深圳城市轨道交通8 号线工程中的TBM双护盾施工技术

2022-06-15吴文龙

工程建设与设计 2022年10期

吴文龙

（中交二公局第三工程有限公司，西安 710000）

1 工程概况

根据深圳地铁8 号线一期梧桐山—沙头角区间双护盾TBM 在中分化围岩掘进经验，刀盘转速7.5 r/min，刀盘扭矩1 300 kN·m，掘进速度65 mm/min，总推力8 200 kN。5 刀盘转速1.2 r/min，刀盘扭矩300～500 kN·m，掘进速度5～10 mm/min，总推力4 000～5 000 kN。TBM 始发时控制刀盘切削围岩最大推力不超过600 t。

2 TBM双护盾施工技术的应用优势

双护盾TBM 是地铁盾构施工中的重要设备，其包含两节盾构壳体，除了有效保证开挖面的稳定性（避免坍塌），还适用于曲线开挖的施工环境。双护盾TBM 的适用范围较广，在硬岩、软岩等地质条件中均具有可行性，且其稳定可靠的优势在穿过断层破碎地带体现得更为明显。

双护盾TBM 具有全圆的护盾，相比于单护盾TBM，其在地质良好的区段能够同时完成掘进和管片安装两项工作。双护盾TBM 具有伸缩护盾，得益于该结构的灵活性，可高效完成软、硬岩作业转换操作。

双护盾TBM 有两种掘进模式可供选择，具体为单护盾、双护盾的掘进模式。其中，对于稳定性不足、地质条件欠佳的地段，较为适宜的是采用单护盾掘进模式；若施工现场地层的稳定性较好、围岩仅有小规模的薄弱区，可以采用双护盾掘进模式，此时洞壁岩石因其自身具有护壁作用而维持稳定，TBM掘进过程中，支撑系统伸出水平支撑靴，利用该装置稳定支撑洞壁，与此同时支撑靴提供掘进反力，为盾构掘进创设了良好的条件。

3 双护盾掘进模式的具体应用

随着TBM 掘进施工进程的推进，达到12 m 后盾体完全进入围岩，此时启用双护盾模式。撑靴缓慢伸出，稳定卡住洞壁，由该装置提供掘进所需的反力以及反扭矩。通过对主推油缸的调控，有效推动刀盘和前盾，使两类装置向前移动。经过一个步进的施工后，伸缩盾继续掘进，并于盾尾拼装管片。在双护盾模式施工中，各道工序得到有效的协调，施工秩序有条不紊。

3.1 工艺流程

TBM 双护盾施工工艺流程，如图1 所示。

3.2 TBM掘进施工

主推进油缸提供推力，促进刀盘的移动；伸缩盾伸开，刀盘向前推进；及时启用撑靴，该装置稳定撑在洞壁上，可提供掘进反力，以满足掘进施工要求；后配套台车稳定在隧洞中，刀盘破岩过程中产生的渣土经由溜渣槽进入皮带输送机，而后转至编组渣车；期间，于盾尾安装预制管片。刀盘每掘进1.5 m，视为一个循环。

3.3 换步操作

主推进油缸达到最大掘进行程时，TBM 停机换步，在执行此项操作时，刀盘停止转动，撑靴以相对较慢的速度收回；联合应用主推进油缸（牵引）和辅助推进油缸（顶推），促进TBM 前移特定的距离，此时后配套根据实际情况同步前移，经过前述的转换操作后，主推进油缸呈收缩状态；此后，撑靴依然撑紧洞壁，以便进入下一循环。换步的具体流程如图2所示。

图2 换步流程图

3.4 掘进方向的控制

受现场地层软硬不均、坡度变化等多重因素的共同作用，TBM 掘进时实际姿态可能会偏离隧道轴线。若偏差较大，将导致隧道衬砌侵限、盾尾间隙减小，进而影响管片的正常使用，有局部受力恶化的现象，地层损失增加并使地表显现出更为明显的沉降。因此，在施工中必须加强对TBM 掘进方向的检测，准确判断实际偏差，采取调控措施。

3.4.1 掘进方向的控制

图1 TBM双护盾掘进模式施工工艺流程图

1）姿态监测。联合应用VMT 自动导向系统和人工测量两种方法，共同完成TBM 的姿态监测工作。适配的VMT 系统具备全天候监测的能力，可及时呈现出TBM 的位置以及其与设计轴线存在的偏差，以监测结果为依据，灵活调整TBM 的掘进方向，将偏差控制在许可范围内。随着TBM 掘进施工进程的推进，导向系统后视基准点根据工程进度适时前移，正常情况下每100 m 延伸一次导向系统。每周安排两次人工测量导向系统的测量数据。除此之外，根据测量数据复核TBM 的姿态。

2）姿态方向的调整。分区操作TBM 推进油缸，实现对TBM 掘进方向的有效控制。综合考虑系统呈现出的TBM 姿态信息、分段轴线拟合控制计划、现场地质条件，针对性地操作TBM 的推进油缸，精细化控制掘进方向。

