雙護盾TBM在深圳地鐵中的應用

石小政 馬偃輝

摘 要：TBM技術主要用于開挖較大型隧道的工程中，它所擁有的高強度機械壓力可以輕而易舉的破壞巖石，因此具有速度快、效果好等優勢。文章在介紹TBM工藝原理的基礎上，結合實際工作經驗來闡述TBM技術在實際施工過程中的應用情況，并對出現的問題進行分析及提出解決對策，可為今后相關工程提供借鑒。

關鍵詞：雙護盾 TBM技術 地鐵工程

1.應用情況簡介

目前雙護盾TBM在深圳地區已經有5個工區得到成功應用。面對不同的工程地質特點，這些雙護盾TBM在深圳地區的應用各具特色，大致可概括為“深圳首臺+極硬巖+小曲線+分體始發+快速掘進”，目前在城市地鐵雙護盾TBM施工中，深圳已經引領行業潮流。

（1）深圳軌道交通10號線“孖嶺站～雅寶站區間”是中鐵隧道局在深圳首臺應用雙護盾TBM進行施工，起于梅林東站終點，沿彩田路下方敷設，途經藝豐花園、彩田加油站、富國工業區，下穿梅觀高速進入雞公山，沿直線向北穿越雞公山，于南坪檢查站處出山體，止于創新園站。此項目是雙護盾TBM在深圳地區的首次應用。

（2）深圳軌道交通6號線“羊臺山隧道”存在少量極硬巖，由中鐵建大橋局進行施工，隧道全長3293.35m。羊臺山隧道部分巖性為致密微風化花崗巖，其平均天然飽和單軸抗壓強度為180MPa，最大達到210MPa，石英含量高達70%。其特性在城市地鐵TBM施工中實屬“首硬”。

（3）深圳軌道交通6號線“民樂停車場出入線隧道”存在小曲線施工，由中鐵五局進行施工，隧道線路大體呈東西走向，起點為翰梅區間，線路出區間后以R=300m曲率半徑往西轉，沿塘朗山西行1km，以R=260m曲率半徑往東轉接入民樂停車場線路。

（4）深圳軌道交通6號線“梅林關站～翰林站區間”采用分體始發，由中鐵隧道局進行施工，全長約2311m，其中礦山段193.906m，TBM工作段2048m，TBM空推拼管片段70m。TBM始發井位于翰林站北端頭大里程段，區間平面線路最小曲線半徑為450m；縱斷面為一字坡，最大縱坡為28‰，區間隧道埋深12m～137m。項目施工為實現隧道的整體性，從車站區間分界里程開始即拼裝管片，但受地面場地制約，采用分體始發方案施工。

（5）深圳軌道交通8號線“梧桐山南站～沙頭角站區間”是當前全國所有地鐵雙護盾施工項目施工速度最快的區間，由中交二公局進行施工，線路大體呈西東走向.區間采用礦山法初支+TBM空推法，區間右線總長4135.7m，左線總長4119.076m。截至目前，雙護盾TBM右線累計掘進2424環（3636m），單月最大掘進368環（552m，18年5月），平均掘進速度273環/月，創造了同類雙護盾TBM施工最快掘進記錄。

2.TBM選型介紹

2.1 敞開式TBM

敞開式TBM的工作原理：利用作用在巖壁的反作用力，實現掘進功能的反推力和反扭矩，從而實現掘進隧道一次成型、初期支護、出碴運輸。

2.2 單護盾TBM

單護盾TBM刀盤推力由輔助推進油缸支撐在管片上提供，TBM推進時掘進與管片安裝不能同時進行。單護盾TBM施工作業循環：掘進→輔助油缸回收→安裝管片→再掘進。

2.3 雙護盾TBM

雙護盾TBM掘進和管片拼裝可以同步進行，互不干擾，理論上其掘進速度是單護盾TBM的2倍，是敞開式TBM的1.5倍。通常認為雙護盾TBM具有2種掘進模式。

掘進硬巖時采用雙護盾模式：通過側向撐靴緊撐在洞壁上，為刀盤和前護盾提供反力，掘進與安裝管片能同時進行，施工速度快。TBM作業循環為：掘進與安裝管片→撐靴收回換步→再支撐→再掘進與安裝管片。

軟弱圍巖時則采用單護盾模式，不再使用側向撐靴，依靠推進油缸支撐在管片上提供掘進反力，TBM掘進與管片安裝不能同步。作業循環為：掘進→輔助油缸回收→安裝管片→再掘進。

3.針對性設計及改進

3.1 10號線孖～雅區間雙護盾TBM

（1）刀盤針對性設計。孖雅區間隧道洞身范圍地層主要為微風化花崗巖及局部中風化花崗巖，微風化占95%。微風化花崗巖單軸抗壓強度為33.4～127.3MPa，中風化花崗巖為20.8～54MPa，石英含量70.5%。

