地鐵工程雙護(hù)盾TBM施工地層穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力機(jī)理研究

蘭振宇

摘要：下文將地鐵項目建設(shè)當(dāng)中的雙護(hù)盾TBM施工（下文簡稱“TBM施工”）期間，掘進(jìn)施工參數(shù)對于圍巖內(nèi)部穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響、各類支護(hù)施工方法和圍巖之間產(chǎn)生的相互作用機(jī)理當(dāng)作討論對象，經(jīng)過查閱各類資料進(jìn)行調(diào)研、通過理論知識進(jìn)行分析等大量方式開展研究工作。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；雙護(hù)盾TBM施工；地層穩(wěn)定性；支護(hù)結(jié)構(gòu)；受力機(jī)理研究

TBM施工方式普遍使用在深埋、長度大的隧道施工中。因為地鐵項目施工時具備的復(fù)雜性以及重要性，所以，對掘進(jìn)施工期間，導(dǎo)致圍巖部分出現(xiàn)的擾動現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)格的控制，預(yù)防此類事故對地表區(qū)域的建筑物產(chǎn)生重大的影響。

一、對各類圍巖當(dāng)中穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響

（一）對于中風(fēng)化類型圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響

因為中風(fēng)化類型的花崗巖自身擁有相對優(yōu)質(zhì)的穩(wěn)定性，TBM掘進(jìn)施工期間，對于這類圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響普遍不大。綜合而言，其具備的穩(wěn)定性相對較優(yōu)。一些與隧道洞身所處區(qū)域偏短的圍巖，其擁有的安全系數(shù)不超過1。這一數(shù)據(jù)能夠表明，TBM掘進(jìn)施工期間對于原巖應(yīng)力本身達(dá)到的平衡造成了破壞，從之前的三向應(yīng)力幾乎轉(zhuǎn)變?yōu)閮身棏?yīng)力，在圍巖內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，圍巖會出現(xiàn)損壞情況，同時從周圍慢慢往深層區(qū)域擴(kuò)散，直至呈現(xiàn)出全新的三向應(yīng)力之后結(jié)束。TBM掘進(jìn)施工會對隧道當(dāng)中洞壁位置上的圍巖造成相對偏大的影響，在這一位置上層形成破裂帶，朝著深層區(qū)域擴(kuò)散；由于距離的不斷加大，TBM掘進(jìn)施工對于胃炎造成的擾動現(xiàn)象慢慢降低[1]。從圍巖部分呈現(xiàn)出的安全系數(shù)能夠了解到，TBM掘進(jìn)施工過程中，對于隧道當(dāng)中的拱肩以及拱頂這兩個區(qū)域造成的影響相對偏大，而對于拱底以及拱腳這兩個區(qū)域造成的影響相對偏小。

中風(fēng)化類型圍巖狀態(tài)當(dāng)中，對于參數(shù)存在差異的掘進(jìn)速度開展施工時，由于施工轉(zhuǎn)速的加大，TBM掘進(jìn)施工對于圍巖部分出現(xiàn)的擾動情況會在一定程度上降低。另外，和施工的推進(jìn)速度進(jìn)行對比，轉(zhuǎn)速對于圍巖部分造成的影響更為明顯。例如，在對某一地鐵項目使用TBM開展掘進(jìn)施工時，出現(xiàn)的松動圈區(qū)間值是0m～0.6m。

（二）對于強(qiáng)風(fēng)化類型圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響

強(qiáng)風(fēng)化類型圍巖狀態(tài)當(dāng)中，TBM開展掘進(jìn)施工導(dǎo)致圍巖部分強(qiáng)度出現(xiàn)的下降幅度偏大，與隧道洞身所處區(qū)域偏短的圍巖，其擁有的安全系數(shù)不超過1，這表明TBM開展的掘進(jìn)施工對于原巖應(yīng)力本身達(dá)到的平衡造成了破壞，從之前的三向應(yīng)力幾乎轉(zhuǎn)變?yōu)閮身棏?yīng)力。同時從周圍慢慢往深層區(qū)域擴(kuò)散，直至呈現(xiàn)出全新的三向應(yīng)力之后結(jié)束。TBM開展的掘進(jìn)施工對于圍巖造成的擾動情況慢慢減小。從圍巖部分具備的安全性能夠了解到，TBM掘進(jìn)施工對于隧道當(dāng)中的拱肩以及拱頂這兩個區(qū)域造成的影響相對偏大，而對于拱底以及拱腳這兩個區(qū)域造成的影響相對偏小。對Drucker-Prager當(dāng)中的屈服條件進(jìn)行考慮得出：主應(yīng)力部分對于圍巖造成的影響大。根據(jù)Drucker-Prager當(dāng)中的屈服條件通過計算得出： Drucker-Prager當(dāng)中的屈服原則以及具備的安全系數(shù)進(jìn)行的對比，前者具備的安全系數(shù)更高，獲得的掘進(jìn)施工參數(shù)一致的情況下，圍巖部分出現(xiàn)的松動圈區(qū)域減小[2]。

