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1、软岩地质条件下单护盾TBM掘进姿态控制摘要：随着引洮7#隧洞连续创下高产，并以月掘进1868m突破单护盾TBM 月掘进世界记录，单护盾必将成为今后长距离软岩隧洞施工的宠儿，得到广泛应 用。本文结合引洮工程7#隧洞单护盾TBM在施工中以控制TBM姿态和管片姿 态为前提，为连续创下高产提供有利条件，重点对软岩地层中控制TBM掘进姿 态控制和调整进行分析总结，为类似工程项目提供参考。关键词：软岩；单护盾TBM；姿态控制；姿态调整；控制措施引言随着国家基础建设推进，隧洞工程快速发展，TBM必将在我国隧洞施工中 广泛应用。TBM实现了连续掘进和同步开挖支护，并具有掘进速度快、效率高、 安全风险小和一次成
2、型的特点。由于隧洞距离长，地质条件差，掘进姿态控制直 接影响隧洞施工质量，并影响隧洞施工进度，因此合理选择掘进参数，采取有效 控制办法，控制TBM掘进姿态尤为重要，结合引洮7#隧洞实际施工情况，对如 何控制TBM掘进姿态，提出个人意见和建议。工程概述引洮供水一期工程总干渠7#隧洞工程位于甘肃省渭源县境内，主要包括阎 家沟通风竖井和总干渠7#隧洞。阎家沟通风竖井桩号53+955，井深154.94m+ 水平段20.012m。隧洞起止桩号为46+715-64+001，全长17286m,设计断面为圆 形，沿进口方向1/1650的上坡，主要采用单护盾TBM施工。设计开挖直径5.75 米，衬砌管片后直径4
3、960mm，管片背后上部270度范围进行豆砾石（5-10mm） 回填灌浆，要求结石强度为C15，下部90度为回填M15水泥砂浆。管片设计为 六边形，纵向接头为凹凸面球窝结构，环向以定位销连接，设计外径5520mm， 内径4960mm，环片厚度为280mm，环片宽度为1600mm，每环管片分4块（1 块底管片，2块侧管片，1块顶管片），单块最大重量约5.2t。管片强度设计为 C45，抗渗等级为W8，抗冻等级为F50 （其中进出口 200米范围为F200）。该工程TBM由主机、后配套、加利福尼亚道岔组成，总长380.3m。其中主 机长10.3米；后配套由17节拖车组成，总长170米；加利福尼亚道岔
4、由29节 平板车组成，总长200米。TBM设计允许最小转弯半径500米，设计最大推力 28883kn，额定扭矩4000kn.m，脱困扭矩6312kn.m，设计正转转速为0-8rpm， 设计反转转速为0-8rpm。一、水文地质条件7#隧洞围岩主要由上第三系（N2L3）泥质粉砂岩、粉（砂）质泥岩、砂砾 岩、（含砾）砂岩、疏松砂岩等组成，岩性软弱，互层状分布，相变剧烈。岩层 产状平缓，受构造影响轻微，断裂裂隙不发育，仅发育舒缓短轴褶皱，总体上富 水性较差。地下水主要由大气降水补给，降雨稀少，且年内分布不均，地层渗透 性弱，地下水水量一般较小（实测泉水最大流量小于5L/min）。根据钻孔揭示、 试验及
5、水文地质调查，砂砾岩、砂岩孔隙率20%左右，为含水透水层，钻孔一般 有地下水，泉水均出露于砂岩、砂砾岩层部位。泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为相对 隔水层，地下水分布不均，一般呈层状分布且局部承压，所在山体为微弱层状含 水山体。二、软岩地质条件下TBM掘进姿态难以控制原因1、围岩易被扰动，易塌方软岩遇水后强度急剧缩减，在TBM开挖掘进过程中，由于刀盘转动，会造 成围岩扰动，导致围岩塌方,塌方量过大直接导致TBM掘进困难，严重影响TBM 姿态。为保证TBM正常掘进，TBM掘进姿态和管片姿态相互照应在TBM掘进施 工中尤为重要，而在软岩条件下掘进时，由于隧洞底部承载力偏小，容易造成管 片沉降，会造成管片姿