針對巖石強度高、石英含量高的特點，設計高強度刀盤。采取以下措施：①刀盤面板采用270mm鍛造鋼板，保障刀盤正面強度；②連接法蘭采用340mm鍛造鋼板，保證刀盤抗傾覆能力；③刀盤面板覆蓋耐磨鋼板，增強刀盤耐磨性能。

（2）小刀間距設計。小刀間距有利于破巖，還可以有效降低刀盤震動、延長刀具使用壽命。整盤共44個刀刃，中心刀刀間距89mm，正滾刀刀間距86mm、82mm。

（3）防主機滾轉設計。①前盾安裝穩定器，前盾與支撐盾之間設有反扭矩裝置。②輔推油缸沿周向設計調整裝置，通過調整油缸角度，糾正主機滾轉。

（4）地鐵小曲線轉彎針對性設計。①合理布置外伸縮盾及內伸縮盾間隙（20mm），擴大尾盾與管片外徑間隙，滿足城市地鐵轉彎半徑的適應性設計。②管片吊機由雙梁行走調整為單梁行走，小曲線轉彎適應能力強。

（5）防卡機及脫困設計。①刀盤厚度方向暴露長度盡量短，設計長度僅為810mm，可減輕刀盤對圍巖的擾動；②輔推油缸設計高壓脫困模式，可輸出1.3倍額定推力，且具有足夠的扭矩儲備，設計脫困扭矩5414KNm；③主驅動設計提升功能，提升行程最大50mm，降低卡機風險；④布置多個超前注漿、處理及觀察孔，提前預處理。

3.2 6號線羊臺山隧道雙護盾TBM

（1）刀盤針對性設計。同孖雅區間隧道巖石強度相比，羊臺山隧道巖石強度更高（石英含量68.16%，單軸飽和抗壓強度150～200MPa，平均180MPa，掘進取芯樣最高強度達204.3MPa），在刀盤設計上采用19寸單刃滾刀共36把，17寸雙刃滾刀共4把，采取Q345D高強度耐磨鋼，刀間距則設置為78mm，保證高效率破巖。

（2）盾體針對性設計。盾體采用倒錐形設計，減少卡盾風險；刀盤與盾體偏心設計10mm，保證頂部開挖間隙，如圖1所示。

3.3 8號線梧沙區間雙護盾TBM

（1）在TBM掘進過程中，碴車換斗時不但影響推進速度而且容易掉碴。重新加工出碴口，在換斗時人工操作翻板，不停止掘進、不掉碴。

（2）TBM自帶的水霧噴頭太少，TBM掘進過程中粉塵太大，影響人員身體健康。在前盾溜碴槽、主機皮帶機出碴口、后配套臺車等部位增加了水霧噴頭，大大改善了作業環境。

（3）為保證TBM掘進中管片背部注漿要求，在TBM10#臺車增加人工拌漿設備、袋裝水泥調運設備，提高了漿液制作的靈活性，提高了施工效率。

（4）TBM自帶換刀梁結構太大，占用太多空間，影響盾體內作業，改進之后更為合理。

（5）電瓶機車運送施工材料進車時，電瓶機車剎車、人員操作、調車員信號存在滯后性，可能發生管片車與防撞梁碰撞。為防止車輛及防撞梁剛性碰撞后設備、管片損傷，增加了緩沖器。

（6）去除管片喂片機，原因：①影響底部管片豆粒石吹填和注漿；②喂片機重量會導致管片下沉。

（7）去除卸載器，原因：①阻礙作業人員通行；②管片吊機直接吊運管片等施工材料，不影響使用。

（8）TBM盾尾間隙較大，由于管片脫出盾尾后豆礫石吹填不密實，形成管片下沉，從而造成推進油缸與管片中心不重合，造成管片受力不均勻，損傷管片。設計上部45mm、底部15mm間隙，可以避免管片受力不均。

（9）TBM掘進中需要換刀時，有時刀盤底部石碴太多、容易卡刀盤，可以通過頂伸底部穩定器油缸抬高盾體，清理刀盤底部石碴。

（10）增加一套總功率132KW的大型水冷式制冷設備，通過冷卻風流使施工區域溫度降低5-10度，極大的改善了作業環境。

（11）修改原本的主推系統，液壓方面加入備壓功能。

4.結束語

綜上所述，雙護盾TBM在深圳地鐵隧道施工的成功應用，不僅驗證了雙護盾TBM具有良好的地質適應性和高效的機械化施工優勢，而且豐富了城市地鐵隧道施工的方式，為其他類似地質及工況的隧道施工提供了經驗和借鑒依據。

參考文獻：

[1]何川.盾構/TBM施工煤礦長距離斜井的技術挑戰與展望[J].隧道建設.2014，34（04）：287-297.