復合式TBM在重慶地鐵工程中的應用

彭 輝， 鄒光炯， 陳柏全， 周 捷

(1.重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司， 重慶 401122； 2.中冶塞迪工程技術股份有限公司， 重慶 400013)

復合式TBM在重慶地鐵工程中的應用

彭 輝1， 鄒光炯1， 陳柏全2， 周 捷1

(1.重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司， 重慶 401122； 2.中冶塞迪工程技術股份有限公司， 重慶 400013)

從重慶地鐵工程的特點出發(fā)，介紹重慶地鐵工程的TBM選型、復合式TBM的特點及其工程適應性；并通過分析認為，在重慶地區(qū)塊石性雜填土區(qū)和不良巖層地質(zhì)帶采用復合式TBM不僅難以發(fā)揮其優(yōu)勢，而且存在多種風險；結合筆者自身工程經(jīng)驗和類似工程經(jīng)驗，介紹重慶地鐵工程復合式TBM的應用現(xiàn)狀。

軌道交通； 復合式TBM掘進機； 隧道； 重慶

隨著我國經(jīng)濟建設和城市建設的快速發(fā)展，自2009年以來重慶軌道交通建設迎來了大發(fā)展，截至目前重慶建成或在建軌道交通線路已形成“七線一環(huán)”的線網(wǎng)規(guī)模。

隧道掘進機即TBM(全斷面巖石掘進機)和盾構機具有安全、快速、環(huán)保等諸多優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用于城市地鐵工程建設中。地層條件以土層或砂卵石地層等低強度地層為主的城市(如北京、上海、廣州、深圳、成都等)，其地鐵工程建設廣泛應用到了盾構機，而重慶作為巖質(zhì)地層的城市則率先在國內(nèi)將TBM法應用于地鐵工程建設中[1-2]。為適應重慶巖質(zhì)地 層 條件，符合重慶地鐵工程的特點需求，對傳統(tǒng)護盾式TBM或盾構機進行針對性設計和改造而產(chǎn)生的隧道掘進機(復合式TBM)，已被廣泛應用于重慶地鐵工程中。

1 重慶地鐵工程TBM選型

目前，用于以巖石地層為主的隧道施工的TBM可分為敞開式、護盾式單護盾、雙護盾以及復合式TBM幾種類型[3]。重慶地鐵隧道掘進機的選型以適應地區(qū)地質(zhì)條件為基礎，并且能很好地適應地鐵工程特點的要求，從安全、經(jīng)濟、線路條件以及工期等多方面因素綜合比選，擇優(yōu)選擇。

1.1 重慶地鐵工程特點

作為山地城市的重慶，其地鐵工程特點主要體現(xiàn)在以下幾點。

1) 重慶屬經(jīng)濟發(fā)達的特大城市，其軌道交通線路沿線環(huán)境復雜，工程安全固然重要，而確保周邊環(huán)境的安全更是地鐵工程建設中的重點與難點。

2) 地鐵是緩解城市擁堵、方便出行的有效手段，是社會各界所熱切期盼的公益事業(yè)，所以要求盡量加速工程建設進度，做到又快又好。

3) 受到山地城市地形地貌和周邊環(huán)境的影響，軌道線路平面小轉彎半徑多，縱坡坡率大。

4) 重慶主城地區(qū)，巖層地質(zhì)條件主要為泥巖、砂巖，巖石力學性能較好，巖石強度介于軟巖—較軟巖—較硬巖之間。

5) 軌道交通區(qū)間長度一般較短，采用TBM施工需通過車站，區(qū)間與車站相互間的施工干擾大。重慶地鐵車站多為暗挖地下站，隧道掘進機對車站的過站條件和工期提出了更高要求。

6) TBM吊出方式除了利用明挖區(qū)間或車站完成TBM吊出外，更多地需要通過暗挖車站附屬結構完成吊出。

7) TBM選型應具備地區(qū)通用性以滿足重復利用的要求，并應滿足產(chǎn)業(yè)集成化的要求。

1.2 TBM對重慶地區(qū)巖層的適用性

根據(jù)重慶市區(qū)域地質(zhì)資料，重慶地鐵區(qū)間隧道除局部存在回填土地段外，巖質(zhì)地層主要為砂巖、泥巖，巖石飽和抗壓強度一般為5～35 MPa，天然抗壓強度一般為8～60 MPa，屬軟巖—較軟巖—較硬巖，巖體較完整—完整，并具有一定的自穩(wěn)能力。除特殊地段外，地下水一般不發(fā)育，涌水量較小，水文地質(zhì)條件較好。由此可見，重慶地鐵工程區(qū)間隧道的巖質(zhì)條件適合采用TBM施工。

