復合式TBM快速掘進技術研究

冉鵬

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

復合式TBM快速掘進技術研究

冉鵬

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

該文分析地質圍巖情況、掘進參數與掘進速度的關系，同時討論了如何通過調整掘進參數和采用其他相關措施以實現在某隧道區間內提高掘進速度，縮短工期，節約施工成本，為以后的復合式TBM快速掘進提供參考。

TBM；快速掘進；掘進參數；敞開模式

0 引言

城市軌道交通在城市發展過程中扮演者越來越重要的角色，而使用TBM建設地下隧道的比重也越來越大，為此提高TBM掘進速度研究具有很大的技術價值和經濟價值。重慶軌道交通環線體育公園站至冉家壩站區間隧道正是使用復合式TBM掘進機施工的隧道。本文以此區間隧道為研究對象進行分析。

1 工程概況

重慶軌道交通環線體育公園站至冉家壩站區間隧道工程，其里程為YDK 14+384.893～YDK 14+956.143，左右雙線總長度1.14km，位于新南路下方，區間埋深29.6～32.2m，掘進斷面積為37.16m2，復合式TBM隧道防水是以自防水為主，管片采用C50 P12防水混凝土。

1.1 工程地質與水文地質情況

區間工程地質主要屬構造剝蝕丘陵斜坡地貌，現狀地形起伏較小，地勢平緩，區間主要分布于砂巖層內，砂巖的石英含量高，局部結構位于砂質泥巖層。該區間水文地質情況為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，主要補給來源為大氣降水、地面池塘水體滲漏及城市地下排水管線滲漏，受季節影響變化較大。地下水以圍巖裂隙水為主，水量較小，區間無斷層等其他不良地質構造，圍巖穩定性較好。

1.2 盾構機、管片類型及相關尺寸

該區間使用盾構機類型為單圓復合式TBM，最大開挖直徑為6885mm，由于隧道區間圍巖自穩性良好，開挖面不需要增強支撐，經專家討論決定采用敞開模式進行掘進。襯砌管片采用高精度鋼模制作的通用襯砌楔形鋼筋混凝土管片，管片內徑為5900mm，外徑為6600mm，厚度為350mm，標準環寬度為1500mm。以滾刀破巖為主，采用高轉速、低扭矩和主機皮帶機的方式出碴。出渣設備及運輸方式：皮帶機輸送、有軌電機車水平運輸、龍門吊垂直運輸。

2 復合式TBM施工循環作業流程

準備工作（管片卸車、同步漿液到位、第一列編組到位）→破巖→第一列編組裝渣（同時同步注漿）→掘進完成（油缸行程至1.8m）→第一列編組卸渣→第二列編組進場（同時拼裝管片、設備維保、掘進前準備工作）→循環作業

3 原掘進參數設定

表1 原掘進參數表

4 掘進效率統計及實驗總結

統計4月11日至4月30日每天掘進進米如圖1。

由以上統計數據可知，平均每天掘進8.7m。

該區間掘進過程中區間地質情況、水文地質情況變化較小，通過調整掘進參數掘進一環所需時間隨著參數變化而變化。通過實驗數據得出以下結論：

表2 復合式TBM盾構機主要參數表

圖1 4月11日至4月30日每天掘進進米

（1）地質、水文地質情況不變，刀盤轉速不變時掘進推力增大，掘進速度增大較快，當推力增大到1500t以后推力繼續增大但掘進速度增加不明顯；在此情況下應適當增加推力。

（2）地質、水文地質情況不變，推力不變時刀盤轉速增大，掘進速度增大明顯，當刀盤轉速增大到3.8后轉速繼續增大但掘進速度增加不明顯，此時盾構機有明顯抖動，在此情況下應適當增加刀盤轉速。

（3）刀盤扭矩隨著推力和刀盤轉速增加而增加但增量較少，與土倉中存渣量關系明顯。

5 為提高掘進速度所需進行的調整

5.1 掘進參數變更理由

由上述掘進效率及實驗結論可知在地質情況一定的前提下應適當增大掘進推力和增大刀盤轉速能提高掘進速度。

5.2 通過試驗結論分析對掘進參數進行調整（表3）

表3 調整后掘進參數表

5.3 組織和管理上進行調整

（1）超前考慮，精心組織，全力加快施工進度。盾構施工涉及工種多、工序復雜，必須確保材料供應及時充足（管片、防水材料、河沙、膨潤土、粉煤灰、水泥），每天兩班倒，早上7：00和晚上19：00上班前召開班前會，值班人員井下交接班，班中餐有地面送到井下保證施工的連續性。我們根據項目工期計劃，制定出詳細切實可行的施工安排；堅持每月召開施工總結會。

（2）配備充足的工程技術人員、分工明確。值班工程師統一協調井下施工作業，及工序銜接問題。從制度上保證項目部團結一心，互相支持、互相配合。設備部、工程部技術人員24小時在現場輪流值班，密切注意施工動態，及時了解各工序的完成情況，遇到問題及時采取措施解決，保證工程進度。

（3）制定明確的獎懲機制、兌現獎懲，調動全員生產積極性。下達形象進度指標，嚴格獎罰措施，工資、獎金與進度掛鉤，充分調動全體職工積極性，加快了施工進度。制定施工進度、質量的考核標準和獎罰措施。設置突破獎、超環獎，嚴格兌現獎罰措施。實行收入與進度、質量掛鉤，激發了全體職工的生產積極性和工作熱情。

（4）加強設備管理工作。盾構施工專用機具、設備多，維修保養好這些機具、設備是維護正常施工的保證。項目部要求施工隊伍配備專門的維保人員24小時值班，平時做好機具設備檢測保養工作，發現故障及時排除，讓設備處于良好狀態。分門別類建立設備檔案，完整保存其使用說明書、部件構成圖，做好每次故障發生位置、產生原因和解決措施等維修記錄。

5.4 調整后效果檢查

通過上述調整后對后續30d掘進量進行了統計，如圖2。

圖2 調整后30d掘進量統計

通過TBM盾構在體冉區間掘進時實施上述幾種調整，合理安排施工，并對5月1日至5月20日每天掘進量進行統計，數據表明掘進速度明顯加快。平均每天掘進13.275m。

6 技術及經濟指標

（1）技術指標：本次活動有效地提高了盾構掘進速度，從活動前每環平均每天掘進8.7m提升至每天平均掘進13.275m。掘進速度平均每天提高4.575m。

（2）經濟效益：通過本次研究調整掘進速度平均每天提高了4.575m，創造了不錯的經濟價值,共計節約成本212.29萬元。

7 結語

本文通過對影響復合式TBM掘進速度各因素進行分析，分別就掘進參數進行調整，增加掘進過程中的管理措施，提高了管理能力，提高了掘進速度，并取得了不錯的經濟及技術效益。總結了與該區間隧道相似地質及水文地質條件下快速掘進的各個技術參數及管理關鍵點，對以后類似情況下復合式TBM快速掘進具有很大的參考和指導意義。

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Study on Compound TBM Fast-drilling Technology for Tunnel

This paper analyzes the relationship between the geological conditions of surrounding rock,drilling parameters and the drilling speed.Meanwhile,it also discusses how to improve the drilling speed in a tunnel section,shorten the construction period and save the construction cost by adjusting the drilling parameters and adopting other relevant measures.It can offer some references for the future compound TBM fast-drilling technology.

TBM;fast drilling;drilling parameters;the open mode

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0022-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.22

2017-07-04

冉鵬（1987-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事軌道交通隧道施工工作。

責任編輯：孫蘇，李紅