地鐵工程雙護盾TBM施工地層穩定性及支護結構受力機理研究

蘭振宇

摘要：下文將地鐵項目建設當中的雙護盾TBM施工（下文簡稱“TBM施工”）期間，掘進施工參數對于圍巖內部穩定性產生的影響、各類支護施工方法和圍巖之間產生的相互作用機理當作討論對象，經過查閱各類資料進行調研、通過理論知識進行分析等大量方式開展研究工作。

關鍵詞：地鐵工程；雙護盾TBM施工；地層穩定性；支護結構；受力機理研究

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雜性以及重要性，所以，對掘進施工期間，導致圍巖部分出現的擾動現象進行嚴格的控制，預防此類事故對地表區域的建筑物產生重大的影響。

一、對各類圍巖當中穩定性產生的影響

（一）對于中風化類型圍巖穩定性產生的影響

因為中風化類型的花崗巖自身擁有相對優質的穩定性，TBM掘進施工期間，對于這類圍巖穩定性產生的影響普遍不大。綜合而言，其具備的穩定性相對較優。一些與隧道洞身所處區域偏短的圍巖，其擁有的安全系數不超過1。這一數據能夠表明，TBM掘進施工期間對于原巖應力本身達到的平衡造成了破壞，從之前的三向應力幾乎轉變為兩項應力，在圍巖內部出現應力集中的情況，圍巖會出現損壞情況，同時從周圍慢慢往深層區域擴散，直至呈現出全新的三向應力之后結束。TBM掘進施工會對隧道當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，朝著深層區域擴散；由于距離的不斷加大，TBM掘進施工對于胃炎造成的擾動現象慢慢降低[1]。從圍巖部分呈現出的安全系數能夠了解到，TBM掘進施工過程中，對于隧道當中的拱肩以及拱頂這兩個區域造成的影響相對偏大，而對于拱底以及拱腳這兩個區域造成的影響相對偏小。

中風化類型圍巖狀態當中，對于參數存在差異的掘進速度開展施工時，由于施工轉速的加大，TBM掘進施工對于圍巖部分出現的擾動情況會在一定程度上降低。另外，和施工的推進速度進行對比，轉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開展掘進施工時，出現的松動圈區間值是0m～0.6m。

（二）對于強風化類型圍巖穩定性產生的影響

強風化類型圍巖狀態當中，TBM開展掘進施工導致圍巖部分強度出現的下降幅度偏大，與隧道洞身所處區域偏短的圍巖，其擁有的安全系數不超過1，這表明TBM開展的掘進施工對于原巖應力本身達到的平衡造成了破壞，從之前的三向應力幾乎轉變為兩項應力。同時從周圍慢慢往深層區域擴散，直至呈現出全新的三向應力之后結束。TBM開展的掘進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掘進施工對于隧道當中的拱肩以及拱頂這兩個區域造成的影響相對偏大，而對于拱底以及拱腳這兩個區域造成的影響相對偏小。對Drucker-Prager當中的屈服條件進行考慮得出：主應力部分對于圍巖造成的影響大。根據Drucker-Prager當中的屈服條件通過計算得出： Drucker-Prager當中的屈服原則以及具備的安全系數進行的對比，前者具備的安全系數更高，獲得的掘進施工參數一致的情況下，圍巖部分出現的松動圈區域減小[2]。

借助于Drucker-Prager當中的屈服原則以及Drucker-Prager當中的屈服原則，擁有的最小安全系數，可了解到處于強風化類型巖石以及中風化類型底層內部的地層時，存在差異的掘進參數對于圍巖部分的穩定性會造成影響。

中風化類型以及強風化類型的圍巖狀態當中，在規定的推進施工速度以及轉速工作區間之中，TBM掘進施工對于圍巖部分產生的擾動區間值分別是0.2 m～0.4m以及1.4 m～1.8 m范圍內。另外，在規定大小的區間之中，由于轉速以及推進速度的持續加大，導致圍巖部分出現的開挖擾動情況變小，洞室當中圍巖部分具備的穩定性更佳[3]。

二、對各類支護結構自身受力機理產生的影響

（一）分析多種類型支護方法和中風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，不對其使用支護施工，圍巖部分垂直方向的位移情況減小，拱頂區域最大垂直方向出現的沉降位移量大概是0.147mm，拱底區域最大隆起量大概是0.1mm，拱腰位置上的圍巖出現收斂現象，朝著隧道當中的凈空區域進行移動，該區域的橫向最大位移量是0.019mm；使用管片開展施工支護以后，圍巖部分拱頂區域最大垂直方向出現的沉降量是0.135mm，拱底區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施工以后，圍巖部分拱頂區域最大垂直方向出現的沉降量是0.147mm，拱底區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構圍巖出現的形變量，和使用噴錨方式開展支護施工是得到的結果大體一致，全部實現了地表部位出現的沉降量不大于30mm的這一標準要求。

從上文當中能夠了解到，由于圍巖自身具備的性能相對優質，對隧道開展的開挖工作結束以后，圍巖部分出現的形變問題不大。在第一時間開展支護施工，降低了隧道周邊區域圍巖部分產生的應力松弛現象，力學性能獲得了有效的提升，可以對圍巖部分出現的形變問題發揮出預制效果，降低水電氣奧開挖施工期間對圍巖部分產生影響的區間面積，為圍巖部分具備的穩定性供給了相對優質的保證[4]。另外，支護結構的具體方式對于圍巖出現的形變下沉會產生一些影響。上述提到的三類支護方式當中，使用管片開展支護施工的效果相對優質，可以高效的對圍巖部分的形變問題進行控制。

（二）分析多種類型支護方法和強風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收斂現象，對圍巖垂直方向位移產生的影響很大程度降低等。

三、結束語

從上文的論述中能夠了解到，以強風化類型圍巖以及中風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掘進施工時，必然會對這兩類圍巖自身具備的穩定性、各類支護結構自身受力機理造成影響。因此這就要求在實際施工期間，注重此方面的問題，以強化項目開展的建設施工，保證項目后期正式運行。

參考文獻：

[1]程建龍，楊圣奇，潘玉叢，等.擠壓地層雙護盾TBM圍巖變形及應力場特征研究[J].巖土力學，2016（s1）：371-380.

[2]郭志，王小強，王以棟，等.青島地鐵隧道雙護盾TBM適應性設計及應用[J].隧道建設（中英文），2018，38（1）：135-141.

[3]王玉鎖，何俊男，吳浩，等.基于摩爾-庫侖準則的雙護盾TBM掘進參數研究[J].鐵道工程學報，2017，34（5）：83-88.

[4]陳浩，王龍，李子洲.西北某山嶺隧道雙護盾TBM花崗巖地層卡機分析及脫困技術[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）