1.3 TBM類型特點及適用性分析

1.3.1 敞開式TBM

敞開式TBM主要適應于具有自穩(wěn)能力的硬巖石或較完整軟巖中，其施工隧道采用復合式襯砌，一般初期支護采用錨噴網(wǎng)，必要時采用鋼架加強支護，二襯襯砌一般需待隧道貫通后施作[3]。在實際應用中存在的問題主要有：

1) 二次襯砌滯后時間較長，初期支護長時間暴露，對于環(huán)境敏感帶、軟弱巖層、富水段巖層二襯無法及時跟進，工程中存在較大的風險；

2) 對重慶地鐵一般性巖層條件具有較好的適應性，但是對于局部欠穩(wěn)定的破碎巖層或強風化巖層等掌子面不穩(wěn)定的地質(zhì)條件存在施工風險；

3) 對圍巖破碎帶、富水段泥巖遇水軟化以及其他軟弱地質(zhì)，存在撐靴反力不足、撐靴深陷等風險，甚至會造成TBM姿態(tài)發(fā)生偏差而無法掘進；

4) 敞開式TBM二襯需采用模筑結構，機械化程度不高，工期與其他隧道掘進機相比不具有優(yōu)勢，不利于本地區(qū)隧道掘進機產(chǎn)業(yè)集成化。

1.3.2 護盾式TBM

護盾式TBM是在整機外圍設置與機器直徑相一致的圓筒形護盾結構，以利于掘進松軟破碎巖層或復雜巖層，可分為單護盾式TBM和雙護盾式TBM[4]。應用中存在的問題如下：

1) 由于其掘進需靠襯砌管片來承受后坐力，因此在安裝管片時必須停止掘進，掘進和管片安裝不能同步進行，施工干擾大，不利于集成化運作；

2) 適應小半徑的能力較差；

3) 為開胸模式，對局部破碎巖層以及其他特殊地質(zhì)條件工程難以適應。

1.3.3 復合式TBM

為滿足重慶地鐵工程建設安全、周邊環(huán)境安全以及快速施工的要求，以傳統(tǒng)的TBM為基礎，吸取了土壓平衡盾構的原理及優(yōu)點，從適應重慶地鐵工程特點出發(fā)，對傳統(tǒng)的護盾式TBM或土壓平衡盾構進行針對性設計或改造的隧道掘進機，重慶工程界稱之為“復合式TBM”。復合式TBM開挖后采用管片緊跟支護，一次成洞。

為適應復雜多變的地質(zhì)情況，復合式TBM具有靈活多樣的作業(yè)模式：全斷面敞開模式和土壓平衡模式，在施工過程中根據(jù)地質(zhì)條件的變化靈活切換。全斷面敞開模式主要應用于具有自穩(wěn)能力的巖層，開挖面不需要支撐，有充分的穩(wěn)定性，復合式TBM在這種地層中掘進類似于硬巖掘進機，刀盤需配備大量的滾刀，這種模式也是重慶地區(qū)采用的主要掘進模式；土壓平衡模式適用于土體軟弱、地下水豐富且壓力較大的地層，土倉內(nèi)需要充滿一定壓力的土體才能保證開挖面的穩(wěn)定，此時與一般土壓平衡盾構的工作狀況相似[5]，主要應用于局部的強風化巖層或富水段巖層。就目前重慶地區(qū)施工情況來看，復合式TBM采用的模式主要為敞開式，基本上沒有用到土壓平衡模式，土壓平衡模式更多的是一種遇到突發(fā)地質(zhì)風險的安全儲備。

