，確认接近地面范围内是够有空洞存在;然后再在洞内相应位置，对管片上方进行雷达扫描，综合地上和洞内扫描结果进行分析，如有空洞存在，采用地面打探孔进行灌注细石混凝土或洞内二次灌注水泥水玻璃的方法。

2.5 地表监测

提前对破碎带区段地面进行监测点加密布设，穿越过程中，若出现塌方应提高监测频率，由原来一天一次改为一天两次或三次，并及时对监测数据进行汇总分析，然后及时进行在群里发布，让每个人都了解现场状况。

3  应急处理措施

TBM在穿越不良地质段时，经常伴随着塌方现象，有时还会压住机头，发生地表坍塌、卡机的事故，使得TBM掘进受阻，另外还会使TBM掘进方向偏移，管片安装接缝超标，出现较大的错台和裂缝，设备配件受损等问题出现。一般先期有以下几种表现：出渣量增大，岩渣规格明显不均匀大小悬殊;而且岩粉含量降低，有些岩块上附着泥沙;前后支撑反作用力降低;如遇到塌方，会出现出渣量剧增，有时会将传送皮带压住。

不良地质段，围岩较破碎、并且稳定性差，TBM掘进过程中可能会出现塌方，地处城市，社会影响较大。双护盾TBM在掘进时，若发现掌子面及周边围岩破碎、松散，TBM刀盘应顶撑在掌子面上，停止转动，不得出渣，否则会造成刀盘前部更大范围塌方。应停机，立即对掌子面进行钻孔，注射化学浆液稳定掌子面，然后再采用水泥浆对前方进行加固。

4  总结

通过提前的地表处理，过程中的TBM掘进参数控制，以及各项措施的落实，双护盾TBM顺利通过该段不良地质段，同时为双护盾TBM穿越不良地质积累经验，也提高适用性。

参考文献：

[1]陈雷.双护盾TBM穿越断层破碎带地铁隧道施工技术[J].建材与装饰，2020（03）：270-271.

[2]林刚，史宣陶，陈军.双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践[J].隧道建设（中英文），2019，39（12）：2020-2029.

[3]董彦明.隧道洞口施工地表预加固技术及应用[J].价值工程，2010，29（21）：131.