單護(hù)盾TBM掘進(jìn)姿態(tài)控制

唐浩然

摘 要：?jiǎn)巫o(hù)盾TBM是進(jìn)行隧道掘進(jìn)的方式之一，在進(jìn)行TBM掘進(jìn)的時(shí)候受到了廣泛使用。本文主要結(jié)合重慶軌道交通五號(hào)線一期工程重光站-大竹林車場(chǎng)段區(qū)間單護(hù)盾TBM的具體施工情況，對(duì)單護(hù)盾TBM 的控制姿態(tài)進(jìn)行探討和分析。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)巫o(hù)盾；姿態(tài)控制；控制措施

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

TBM使隧道連續(xù)開挖續(xù)掘進(jìn)成為現(xiàn)實(shí)，在施工時(shí)具有掘進(jìn)速度快、效率高和安全風(fēng)險(xiǎn)小的特征。單護(hù)盾TBM多用于軟巖、破碎地層，在隧道施工時(shí)，由于隧道的距離比較長(zhǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)備掘進(jìn)姿態(tài)難以控制導(dǎo)致隧道掘進(jìn)的質(zhì)量很難得到保證。因此在隧道施工時(shí)，應(yīng)合理分析工程情況，選取正確的掘進(jìn)參數(shù)，利用有效的方法對(duì)TBM掘進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行控制。

1 工程概況

重慶軌道交通五號(hào)線一期工程起點(diǎn)為園博園站，終點(diǎn)為跳蹬站，線路全長(zhǎng)39.66km。單護(hù)盾TBM施工段位于重慶市北部新區(qū)的重光站～大竹林車場(chǎng)區(qū)間，長(zhǎng)度為9196.666m，設(shè)3個(gè)正線區(qū)間，分別為重光站～和睦路站、和睦路站～人和站、人和站～大竹林車場(chǎng)區(qū)間。區(qū)間采用2臺(tái)單護(hù)盾TBM施工，從大竹林車場(chǎng)始發(fā)，步進(jìn)通過(guò)人和站、和睦路站后在重光站后接收井吊出。沿線最小轉(zhuǎn)彎半徑為400m，設(shè)計(jì)最大縱坡為44‰，豎曲線一般地段半徑為5000m，困難地段采用3000m。隧道管片內(nèi)徑為5.9m，管片度厚0.35m，隧道開挖外徑為6.83m。

2 地質(zhì)水文條件

本工程位于川東南孤形地帶，華鎣山帚狀褶皺束東南部的次一級(jí)構(gòu)造—重慶弧形褶皺束復(fù)式向斜一構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，發(fā)育有北碚向斜、石馬河（化龍橋）向斜、沙坪壩背斜等次級(jí)褶皺，構(gòu)造線多呈NNE―SSW向，TBM區(qū)間巖層產(chǎn)狀線路走向與構(gòu)造線走向基本一致。地下水為第四系松散層孔隙水，水量較??；碎屑巖類孔隙裂隙水泥巖相對(duì)隔水、水量稍大，動(dòng)態(tài)稍穩(wěn)定。地表出露地層較簡(jiǎn)單，由第四系全新統(tǒng)松散土層和侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組與下沙溪廟組的砂質(zhì)泥巖、砂巖組成，第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）基本上為素填土，第四系全新統(tǒng)河流沖積層（Q4al）、第四系全新統(tǒng)殘坡積粘性土（Q4el+dl）厚度一般0.3—2m，局部原始谷心地段較厚，侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）多為砂巖及砂質(zhì)泥巖。

3 軟巖地質(zhì)條件下TBM掘進(jìn)姿態(tài)控制難點(diǎn)

（1）隧道設(shè)計(jì)軸線及穿越地層的影響。隧道的總體設(shè)計(jì)除了要滿足地鐵運(yùn)行的使用要求以外，在設(shè)計(jì)軸線的基礎(chǔ)上，結(jié)合盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)制定出一條指導(dǎo)施工的施工軸線；確定特殊工況的施工方案；單護(hù)盾TBM在本區(qū)間不同的地層之間掘進(jìn)時(shí)，受力情況更加復(fù)雜，給掘進(jìn)中的姿態(tài)控制造成了較大的難度。

（2）隧道測(cè)量的影響。在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，測(cè)量的正確性、準(zhǔn)確性及精確性是至關(guān)重要的，它直接決定了盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向，經(jīng)常復(fù)測(cè)，及時(shí)調(diào)整，保證隧道軸線的正確性。特別是由于管片上浮或旋轉(zhuǎn)造成測(cè)量系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，因其難以發(fā)現(xiàn)，是本區(qū)間TBM設(shè)備掘進(jìn)姿態(tài)控制的難點(diǎn)。

（3）盾尾墊起或前盾栽頭。在軟巖掘進(jìn)時(shí)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)微小的塌方，由于巖層含泥量與含水量比較多，在出渣的時(shí)候非常困難，刀倉(cāng)經(jīng)常會(huì)被堵死，出渣不能及時(shí)進(jìn)展，推力和扭矩力量就會(huì)增加，渣土就會(huì)墊在盾體后面，使掘進(jìn)的姿態(tài)受到限制，TBM處于抬頭狀態(tài)。

