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城市地铁双护盾TBM穿越不良地质技术

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：刘帅

[导读] 摘要：随着TBM施工技术在隧道施工中的不断应用和发展，其在城市地铁中的应用也越来越广泛。

        水电三局制造安装分局陕西省西安市 710000
        摘要：随着TBM施工技术在隧道施工中的不断应用和发展，其在城市地铁中的应用也越来越广泛。TBM最初被广泛的应用于山地隧道和导流隧道，而近来双盾构形式的TBM逐渐应用于城市地铁建设中。
        双盾构TBM对不同地层的适应性较好，既适用于硬岩地层，也适用于软岩地层。相比较于单模式盾构，双护盾TBM施工在工序作业上有很大优点，其可同时进行TBM掘进作业和衬砌管片拼装作业。下面结合某施工项目简述双护盾TBM在城市地铁建设中穿越不良地质段的施工技术。
        关键词：城市地铁；双护盾TBM；穿越；不良地质技术
        一、工程概况
        地铁区间由大里程向小里程方向掘进，线路敷设于现状道路下方，起止里程23+158.45～21+439.017。此段不良地质段里程为23+039～22+955共84m，半径450m左转弯、纵坡5‰的直径6.3m隧道。根据地勘揭示情况，自上往下依次为：素填土、粉质黏土、角砾、强风化花岗岩下亚带、中风化花岗岩、凝灰岩（块状碎裂岩）、微风化花岗岩等为V类围岩。基岩裂隙水与第四系孔隙水密切相关，主要赋存于基岩强～中风化带及节理裂隙密集带中，地下水径流深度较大，径流方向复杂。该层渗透性较小，局部水流汇集，水量可能较大。详见：图1-1地质剖面图。

        图1-1 地质剖面图
        二、施工措施
        恶劣的地质条件对TBM掘进施工影响很大，不仅影响双护盾TBM设备的安全性、掘进效率，还可能引起隧道轴线上方地面隆起或塌陷，进而破坏建筑物等。因此，在施工前和施工中必须采取有效的措施，确保双护盾TBM顺利通过不良地质段。
        双盾构掘进机通过不良地质时，一般分为掘进前、掘进中、掘进后三个阶段。在开挖前进行超前地质预测（或地面钻孔勘探），确定不良地质带范围、裂缝程度、含水条件等，如需加固应提前加固。在掘进过程中合理选择双护盾TBM的掘进参数，并根据监测结果及时调整。掘进后，加强管片衬砌进度，及时跟进管片后方豆砾回填注浆。
        1.地面预加固
        不良地质注浆加固范围为隧道洞身外3m范围内，注浆材料采用水泥浆+双浆液。注浆孔呈800mm*800mm梅花形布置，注浆孔直径准50，浆液浓度应根据隧道围岩条件加以调整；初拟为C∶S=1∶（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比0.8∶1～1∶1，水玻璃模数2.6～3.0，水玻璃浓度30～400Be。
        注浆压力：采用0.5～2.0MPa，注浆时根据现场试验进行调整。注浆后土体渗透系数应小于1×10cm/s，无侧限抗压强度应大于3.0mPa。
        2.洞内加固
        准10无缝钢管做成花管，前部做成尖状，采用风镐或电镐顶进掌子面。
        采用YT24小型手风钻，带自进式锚杆（前部带一次性钻头）钻进，自进式锚杆做成花管。

        图2-1 刀盘布孔示意图
        采用YT28手风钻，带自进式锚杆（前部带一次性钻头）钻进，自进式锚杆做成花管。采用化学灌浆材料进行掌子面破碎围岩加固和空腔填充。
        化灌前，先进行化学灌浆的一系列试验，包括配合比试验、现场化灌试验、化灌材料的物理力学试验等。TBM掌子面化灌顺序采用先由下向上灌注，逐层封闭，确保超前灌浆或洞外灌浆不损坏TBM。
        灌浆压力根据现场试验选定，做到在较短时间内，将灌浆压力上升到规定的最大允许压力，以保证灌浆的密实性和增大有效扩散范围。灌浆应连续不宜发生中断。管片封闭环注浆在规定的压力下，孔内停止吸浆且待闭浆后结束该孔的灌注。刀盘掌子面灌浆根据松散区范围进行计算，以使松散区得到充填为准。刀盘灌浆主要为稳定掌子面，同时对超前灌浆或洞外灌浆形成封堵；刀盘掌子面实行短管灌注。

