地鐵施工TBM的施工技術分析

周澤民

摘 要：地鐵施工難度較大，隧道施工是地鐵施工的關鍵環節，在施工過程中需要通過TBM施工等有效措施進行破巖掘進并降低爆破施工的影響。

關鍵詞：地鐵;隧道施工;TBM技術

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A

0 前言

地鐵隧道的施工方法有很多，例如明挖法、暗挖法等，而TBM法屬于暗挖法，在隧道施工中發揮著重要作用，在施工時需科學選擇TBM設備并加強施工工藝管理，充分發揮TBM在地鐵施工中的作用。

1 地鐵與TBM分析

1.1 地鐵

地鐵屬于城市軌道交通，主要依賴電力牽引。地鐵是在全封閉的線路當中運行的，大多數中心城區的地鐵線路都位于地下隧道當中，而中心城區之外的地鐵線路多處于地面上或高架橋上[1]相比于其他交通工具，地鐵具有節省土地、噪音小、減少污染等優勢，但建造周期較長、成本較高，且部分地鐵抵御火災、水災、地震等災害的能力較弱。例2021年7月20日鄭州暴雨對地鐵造成了嚴重破壞，也危害了一些乘客的生命。

1.2 TBM

從廣義角度來看，TBM指的是隧道掘進機，包括敞開式隧道掘進機與護盾式隧道掘進機這兩種類型。從狹義角度來看，TBM指的是全斷面隧道掘進機。之前，在軟土地層當中常用的掘進設備是盾構機，而TBM比盾構機的使用壽命長、可靠性強。

2 地鐵隧道施工方法的對比分析

地鐵隧道（如圖1所示）施工方法主要包括明挖法與暗挖法，不同施工方法的適用環境不同。其中，明挖法比較適用于隧道結構埋深較淺、施工區域開闊、交通允許且周圍建筑物少的環境。相比于暗挖法，明挖法的施工速度較快，成本較低，一般采用整體澆筑鋼筋混凝土矩形框架結構。而暗挖法比較適用于隧道結構埋深較淺，周圍建筑多且交通不允許的環境中。暗挖法具有施工靈活、形式多樣等特點，可以根據施工工期、周圍環境以及地質條件選擇不同的施工形式。而地鐵施工多處于城市區域，施工現場周圍的建筑較多，交通較為復雜，所以一般利用暗挖法進行隧道施工。

暗挖法在地鐵施工中應用較為普遍，當前技術也比較成熟，常用的施工方式有TBM法、礦山法、盾構法以及淺埋暗挖法等。

（1）TBM法：一般情況下都是在巖石地層當中應用全斷面隧道掘進機，常用在鐵路隧道、水利水電隧道以及公路隧道施工中。但是，地鐵施工當中很少應用TBM技術，青島地鐵TBM技術應用較多。相比于其他施工方法，TBM施工技術具有多重優勢。第一，隧道掘進的效率相對較快。在利用全斷面隧道掘進機施工時，掘進機可以實現連續作業，進行破巖、出渣以及初期支護工作，比其他施工方法的施工速度快很多[2]。第二，隧道開挖質量較好，超挖量相對較少。利用全斷面隧道掘進機開挖出的隧道內壁相對光滑，不會產生過度超挖的情況，可以減少支護施工，繼而降低施工成本。第三，不會對巖石造成較大影響。利用全斷面隧道掘進機施工可以優化開挖面的施工條件，增強巖層的穩定性，不會對周圍建筑產生較大影響，有利于保障施工人員的人身健康。第四，較為安全。全斷面隧道掘進機可以在刀盤當中更換刀具且具備密閉式操控室，改善了作業環境，增強了作業安全性。第五，不會產生較大污染。全斷面隧道掘進機在施工過程中產生的振動較小，噪音小、粉塵也比較少，不會對周圍環境產生較大影響。即使在附近居民休息、工作等時間段也可以正常施工，不會產生較大影響。但是TBM施工技術也具有一定的缺點。首先，全斷面隧道掘進機不太能夠適應復雜多變的地質條件。其次，全斷面隧道掘進機的結構較為復雜，對零部件以及材料有較高的要求，整體設備較為昂貴，施工成本較高。再次，在施工過程中應用全斷面隧道掘進機無法改變隧道開挖的形狀與直徑。此外，TBM技術對車站的始發、接收等有一定的要求，加大了施工成本。

（2）礦山法：礦山法比較適用于結構埋置較深，且巖層自穩能力較強的隧道開挖工程，例如開挖深埋于較堅硬巖體中的隧道時就可以利用礦山法。礦山法施工技術具有施工靈活、技術成熟等優勢，能夠適應復雜多變的地質條件，成本較低[3]。當前，很多城市在建設地鐵時都會選擇應用礦山法。但是，在城市區域當中應用礦山法會產生較大的噪音，也會對周圍建筑物產生較大影響。

（3）盾構法：盾構法是一種較為先進的隧道開挖方法，具有噪音小、振動小、施工效率高、對周圍建筑物與交通影響小等優勢。同時，盾構法的隱蔽性較強，比較適用于軟地層施工，但不能在巖石地層施工中應用盾構法。