1.3.4 重慶地鐵工程TBM選型

王玉卿在文獻9中詳細闡述了基于土壓平衡盾構進行的針對性設計和改造，主要體現(xiàn)在：1)通過刀具設計滿足軟硬巖的切削要求，可以根據(jù)地層的實際情況將刀盤上的滾刀和齒刀混裝或全部采用滾刀；2)通過增強刀盤結構設計剛度和強度，使盤體結構在極端情況下發(fā)生局部磨損時仍能保持不變形。同時，刀盤具有足夠的耐磨性設計，在面板上堆焊耐磨網(wǎng)格和耐磨塊。為了保證渣土順利進入土倉減小刀具的二次磨損，在刀盤設計時盡可能增大刀盤的開口率。刀盤驅(qū)動設計為雙向旋轉，在復合式TBM機發(fā)生較大扭轉時，可以通過改變刀盤旋轉方向掘進來調(diào)整主機的滾轉。3)配置高轉速、大功率主驅(qū)動裝置，配置的主驅(qū)動功率較一般的土壓平衡盾構大大增加。4)在前盾增加了多套液壓油缸撐靴穩(wěn)定器，當巖層不能給盾體提供足夠的扭轉阻力時，將穩(wěn)定器撐出支撐在徑向開挖面上隨盾體向前移動。穩(wěn)定器與盾體底部及上部與開挖面的接觸點一起形成一個三角形支撐結構，撐靴的油缸可以吸收主機傳來的振動，同時對刀盤振動形成半剛性約束，可有效減少刀盤的振動。由于增加了約束點，增大了盾體與開挖面的摩擦力以獲得更大的反扭矩，減少了盾體由于刀盤扭矩引起的滾轉速率，從而避免了盾體產(chǎn)生滾轉。

2 對重慶地質(zhì)條件的局限性分析

復合式TBM被廣泛應用于重慶地鐵工程建設中，實踐證明其能夠很好地適用于重慶地區(qū)以砂巖、泥巖為主的地質(zhì)條件，但是對于重慶地區(qū)填土以及其他一些不良地質(zhì)的適用性仍存在局限性。

2.1 對重慶地區(qū)填土的適用性分析

由于重慶地區(qū)填土的地質(zhì)及水文條件的限制，即使具備土壓平衡模式，復合式TBM似乎也難以適應于重慶地區(qū)塊石性填土地層，因此目前仍未見重慶地鐵工程在塊石性填土地層中應用復合式TBM。

2.1.1 重慶地區(qū)填土工程地質(zhì)條件

重慶在城市建設過程中對原始山地、丘陵地形地貌進行了大量的改造整平，形成了原始為溝谷低洼地帶的雜填土深回填區(qū)。重慶地區(qū)雜填土的土體成分復雜，回填材料以城市建設中開挖土石方為主，且軟硬不一，突出特點是填土中塊石含量大，屬塊石性填土(見圖1)。由于受回填材料和拋填方式的影響，重慶地區(qū)雜填土工程性質(zhì)主要表現(xiàn)為結構松散、均勻性差、空隙大、軟弱而欠固結以及抗剪強度低。

圖1 重慶地區(qū)典型塊石雜填土Fig.1 Typical miscellaneous fill with dimension stones in Chongqing area

重慶一般無穩(wěn)定的地下水位，地下水水位與徑流受到降水與地形地貌影響。原始山區(qū)、丘陵地形地貌形成的低洼區(qū)多為地下水匯聚的徑流通道，即使經(jīng)后期回填仍然無法改變其作為地下水徑流通道的特征，因此溝心雜填土中地下水表現(xiàn)為流動性，而非靜態(tài)水。

2.1.2 對填土的適用性分析

就目前國內(nèi)隧道掘進機施工經(jīng)驗來說，北京、廣州、成都等城市均有偶遇大漂石地層成功施工的工程案例，但是相對于重慶塊石性填土其地層固結程度好，結構沉降及不均勻沉降小，而且其地下水相對穩(wěn)定，隧道不會因地下水作用造成偏壓。因此，由于重慶地區(qū)塊石性填土的特點和填土區(qū)匯水流動的作用，包括復合式TBM在內(nèi)的隧道掘進機，在重慶填土中存在掘進困難且不利于周邊環(huán)境保護的缺點，尤其是受制于填土固結沉降和地下水作用工程施工質(zhì)量難以保障，具體表現(xiàn)為以下方面。