借助于Drucker-Prager當(dāng)中的屈服原則以及Drucker-Prager當(dāng)中的屈服原則，擁有的最小安全系數(shù)，可了解到處于強(qiáng)風(fēng)化類型巖石以及中風(fēng)化類型底層內(nèi)部的地層時，存在差異的掘進(jìn)參數(shù)對于圍巖部分的穩(wěn)定性會造成影響。

中風(fēng)化類型以及強(qiáng)風(fēng)化類型的圍巖狀態(tài)當(dāng)中，在規(guī)定的推進(jìn)施工速度以及轉(zhuǎn)速工作區(qū)間之中，TBM掘進(jìn)施工對于圍巖部分產(chǎn)生的擾動區(qū)間值分別是0.2 m～0.4m以及1.4 m～1.8 m范圍內(nèi)。另外，在規(guī)定大小的區(qū)間之中，由于轉(zhuǎn)速以及推進(jìn)速度的持續(xù)加大，導(dǎo)致圍巖部分出現(xiàn)的開挖擾動情況變小，洞室當(dāng)中圍巖部分具備的穩(wěn)定性更佳[3]。

二、對各類支護(hù)結(jié)構(gòu)自身受力機(jī)理產(chǎn)生的影響

（一）分析多種類型支護(hù)方法和中風(fēng)化類型圍巖之間存在的相互作用

在對隧道實施開挖施工以后，不對其使用支護(hù)施工，圍巖部分垂直方向的位移情況減小，拱頂區(qū)域最大垂直方向出現(xiàn)的沉降位移量大概是0.147mm，拱底區(qū)域最大隆起量大概是0.1mm，拱腰位置上的圍巖出現(xiàn)收斂現(xiàn)象，朝著隧道當(dāng)中的凈空區(qū)域進(jìn)行移動，該區(qū)域的橫向最大位移量是0.019mm；使用管片開展施工支護(hù)以后，圍巖部分拱頂區(qū)域最大垂直方向出現(xiàn)的沉降量是0.135mm，拱底區(qū)域最大隆起量大概是0.124mm，拱腰位置上的橫向最大位移量是0.017mm；使用噴錨方式開展支護(hù)施工以后，圍巖部分拱頂區(qū)域最大垂直方向出現(xiàn)的沉降量是0.147mm，拱底區(qū)域最大隆起量大概是0.138mm，拱腰位置上的橫向最大位移量是0.019mm；使用噴錨以及模筑襯砌施工結(jié)構(gòu)圍巖出現(xiàn)的形變量，和使用噴錨方式開展支護(hù)施工是得到的結(jié)果大體一致，全部實現(xiàn)了地表部位出現(xiàn)的沉降量不大于30mm的這一標(biāo)準(zhǔn)要求。

從上文當(dāng)中能夠了解到，由于圍巖自身具備的性能相對優(yōu)質(zhì)，對隧道開展的開挖工作結(jié)束以后，圍巖部分出現(xiàn)的形變問題不大。在第一時間開展支護(hù)施工，降低了隧道周邊區(qū)域圍巖部分產(chǎn)生的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，力學(xué)性能獲得了有效的提升，可以對圍巖部分出現(xiàn)的形變問題發(fā)揮出預(yù)制效果，降低水電氣奧開挖施工期間對圍巖部分產(chǎn)生影響的區(qū)間面積，為圍巖部分具備的穩(wěn)定性供給了相對優(yōu)質(zhì)的保證[4]。另外，支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體方式對于圍巖出現(xiàn)的形變下沉?xí)a(chǎn)生一些影響。上述提到的三類支護(hù)方式當(dāng)中，使用管片開展支護(hù)施工的效果相對優(yōu)質(zhì)，可以高效的對圍巖部分的形變問題進(jìn)行控制。

（二）分析多種類型支護(hù)方法和強(qiáng)風(fēng)化類型圍巖之間存在的相互作用

這部分作用力情況為：垂直方向的形變超過橫向形變，拱腰位置的圍巖部分出現(xiàn)收斂現(xiàn)象，對圍巖垂直方向位移產(chǎn)生的影響很大程度降低等。

三、結(jié)束語

從上文的論述中能夠了解到，以強(qiáng)風(fēng)化類型圍巖以及中風(fēng)化類型圍巖為論述對象，在對鐵路項目開展施工期間，使用TBM掘進(jìn)施工時，必然會對這兩類圍巖自身具備的穩(wěn)定性、各類支護(hù)結(jié)構(gòu)自身受力機(jī)理造成影響。因此這就要求在實際施工期間，注重此方面的問題，以強(qiáng)化項目開展的建設(shè)施工，保證項目后期正式運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]郭志，王小強(qiáng)，王以棟，等.青島地鐵隧道雙護(hù)盾TBM適應(yīng)性設(shè)計及應(yīng)用[J].隧道建設(shè)（中英文），2018，38（1）：135-141.

[3]王玉鎖，何俊男，吳浩，等.基于摩爾-庫侖準(zhǔn)則的雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)參數(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報，2017，34（5）：83-88.

[4]陳浩，王龍，李子洲.西北某山嶺隧道雙護(hù)盾TBM花崗巖地層卡機(jī)分析及脫困技術(shù)[J].河南科技，2017（17）：29-31.

（作者單位：中鐵十七局第一工程有限公司）