TBM 盾構機在隧道施工中的出洞步進技術研究

張國成，蔣忠全，韓明，劉英超，唐潤華，向林，郭杭

（中鐵隧道集團三處有限公司，廣東 深圳 512205）

1 工程概況

1.1 線路概況

深圳市城市軌道交通6 號線二期工程梅林關站—翰嶺站（原翰林站）區間全長約2311m，其中礦山段194m，TBM 工作段2048m，空推段709m。梅林關站—翰林站區間TBM 始發井位于翰林站北端頭大里程段，先以單洞單線斷面梅東四路、皇崗彩田立交樁基后，上跨深圳地鐵10 號線孖雅區間、側穿新彩隧道、下穿廈深鐵路、上跨東江飲水干道、下穿南坪快速路，之后與出入線以單洞雙線穿行小山包后到達梅林關。梅林關站—翰林站區間設計里程為DK9+491.277—DK11+804.754，正線區間范圍于YDK10+620.000 處設置一座聯絡通道兼廢水泵房，于YDK10+060.000、YDK11+205.000處各設置一座聯絡通道。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12 ～137m。

1.2 礦山隧道設計概況

礦山隧道長194m，采用新奧法施工，礦山法開挖TBM 盾構機空推段采用錨噴初期支護+鋼筋混凝土管片做二次襯砌的結構形式，單洞雙線礦山法隧道采用錨噴初期支護+鋼筋混凝土二次襯砌的結構形式。

2 TBM 盾構機出洞方法比選

2.1 原設計出洞方法

由中鐵五局施工的梅林關至停車站段區間，也在同一個出入場地出洞口，故單洞雙線大斷面隧道內接收。然后，步進至梅林關站盾構接收井。導臺呈“人”字形式，當左、右線分別TBM 盾構機通過共用導臺段后，還需將原有的導臺破除。如圖1 所示。

圖1 砼導臺平面圖

TBM 出洞常規采用工藝均為混凝土導向平臺，導向平臺上部預埋兩道鋼軌，TBM 盾體機在軌道上滑行，導臺內部預留孔洞提供反力TBM 盾構頂推出隧道至接收井，TBM 盾構機拆解退場。

2.2 TBM 步進式出洞

TBM 上到步進架后，通過步進架的平移油缸，將TBM 和步進架平移到隧道居中位置后，再進行步進施工至盾構接收接受井內，TBM 拆解退場，根據暗挖隧道及TBM 隧道施工情況，目前洞通工期十分緊張，隧道二襯施工已經成為制約TBM 按期出洞的關鍵因素：

（1）混凝土導向平臺施工后，存在對暗挖隧道二襯臺車軌道及標高存在一定影響，需在二襯完成后施做導臺，對工期存在影響。

（2）混凝土導臺施工工期長，暗挖隧道同時初支、二襯兼導臺施工各工序干擾大，對洞內運輸車輛影響大。

（3）混凝土導臺提供四臺TBM 機出洞后仍需進行拆除施工，無法滿足隧道移交節點要求。

（4）步進架可以重復使用，可以大大降低成本。同時兼顧經濟性、效率性，所以采用步進式出洞。

3 步進架設計概況

TBM 盾構機與步進架都為鋼鐵材質之間的摩擦系數μ為0.05 ～0.1, 步進架與砼之間的摩擦系數μ 為0.6 ～0.76，TBM 盾構機重量600T,托起架+附件自重50t，施工安全系數1.5。