6、态无法顺应TBM掘进姿态，导致盾体与管片之间存在夹 角过大，TBM盾体被管片卡住，从而引起TBM掘进推力过大、管片破损或卡机, 因此在软岩条件下，采取干性水泥砂浆对隧洞底部换填，根据需要一般换填厚度 为5cm左右。5、胶结油缸使用胶结油缸在TBM掘进施工中应用调整较少，且调整幅度不能过大，地质围 岩条件较好条件下胶结油缸下部比上部稍微伸出，TBM掘进呈微抬头掘进，且 在掘进过程中基本不予调整，主要通过控制掘进参数控制TBM掘进姿态。软岩 条件下由于掘进姿态较为难控制，常出现低头现象，此时可通过调整胶结油缸， 以便调整掘进姿态，一般竖向姿态在30mm-60mm时，胶结油缸上下行程差为 10mm左
7、右（上油缸比下油缸行程短）；竖向姿态超过60mm时，胶结油缸形成 差将适当减小，且调整浮动不能过大，一般行程差为5mm左右（上油缸比下油 缸行程短），且要配合掘进参数控制掘进姿态，不能仅仅通过调整胶结油缸来实 现调整掘进姿态。6、调整板使用TBM实现正反转条件下调整板一般情况下为固定状态，基本不予调整，调 整板主要作用为调整TBM自身滚动，而对管片滚动起不利作用。TBM正转掘进 时，TBM对管片作用为反正；TBM反转掘进时，TBM对管片作用为正转。正 常情况下，TBM滚动和管片滚动全部通过正反转选择调整，当管片滚动为顺时 针滚动，且通过TBM正转无法实现调整时，此时可通过伸出调整板调整滚动，
8、调整完成后再次固定调整板。7、尾盾开口改造原设计TBM尾盾无开口设计，底管片直接先作用于盾尾钢板，在TBM向 前掘进后，底管片坐落于围岩，此情况会导致管片错台加大，且无法保证管片调 相。根据施工情况将盾尾底部钢板割除，且在底管片端头接触钢板位置，将钢板 变薄，实现了底部管片之间坐落于围岩上，保证了管片姿态调整。8、盾尾间隙控制盾尾间隙是观察TBM姿态和管片姿态是否相对应直观反映，盾尾间隙是管 片外径和盾壳内径的相对关系，控制好盾尾间隙基本能保证TBM姿态和管片姿 态相吻合，从而保证管片安装质量，因此在TBM掘进过程中，查看盾尾间隙显 得尤其重要，盾尾间隙查看分三步：第一步安装管片时查看，第二步
9、安装完成后 查看，第三步掘进后查看，通过此三步可了解管片姿态与TBM姿态是否相吻合, 若出现盾尾间隙明显变小(相对应位置明显变大)，则要查看掘进参数是否相对 于上一次掘进有明显变化，通过出渣口观察掌子面围岩是否发生变化，根据查看 结果调整TBM掘进姿态和加垫木板方式调整盾尾间隙。结束语综上所述，软岩条件下单护盾TBM掘进受围岩条件影响较大，若围岩为含 水疏松砂岩，隧洞通过岩层厚度大于80m，含水率超过12%，单护盾TBM基本 无法正常掘进。因此，软岩条件下单护盾TBM掘进必须时刻注意盾尾间隙，保 证TBM姿态和管片姿态相互顺应，以保证管片安装质量，避免管片卡住盾壳， 造成TBM卡机。参考文献1 蒙先君. 长距离双护盾TBM施工探讨J.隧道建设.2008(04).2 杨成春，马晓卫. 盾构机在特殊地段的管片拼装技术J.隧道建设. 2006(S1).