1) 雜填土中砂巖巖塊強度較高，與其他回填材料相比強度差異較大。當復合式TBM突遇大塊孤石時，由于土層更易切削，而孤石切削困難，在孤石反復切削的過程中，往往使得孤石周邊的土過量切削，因此對于松散的雜填土極易造成水土流失，進而引起環(huán)境危害。

2) 在掘進機推進過程中，孤石在自穩(wěn)能力差的雜填土中是不穩(wěn)定的，在推進力和刀盤轉動的作用下存在著孤石滾動的可能性，不但掘進機的滾刀破巖效果不好，而且孤石周邊的土層易受到擾動，加劇掘進過程中的水土流失。

3) 對于松散欠固結的雜填土中掘進機的姿態(tài)難以控制，工程質(zhì)量難以保證。

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4) 重慶區(qū)雜填土塊石含量大，軟硬不一，填土欠固結且固結周期特別長，即使可以通過注漿加固填土，但是面對離散型很大的塊石回填土，注漿質(zhì)量難以控制，注漿效果無法保證，并且若在隧道底部注漿堵塞了地下水徑流通道，會引起地下水對隧道結構的不利作用。因此，采用掘進機工法難以解決隧道結構整體沉降和不均勻沉降，并且縱向的差異沉降，容易造成管片錯臺、管片的破損或開裂。

5) 當隧道位于溝心回填部位時，隧道對流動性地下水起到了攔截作用，隧道兩側分別形成迎水面和背水面，不等水壓使得隧道結構形成偏壓從而引起隧道結構縱向受拉。而縱向為管片結構薄弱方向，地下水偏壓易對管片的縱向連接造成破壞進而造成管片破損或開裂。

以上第4、5條也是在重慶填土中應用隧道掘進機有別于其他城市的突出問題。

2.2 不良巖層地段的適用性

重慶地鐵工程穿越的巖層除了完整性較好的砂巖、泥巖巖層之外，在穿越市域內(nèi)中梁山、縉云山以及銅鑼山等山脈時，仍然會遭遇灰?guī)r區(qū)溶洞、突發(fā)涌水、大變形石膏巖、煤礦采空及瓦斯區(qū)等不良巖層地質(zhì)帶。復合式TBM對以上不良地質(zhì)帶的適應性差，不僅可能導致掘進作業(yè)時間利用率降低，施工效率低下，并且施工存在被埋、被卡或被淹等風險，從而造成復合式TBM損壞、人員傷亡和難以順利通過的情況，若處理不當，將會帶來嚴重后果。

3 復合式TBM在重慶地鐵中的應用現(xiàn)狀

3.1 應用概況

目前，重慶市地鐵工程除了已建6號線一期工程區(qū)間施工采用了敞開式TBM法施工外，在建環(huán)線工程、5號線工程、10號線工程等區(qū)間施工都應用了復合式TBM。采用復合式TBM區(qū)間的地質(zhì)條件均為具有良好完整性和自穩(wěn)能力的砂巖或砂質(zhì)泥巖。

為適應不同車型和不同時期地鐵功能的要求，重慶地鐵復合式TBM采用了兩種斷面尺寸。其中，已建軌道交通6號線工程采用復合式TBM斷面，外徑為6.0 m，內(nèi)徑為5.4 m，管片厚0.3 m；目前各在建軌道交通線路所采用復合式TBM斷面均為外徑6.6 m，內(nèi)徑5.9 m，管片厚0.35 m。復合式TBM管片環(huán)寬均采用1.5m寬，管片拼裝方式采用錯縫拼裝，管片材料采用C50鋼筋混凝土，抗?jié)B等級為P12。

在應用過程中，復合式TBM充分發(fā)揮了其快速的特點，其中6號線二期最高月進尺達到了540 m[9]，目前在建的軌道環(huán)線、10號線，采用了6.6 m外徑的斷面，掘進月進尺普遍在250～350 m，最高月進尺超過400 m。在建復合式TBM區(qū)間的土建費用為9.5萬～11萬/雙延米，因管片含鋼量及圍巖軟硬差異而略有不同。截至目前，未見有因復合式TBM掘進施工擾民的投訴或報道，特別是針對下穿包括文物保護區(qū)在內(nèi)的一些環(huán)境敏感帶地下區(qū)間，各方明確要求采用復合式TBM工法施工，由此可見，復合式TBM在重慶軌道中的應用取得了良好的社會效益。