（1）TBM 盾構機+托起架作用于地面之間摩擦力

（2）TBM 盾構機與步進架之間摩擦力

（3）托起架與地面之間摩擦力

平移油缸推力＞741t 時，TBM 盾構機進行平移。

頂升油缸推力＞600t 時，TBM 盾構機舉升。

從上面得知，當步進油缸推力作用于TBM 盾構機的力90t ＜T推＜741t 時，TBM 盾構機在托起架上滑動前行，而反力架+托起架相對于地面不運動。

當頂升油缸將TBM 盾構機頂起，TBM 盾構機與托起架分離。步進油缸推力回收57t ＜T推＜90t 時帶動托起架前行，完成步進架工作前移，如圖2 所示。

圖2 步進架效果圖

步進架：由頂升梁1、托起架2、反力架3 組成。總長約13.5m,寬度3.8m，高度0.4m，全鋼梁結構。

液壓系統：泵站、步進油缸4 根，頂升油缸左、右各4 根，左、右平移油缸各4 根。

4 TBM 盾構機施工流程

TBM 盾構機施工流程見圖3。

圖3 TBM 盾構機流程

5 TBM 盾構機平移

當TBM 盾構機掘進完成后，清除TBM 盾構機前方的渣土。

（1）在接受段里下鋪鋼板。安裝設計圖進行安裝過渡段+托起架每節軌排之間用高強度螺栓連接好，每節軌面要平順，不能有錯臺；允許偏差±5mm。軌面高度允許偏差±5。

（2）安裝過渡段+托起架并進行對中、調平。托起架的中心線一定與TBM 盾構機中心線重合，并錨固過渡段。

（3）TBM 盾構機空推緩慢上架，并前后做好觀察，如過渡段+托起架發現異常及時停推，待處理加固完成后再進行。

（4）TBM 盾構機盾尾上至托起架后，將盾尾后面所有設備及管路進行分離。

（5）將過渡段與托起架連接螺栓拆開進行分離。

（6）在四根平移油缸對應的設置支反力點，并將4 根平移油缸連接液壓系統。液壓部件應嚴格按照液壓原理圖、液壓布管圖安裝，不允許任意亂改位置。安裝完畢后，要將液壓管路隱藏起來，防止工作中磨損管路造成泄漏；安裝時，油管的進出方向一定要統一，方便操作。

（7）TBM 盾構機平移時，平4 根移油缸伸出，當4 根油缸同時接觸到支反力點時，再統一推進平移。平移時確定四周無障礙物，方可進行，特別注意協調指揮，不要過快。

（8）當平移油缸行程完后，將油缸縮回，在支反力點與油缸之間增加雙拼H 鋼連接，直至TBM 盾構機到達指點位置。

6 TBM 盾構機步進

（1）將左、右頂升梁對稱焊接在盾構機外殼上。左、右對稱中心間距4.7m。焊接完成后，再安裝上下滑套和油缸，并連接液壓泵站，并對提升架進行空載上、下活動，注意上下起落時，不能與臺架進行干涉，間隙不能過大。

（2）將反力架與托舉架用高強度螺栓進行連接，并用三角筋板進行加強焊接，同時在反力架上安裝步進油缸。安裝完成后，對油缸進行單根操作試驗。

（3）在TBM 盾構機盾尾內壁上，步進油缸上對應點焊接傳力板。

（4）將液壓站放置在反力架后并固定。

（5）啟動液壓站，確認四周無障礙物，方可進行。步進時，由一個指揮員統一發出指令，操作人員動作，四周旁站人員注意觀察盾構的運行過程。如出現異常情況，及時給指揮員反饋信息，停止步進。

（6）步進油缸4 根分成2 組閥同時動作伸出，油缸作用于反力架上，TBM 盾構機主機在托起架上緩慢向前滑行，油缸行程全部伸出后停止。

（7）左、右2 組8 根頂升油缸同時伸出，使TBM 盾構機與托舉架分離，距離控制在20 ～50mm。

（8）推進油缸4 根分成同時回收，油缸通過反力架帶動托舉架前行，油缸回收完停止。

（9）左、右2 組8 根頂升油缸回收，使盾構機落入托舉架之上。進入下一個循環。

（10）TBM 盾構機如行走如是非直線軌跡，可以將頂升油缸回收，頂升梁離地，用平移油缸伸至支反力點上，進行TBM 盾構機水平方向的糾偏。使之沿著所需線路行走。

同時，在步進過程中時刻檢查前面是否有障礙物，以及路面情況，如有異常及時處理。

圖4 TBM 盾構機步進中