3.4.2 水平方向的纠偏

左偏时，加大左侧千斤顶的推进压力，并在原基础上适当减小右侧千斤顶的推进压力，经调整后，使TBM 姿态具有合理性。纠偏遵循的是“多次、少量”的基本原则，避免一次过量纠偏的情况。精准计算，根据计算结果有效控制千斤顶的行程量以及压力，经过调控后，使TBM 沿着设计轴线推进。隧道轴线水平位置、轴线高程的允许偏差均不可超过±50 mm。

3.4.3 纠偏注意事项

1）以掌握的掌子面地质条件为参考，合理调整掘进参数；设定具有可行性的警戒值与限制值，用于控制掘进方向，若实际偏差达到警戒值，及时启用纠偏程序，尽快完成纠偏。

2）纠偏宜采取蛇形修正的方法，以缓慢的速度推进，若修正操之过急，有可能加大偏差。

3）注重TBM 的及时纠偏，以免卡壳。

4）严格控制推进油缸的油压，若要对该项指标加以调整，需做到“缓慢、微量、多次”，否则可能会导致管片局部受损[1]。

3.5 TBM管片拼装

3.5.1 止水条及垫片的设置

1）根据要求选择优质的止水条，安装工作由专员严格依据作业指导书进行，全程均要具有规范性。

2）加强防护，避免存放的止水条遇水、受潮，确保投入使用的止水条可完全满足要求。

3）管片拼装施工前，加强对止水条实际情况的检查，若有受损或是遇水膨胀现象，该部分均不具备使用的价值，应予以更换。

4）在使用垫片前，先安排技术交底，使每位施工人员均掌握垫片的使用方法，并加强对垫片原材料的检查，任何不满足要求的材料均不可投入使用。

3.5.2 管片的存放、运输

1）提前规划管片的存放场地，要求现场具有平整性与稳定性，而后按照型号将管片分类码放到位，统一使内弧面向上平放，用垫木分隔管片，避免管片直接磕碰而受损。管片内弧面向上时，堆放的数量不宜超过4 层，同时应保证每堆管片均有合理的安全吊运间距。

2）若管片表面有缺棱掉角、裂缝（指的是宽度超过0.2 mm的裂缝）或其他异常状况，均要查明实际情况，予以修补，使管片恢复完整。修补所用材料的强度不可小于管片的设计强度，经过修补处理后，管片需满足形态完整、稳定可靠的基本要求，与原管片断面紧密结合，不可形成干缩裂缝。

3）运输时，将管片放在支垫物上，层间设置垫木，用于分隔管片。有效调整管片，每层支撑点需在同一平面，各层支垫物需在同一直线上。管片运输时加强防护，避免磕碰。

3.5.3 管片的起吊、移动

管片运至现场后，利用管片吊机有序卸下，而后起吊至指定安装区域，具体操作要点为：管片上设置了吊装孔，在该处拧紧吊装螺栓；启动管片吊机，使该装置靠近待吊装的管片，并稳定锁住吊装螺栓；由专员操作管片吊机，将管片朝着刀盘方向运转，到达连接桥所在区域时，对管片做旋转处理（90°）；此后，继续吊装管片，直至其到达指定安装部位为止。按照前述提及的流程重复施工，将各管片吊装到位[2]。

3.5.4 管片的拼装

按照自下而上的顺序依次拼装管片。底部管片就位后，开始拼装两侧的标准管片和临接管片，确认无误后将封顶管片拼装好。封顶块拼装时，先水平搭接2/3 环宽径向上推，而后再纵向插入。全过程中，拼装机尽可能位于中间位置，目的在于减少接缝。

管片均就位后，开始正式拼装，为保证管片的稳定性，将管片弯曲螺栓拧紧。后续待管片拼装成环、管片脱离盾尾后，依次拧紧弯曲螺栓。根据前述提及的思路，确定管片拼装的基本流程为：

1）操作管片机，将待安装的管片转至指定的拼装区域内。

2）调整拼装机机械手，使该装置临近并锁住吊装螺栓。

3）调整待拼装施工范围内的千斤顶，使该装置缩回。

4）由专员操作管片拼装机机械手，完成一系列动作（将管片抓住、提升、前移、旋转、就位）。

5）对拼装机机械手的角度做灵活调整，伸出前期缩回的千斤顶，利用此装置压紧管片，同时将螺栓穿至指定位置并拧紧，保证稳定性。

6）机械手松开吊装螺栓，从管片上移出管片拼装机，恢复至提升管片的位置，做好准备工作，以便继续吊装后续的管片。

7）按照前述提及的流程重复施工，直至标准块和连接块拼装到位为止，再安装封顶块。

8）管片拼装后，及时测量千斤顶的伸长量和盾尾间隙，完整记录数据，作为分析的依据。管片脱离盾尾时，应再次复紧螺栓[3]。