3.2 復合式TBM管片結構設計

復合式TBM管片結構計算是基于區(qū)間隧道埋深、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，并選取最不利位置作為計算控制斷面，借助于有限元軟件建立“荷載—結構”和“地層—結構”計算模型，分別對管片內(nèi)力和地表沉降進行計算分析。

王俊對重慶復合式TBM荷載—結構模型計算方法進行了詳細介紹，即首先根據(jù)《鐵路隧道設計規(guī)范》第4.3.3條與第4.2.4條的規(guī)定和周邊環(huán)境確定作用在襯砌上的荷載，采用平面桿系有限單元法，假定襯砌為小變形彈性梁，并離散為多個等厚度直桿梁單元；用布置于各節(jié)點上的彈簧單元來模擬圍巖與管片的相互約束；假定彈簧不承受拉力，即不計圍巖與支護結構的黏結力；彈簧受壓時的反力即為圍巖對襯砌的彈性抗力。采用日本修正慣用法，考慮環(huán)向接頭作用對計算模型結構剛度進行折減，然后考慮錯縫拼裝后整體補強效果對模型計算得到的彎矩進行重分配，最終確定內(nèi)力設計值以進行管片配筋計算。

3.3 復合式TBM過站技術

復合式TBM過站一般有“先洞后站”掘進過站和“先站后洞”步進過站兩種方式，主要從經(jīng)濟性出發(fā)，一般推薦采用步進過站的方式，但是合理的過站方式往往需要兼顧考慮車站和區(qū)間工期以及總體工籌統(tǒng)一考慮，而最終確定其過站方式。目前，重慶復合式TBM掘進過站的唯一車站為6號線二期曹家灣站，其他復合式TBM單元內(nèi)的車站均采用步進過站。

掘進過站一般需安裝臨時管片，從節(jié)約成本的角度出發(fā)一般采用低配筋率管片，后續(xù)車站擴挖時需拆除管片，管片重復利用率較低，浪費較大。

步進過站需在車站端頭加大局部區(qū)間斷面作為TBM接收洞和二次始發(fā)洞，具體可分為TBM接收、過站和二次始發(fā)3個步驟：在車站端頭接收洞內(nèi)接收TBM，分解主機與后配套，在接收洞進行一次平移后，通過頂升進入車站；在車站端頭進行二次平移，進入車站內(nèi)TBM步進通道，下沉到站臺區(qū)回填層頂面，通過接收臺加鋼軸將TBM加工成步進小車，利用卷揚機牽引配合千斤頂頂推進行步進過站；TBM到達車站另一端后，進行反向的二次平移，進入二次始發(fā)洞，調(diào)整高程后，進行反向一次平移，調(diào)整姿態(tài)后進行二次始發(fā)。步進過站僅需對車站端頭局部區(qū)間加寬，且接收洞和始發(fā)洞一般可兼作區(qū)間人防段，與掘進過站不同的是不產(chǎn)生臨時管片，故其能夠減少工程浪費，節(jié)約工程投資。

3.4 復合式TBM應用難點及措施

3.4.1 刀盤結泥餅

重慶地鐵區(qū)間隧道穿越的地層主要為泥巖與砂巖互層，且以黏土質(zhì)泥巖為主。圍巖在刀具切削和刀盤的沖擊下變成碎屑和粉末狀，在受壓、受熱、受濕環(huán)境條件下，極易在刀盤表面、土倉內(nèi)和螺旋輸送機內(nèi)形成泥餅或泥團，造成掘進困難。除了地質(zhì)因素之外，復合式TBM在掘進過程中的不當施工因素是結泥餅的另一誘因，董祥寬[10]從復合式TBM掘進參數(shù)、渣土改良、刀盤冷卻水溫控制、操作者的行為等施工因素詳細分析了結泥餅的原因。