3 地鐵施工中TBM技術的應用

3.1 科學選擇TBM設備

常用的TBM設備有單護盾掘進機、雙護盾掘進機以及敞開式掘進機。施工單位需根據地質巖層的特性合理選擇TBM設備。第一，單護盾掘進機。改良型單護盾掘進機是在傳統單護盾掘進機的基礎上應用土壓平衡盾構原理設計的巖石掘進機，比較適用于硬巖地層施工與軟巖地層施工，隧道支護應用的是同步管片襯砌。第二，雙護盾掘進機。改良型雙護盾掘進機是對傳統的雙護盾掘進機進行了改進與優化，應用了敞開式掘進模式與土壓平衡掘進模式這兩種模式，不僅增加了螺旋器出砟系統，也增加了噴錨支護系統，結合了單護盾掘進機與敞開式掘進機的優勢，掘進效率較快。第三，敞開式掘進機。敞開式掘進機主要是利用支撐機構撐緊洞壁，從而承受掘進的反作用力，比較適用于硬巖地層施工。若地層當中存在破碎帶，需要進行注漿加固處理。目前，青島地鐵主要采用雙護盾TBM，采用預制管片襯砌結構。

3.2 TBM始發

在TBM始發環節中，施工人員需要安裝托架與滑移架、鋪設始發段的軌道、進行吊裝下井、組裝調試并安裝首環管片。首先，始發托架具有在始發井當中對TBM設備進行定位和支撐的作用，而滑移架可以實現TBM設備盾體與托架的運動。施工人員需要將滑移架設置在始發井的底板之上，并將托架設置在滑移架上，確保滑移架與托架的中心線以及洞門中心線在水平方向保持一致。其次，施工人員需要將鋼軌安裝在鋼枕的預留槽上，從而完成始發軌道的鋪設。再次，當TBM設備被運輸到施工現場之后，施工人員需利用履帶式起重機吊裝TBM的盾體與連接橋，并用汽車式起重機吊裝臺車。同時，完成TBM設備的組裝工作之后，應全面檢查設備的管線連接情況，并對設備的供電系統、動力系統、照明系統、主機皮帶機、刀盤驅動、導向系統等系統進行調試，確保設備能夠根據需求正常運行。此外，應利用一個封頂塊、兩個鄰接塊以及三個標準塊構成管片，并在指定位置上安裝首環管片。

3.3 TBM掘進

在進行TBM掘進時，施工人員應按照基本步驟進行設備啟動，即啟動后配套皮帶機與主機皮帶機、聲電報警系統、變頻驅動電機、主軸承等潤滑系統并進行除塵風機、扭矩反作用油缸以及刀盤的調整和啟動。之后，需要對TBM設備掘進過程中的參數變化情況以及石渣的狀態進行實時監控。完成掘進之后，需手動關閉TBM設備，并調整刀盤位置，完成相關工作之后進行下一階段的掘進工作。第二，拼裝管片。應按照自下而上的順序拼裝管片，之后利用管片拼裝機將管片運輸至盾尾。在安裝管片之前，需全面檢查管片與盾尾之間的間隙，在拼接管片的過程中擰緊連接螺栓。第三，壁后回填。壁后回填工作至關重要，主要包括回填豆粒石、壁后注漿等環節。首先，當管片拖出盾尾之后，為了增強管片的穩固性，應當在管片的預留注漿孔中吹填適量的豆礫石。當噴嘴處被豆礫石填滿之后，就需要關閉豆礫石噴射泵。需要將豆礫石的回填壓力控制在0.4 MPa，增強回填密實性。其次，雖然填充了豆礫石，但是豆礫石之間的空隙仍然比較大，需進行注漿工作，優化隧道的止水性能，增強管片的穩定性。施工人員應在距離盾尾三十環的位置進行注漿，將吊裝孔打通，從吊裝空的底部進行注漿，若附近孔位存在漿液溢出的情況就需要利用漿液蓋住附近孔位并停止注漿工作。若注漿的壓力為0.4 MPa，也需要及時停止注漿。最后，需進行換刀工作。若刀具磨損程度較大，就會減小TBM的推力，減慢TBM的推進速度，會嚴重影響施工效率，甚至出現卡殼等情況。施工人員需多觀察刀具的情況，及時更換刀具，提高掘進效率。

3.4 TBM接收

完成掘進工作之后，應根據TBM的實際情況以及洞門的復測結果將TBM的姿態調整到預設狀態中。TBM到達時效率較慢，可能會出現下沉的情況，所以在明確TBM的貫通姿態時，需要在貫通前的三十米將TBM的姿態調整到高出十五至三十毫米的位置，為后續的TBM接收奠定基礎。當TBM在到達段掘進過程中，如果TBM的刀盤出現載頭情況或突變量超過兩厘米時需要及時停止掘進工作。可以將適量水泥添加在最后二十環注漿液當中，增強管片壁后回填的密實性。

4 結語

在地鐵施工過程中，施工單位應根據實際情況科學選擇有效的施工方法，明確TBM施工技術是否合適，做好TBM的掘進與接收工作，并加強施工風險控制，保障任何施工環節都沒有問題。

參考文獻：

[1]李益美.地鐵隧道工程TBM施工工藝分析[J].建筑建材裝飾，2018（5）：66+77.

[2]周銀江.雙護盾TBM小半徑曲線地鐵隧道施工技術分析[J].建筑技術開發，2019（16）：78-79.

[3]李志成.TBM下穿江北機場區間隧道施工的技術分析[J].中國民航飛行學院學報，2020（2）：15-19.