而在巖石含水量增加的過(guò)程中，圍巖在含水量達(dá)到12%的時(shí)候就開始軟化，泥化的程度也會(huì)增加，導(dǎo)致TBM低著頭，不能合理進(jìn)行油缸位差的調(diào)整，讓TBM 發(fā)生栽頭現(xiàn)象。

（4）刀具更換及管片的影響。TBM最小轉(zhuǎn)彎半徑曲線是要求在全盤新刀的情況下模擬的，換刀對(duì)掘進(jìn)姿態(tài)的影響主要出現(xiàn)在曲線掘進(jìn)段，提前考慮刀具更換的位置、方案，方能夠順利通過(guò)曲線段。

管片的不同形式對(duì)隧道的掘進(jìn)有著不同的影響，一般設(shè)計(jì)方會(huì)出具隧道的整體管片排列圖，但應(yīng)結(jié)合施工情況會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整，同時(shí)根據(jù)管片的不同拼裝方式制定施工方案。

4 TBM掘進(jìn)姿態(tài)的控制措施

（1）充分考證地質(zhì)情況。本區(qū)間雖無(wú)不良地質(zhì)與特殊巖土，但施工前對(duì)地質(zhì)的縱向剖面圖和圍巖的實(shí)際情況進(jìn)行明確、對(duì)地質(zhì)圍巖的條件進(jìn)行合理勘察仍十分重要。要對(duì)單護(hù)盾TBM在掘進(jìn)中的影響因素進(jìn)行分析，明確含水率、含泥量、巖石性質(zhì)，單護(hù)盾TBM很有可能不能通過(guò)80m的含水疏松沙層，因此在施工的時(shí)候要充分保證各個(gè)工序之間的銜接，停機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)的時(shí)候時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)使圍巖的含水量增加，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)涌沙現(xiàn)象，造成TBM被卡。

（2）精準(zhǔn)測(cè)量，勤調(diào)緩調(diào)。在掘進(jìn)時(shí)要加強(qiáng)測(cè)量，姿態(tài)調(diào)整要勤調(diào)緩調(diào)，實(shí)際掘進(jìn)時(shí)，要把握TBM 的趨勢(shì)，調(diào)整趨勢(shì)不能太大，否則會(huì)造成急于糾偏的現(xiàn)象，大趨勢(shì)變化由大方位變化而來(lái)。趨勢(shì)要與管片鍥行量調(diào)整大小匹配，在管片能夠調(diào)整的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)向。也就是要跟著管片方向進(jìn)行調(diào)向。反之則容易使管片與盾尾卡死，鉸接力及行程會(huì)增加。在管片質(zhì)量得到保證的前提下，保證TBM姿態(tài)的合理調(diào)整，使現(xiàn)有姿態(tài)沿著直線精心緩慢行走，在行走過(guò)程中緩慢進(jìn)行姿態(tài)的調(diào)整。

（3）滾動(dòng)控制。滾動(dòng)控制主要是控制刀盤旋轉(zhuǎn)方向，隨著滾動(dòng)角變化進(jìn)行刀盤換向，掘進(jìn)過(guò)程中如果發(fā)生一邊轉(zhuǎn)向掘進(jìn)較快時(shí)還需注意刀具磨損的情況。同時(shí)注意管片安裝采取左右交叉順序，調(diào)整兩腰推進(jìn)油缸，使其軸線與盾構(gòu)軸線不平行，增加摩擦力。

（4）管片底部砂漿換填。本TBM區(qū)間管片拖出盾尾后立即填充底部空隙，避免錯(cuò)臺(tái)隱患；管片背后先后采用豆礫石、砂漿、水泥凈漿填充，增加注漿點(diǎn)密實(shí)回填。在掘進(jìn)時(shí)，由于管片間的縫隙承載力不夠，容易造成管片下沉，造成TBM 崛起姿態(tài)不穩(wěn)，使盾體與管片產(chǎn)生的夾角太大，引起TBM推力過(guò)大，造成管片安裝機(jī)的受損，在進(jìn)行底部填充的時(shí)候必須使用干性水泥砂漿，通常情況下，將填充的厚度控制在5厘米之間。

（5）盾尾間隙的合理控制。盾尾的間隙可以將TBM的姿態(tài)與管片姿態(tài)得到展現(xiàn)，好的掘進(jìn)姿態(tài)可以保證管片姿態(tài)與TBM 吻合，使管片質(zhì)量得到保證。因此，在TBM掘進(jìn)的時(shí)候，要在管片的安裝前、安裝中、安裝后進(jìn)行仔細(xì)查看，了解TBM和管片的吻合狀態(tài)，根據(jù)具體的參數(shù)對(duì)崛起的情況進(jìn)行真實(shí)反映，通過(guò)出渣口對(duì)圍巖的情況進(jìn)行觀察。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)軟巖地質(zhì)條件下單護(hù)盾TBM掘進(jìn)姿態(tài)控制進(jìn)行闡述，利用充分進(jìn)行地質(zhì)情況考證、合理制定調(diào)向原則，認(rèn)真進(jìn)行勤調(diào)緩調(diào)、滾動(dòng)控制、管片底部砂漿換填、盾尾間隙的合理控制進(jìn)行應(yīng)對(duì)，以促進(jìn)軟巖地質(zhì)條件下單護(hù)盾TBM掘進(jìn)姿態(tài)合理控制。

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