一是渣土改良不好。復合式TBM在泥巖掘進過程中由于渣土的改良不到位，導致渣土干硬、流塑性差，達不到復合式TBM排渣要求，極易導致刀盤結泥餅、渣土干結在土倉內(nèi)。

二是掘進參數(shù)設置不合適，導致刀盤切削下來的泥巖渣土不能通過螺旋機排出，在土倉內(nèi)堆積擠壓，密實度越來越大，最終形成泥餅附著在刀盤上。推力是復合式TBM推進的主要參數(shù)，當推力較大，扭矩逐漸變小，泥餅可能正在或已經(jīng)形成。當滾刀被渣土泥餅糊住不能轉動時極易造成刀具的偏磨。

三是循環(huán)水溫度過高易引起渣土的干結，刀盤在高速旋轉后與周圍土體摩擦生熱，使土倉內(nèi)溫度升高，加速了渣土干結的速度；循環(huán)水壓力不足，導致刀盤冷卻水的噴射出口被倉內(nèi)渣土堵住，改良渣土的泡沫管出口被倉內(nèi)渣土堵住，導致渣土得不到改良流塑性變差而結泥餅。

根據(jù)復合式TBM結泥餅的成因，王玉卿、董祥寬[10]等在實踐過程中，對刀盤結泥餅提出了針對性的措施，總結起來主要有以下幾點：

1) 通過渣土改良降低土體間的黏聚力、減少土倉中土體壓實結密的可能性、減少掘削土體與復合式TBM間的黏附性，降低泥餅產(chǎn)生的幾率。提高渣土的軟流塑狀，保證土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定和排渣的順暢。

2) 加強掘進時的地質(zhì)預測和泥土管理，在復合式TBM推進過程中摸索分析泥巖地層、掘進速度、刀盤推力及扭矩、渣土溫度之間的關系，控制好推進參數(shù)，減少刀盤結泥餅的幾率。

3) 復合式TBM采用螺旋輸送機除渣時，加入泡沫以增加渣土的流動性，利于渣土的排出。

4) 根據(jù)掘進情況，控制合理的循環(huán)水溫度和水壓。

5) 一旦產(chǎn)生泥餅影響掘進，應及時采取對策，必要時采用人工處理的方式清除泥餅。

3.4.2 卡盾及脫困

重慶軌道交通6號線二期工程曹家灣—蔡家復合式TBM區(qū)間右線里程YDK42+493.826曾發(fā)生盾殼被卡，其主要原因是換刀造成了復合式TBM較長時間停機，而層面近水平的泥巖收斂較大造成了盾殼抱死。施工單位采取的具體脫困措施為：由于隧道圍巖條件整體較好，在無需過多臨時支護的前提下，利用刀盤人工掏挖掌子面，在刀盤前方形成一定體積空腔，采用人工作業(yè)的方式減小盾殼與圍巖的接觸，從而達到掘進機脫困的目的。

由于隧道圍巖收斂導致復合式TBM盾殼抱死，在時間上具有一定的間隔，故為了降低掘進機卡機的風險，復合式TBM應保持快速掘進。對于重慶地質(zhì)條件尤其是產(chǎn)狀近水平的泥巖地層來說，要求復合式TBM中應盡量減小由于換刀或其他施工因素所造成的停機時間，且應避免在圍巖破碎段停機。

3.4.3 管片上浮原因

區(qū)間管片上浮是復合式TBM施工中較為常見的現(xiàn)象，其危害是會產(chǎn)生錯縫，嚴重時會導致接縫滲漏水、產(chǎn)生錯臺以及管片的破損或開裂，在局部區(qū)段由于管片累計上浮量大導致管片侵入建筑限界，則需采用調(diào)線調(diào)坡的方式解決。

1) 管片采用同步注漿，由于漿液浮力大于管片自重，將直接導致管片上浮[11]。

2) 圍巖自穩(wěn)能力較好，地下水滲入隧道內(nèi)不易疏導，在管片仰拱部位匯集對管片產(chǎn)生上浮力，而導致管片上??；

3) 由于水泥砂漿初凝時間較長，為管片上浮提供了充裕的時間。

4) 注漿不及時，同步注漿不充分。

3.4.4 主要措施

1) 在隧道掘進過程中，根據(jù)統(tǒng)計的隧道管片位移值，預先調(diào)整掘進機軸線到適當限度，當管片退出盾殼后，盡管隧道整體上浮了，但通過控制使得隧道中心軸線盡可能接近設計軸線，以保證管片位移不至侵入限界。但是，此方法并不能約束管片上浮，仍然不能避免由于管片上浮而帶來的不利影響。