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        3.掘进施工
        3.1在掘进的情况下，对设备液压系统进行再次检测，确保在正常掘进情况下盾体内各液压油缸能够按照指令进行工作。
        3.2在条件允许情况下重新设置主推液压油缸分区，使其能够进行单缸控制，保证液压油缸流量处于完全可控状态。
        3.3如出现TBM机头自然下沉问题，可采取超前预加固措施，即在掌子面底部和右侧进行注浆加固，增大围岩稳定性，保证TBM在行驶过程中尽量不发生下沉及右移等问题。
        3.4在保证垂直高程在设计范围内的条件下，调整左右偏差，使TBM尽量保持在设计路线内。采用低转速1.5r/min，扭矩控制1500～2000kN•m适当调整掘进速度，初步确定为80~90mm/min内，推力5000～7000kN，根据出渣量进一步调整，防止坍塌。对每一环排出的岩渣进行留样处理，比对分析，实时掌握掌子面围岩状况，以便及时提出解决办法。及时对伸缩盾内的漏渣进行清理，可设置档渣板。在非必要情况下尽量减少停机次数，要快速、匀速的通过，防止设备卡机。管片拼装完毕后，后续工序要及时跟进，如豆砾石回填，注浆加固等。减小封闭环距离，由原来每10环一环封闭环改为每5环一环封闭环。在掘进过程中，若发现出渣量明显增多或出现以下情况：
        出渣量相对开挖断面和进尺指标超标（双控指标大于5%以上）；TBM在不掘进的情况下，皮带机仍然大量渣料涌入；TBM姿态偏转或下沉；地面沉降监测报警。应将刀盘顶在掌子面上，立即停机处理。
        在穿越破碎带掘进过程中，随刀盘前进，在掌子面正上方地面上前铺设厚度3cm钢板，钢板随掌子面位置变化，不断改变，钢板铺设宽度为道路宽度。
        4.掘进后物探孔洞
        待TBM试掘进一段距离后，及时对后方地层进行地质雷达探测，考虑到地质雷达探测深度的局限性，探测分两次进行，首先从地面进行地质雷达扫描，确认接近地面范围内是够有空洞存在；然后再在洞内相应位置，对管片上方进行雷达扫描，综合地上和洞内扫描结果进行分析，如有空洞存在，采用地面打探孔进行灌注细石混凝土或洞内二次灌注水泥水玻璃的方法。
        5.地表监测
        提前对破碎带区段地面进行监测点加密布设，穿越过程中，若出现塌方应提高监测频率，由原来一天一次改为一天两次或三次，并及时对监测数据进行汇总分析，然后及时进行在群里发布，让每个人都了解现场状况。
        6.应急处理措施
        TBM在通过不良地质段时，常伴有塌方现象，有时会压头，发生地表塌方、夹机等事故，阻碍TBM掘进。TBM掘进方向偏移，管件安装接头超标，出现大的错台裂缝，损坏设备附件。一般来说，初期有几种表现：渣量增加，岩渣大小明显不均匀。岩石粉质含量降低，部分岩石附着泥沙。前后支座的反作用力减小；如果发生滑坡，会有渣量急剧增加，有时输送带压力也会增大。
        在不良地质剖面中，围岩破碎程度较低，稳定性较差。TBM在开挖过程中，可能会发生滑坡，且滑坡位于城市范围内，社会影响较大。在双护盾TBM时，如果发现脸和围岩破碎或松散，TBM刀盘应该持有的脸上，停止旋转，没有渣应被释放，否则更大区域的崩溃将导致在刀板的前面。停机，立即钻手掌表面，注入化学浆液稳定手掌表面，再用水泥浆液加固正面。
        三、结束语
        通过提前的地表处理，过程中的TBM掘进参数控制，以及各项措施的落实，双护盾TBM顺利通过该段不良地质段，同时为双护盾TBM穿越不良地质积累经验，也提高适用性。
        参考文献：
        [1]陈雷.双护盾TBM穿越断层破碎带地铁隧道施工技术[J].建材与装饰，2020（03）：270-271.
        [2]林刚，史宣陶，陈军.双护盾TBM在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践[J].隧道建设（中英文），2019，39（12）：2020-2029.
        [3]董彦明.隧道洞口施工地表预加固技术及应用[J].价值工程，2010，29（21）：131.