2) 管片背后回填優(yōu)先采用豆礫石回填灌漿。豆礫石回填灌漿施工工藝有效控制了管片嚴重上浮、下沉現(xiàn)象，管片拼裝后無錯臺，外觀平順，可滿足規(guī)范及設計要求，極大地提高了成洞質(zhì)量，且采用豆礫石回填灌漿工藝后滲漏水現(xiàn)象得到很好的控制。采用此施工工藝，避免了施工同步注漿凝結時間，加快了推進速度，為快速掘進提供了保障[11]。

3) 若采用同步注漿進行管片背后回填，應通過改善注漿參數(shù)降低初凝時間，及時、足額注漿，加強注漿質(zhì)量，及時進行二襯注漿，以穩(wěn)定管片。

4) 在管片上浮段應注意控制掘進速度，不應在注漿未飽滿時盲目掘進。

5) 地下水造成隧道管片上浮后，應及時在相應位置打開管片注漿孔釋放地下水，以減小管片背后水浮力。

5 結語及展望

1) 隧道采用掘進機施工成敗的關鍵是TBM選型，而TBM的選型以適應地區(qū)地質(zhì)條件為基礎，并且能很好地適應其城市地鐵工程特點。實踐證明，在傳統(tǒng)TBM基礎上進行針對性的設計和改造而成的復合式TBM，能夠很好地服務于重慶地鐵工程建設，并取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

2) 復合式TBM對于重慶以砂巖及泥巖為主的地層具有很好的適應性，但對于重慶地區(qū)塊石性雜填土和灰?guī)r區(qū)溶洞、突發(fā)涌水、大變形石膏巖、煤礦采空及瓦斯區(qū)等不良巖層，TBM的應用存在的問題多、風險大，不宜選用。

3) 結合筆者自身工程經(jīng)驗或類似工程經(jīng)驗，分析了復合式TBM在重慶地鐵工程應用過程中存在的刀盤結泥餅、管片上浮以及卡盾等問題的原因，并提出了相應的對策。

4) 雖然復合式TBM在安全、工期以及經(jīng)濟性方面具有較為突出的優(yōu)勢，但由于受到施工作業(yè)場地條件、始發(fā)或吊出條件，不良地質(zhì)條件、線路以及總體工籌的影響，復合式TBM在重慶地鐵工程中的應用比例相較于施工靈活多變的礦山法仍然較小。

5) 對于復合式TBM在重慶地區(qū)應用和研究的展望。由于受到地形條件和環(huán)境條件的影響，重慶軌道線路存在著大坡率小半徑的要求和特點，目前重慶軌道交通地方要求的線路最大縱坡坡率可達到50‰，因此進一步研究如何使得復合式TBM能夠適應極限坡率和轉彎半徑，對于其應用推廣具有重要意義；復合式TBM不僅可以在重慶地鐵工程建設中推廣應用，同樣可以應用于類似工程條件的重慶市政公路隧道工程中；無論是地鐵工程還是市政工程，對于大斷面隧道都有著相應的需求，所以進一步研究并推廣大直徑巖質(zhì)隧道掘進機具有現(xiàn)實意義；重慶地區(qū)復合式TBM的成功應用可為國內(nèi)其他巖質(zhì)城市地鐵工程建設提供借鑒。

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(編輯：郝京紅)

Application of Compound TBM to Chongqing Metro Projects

PENG Hui1， ZOU Guangjiong1， CHEN Baiquan2， ZHOU Jie1

(1. Chongqing Rail Transit Design and Research Institute, Chongqing 401122; 2. CISDI Engineering Co., Ltd., Chongqing 400013)

rail transit; compound TBM; tunnel; Chongqing

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.015

2016-02-22

2016-06-21

彭輝，男，碩士，高級工程師，從事地下工程設計與研究，penghui0817@163.com

U231

A

1672-6073(2017)01-0070-07