杨士杰
中铁三局集团第四工程有限公司 山东省青岛市 266000
摘要：为有效解决在相对比较复杂硬岩地质条件的地铁施工作业的安全性，在最快时间内进行青岛地铁隧道开挖作业，本文基于双护盾TBM，首先对其进行简单概述，然后分析双护盾TBM在青岛地铁的适应性，最后探讨双护盾TBM在青岛地铁施工中的掘进效率，以此为相关人士提供有价值的参考依据。
关键词：双护盾；TBM；青岛地铁；适应性
前言：随着当前隧道工程事业的快速发展，采用隧道掘进机开展隧道掘进施工作业是未来必然发展趋势，随着今年TBM在地下工程施工中的应用优势越来越明显，特别是双护盾TBM的应用能够实现一次性完成成洞施工，具有安全性、快速性的应用优势，将该技术应用于比较特殊的地质条件下，能够很好的解决岩石存在的非稳定性、涌水等问题，具有很好的应用意义。
一、概述双护盾TBM
所谓双护盾TBM系统，主要应用在没有地下水且无法自立的软弱破碎底层区段施工中，通过将管片衬砌安装于护盾中，能够起到推进和管片安装两者同步进行的施工要求。从整体上来看双护盾TBM系统的应用性质，其具有在每个掘进形成中断时间比较短、后接触护盾呈周期性不断前移的特征[1]。从纵向的角度来划分双护盾TBM系统，可将其分为以下三方面内容：其一，前护盾带有刀盘；其二，中间部分，具有伸缩护盾的使用功能；其三，对于后接触护盾，主要用于管片尾盾安装。将伸缩、接触以及盾尾三大护盾整合起来即为后护盾。
二、双护盾TBM在青岛地铁的适应性分析
（一）工程概况-以青岛地铁二号线为例
本文以青岛地铁二号线为案例进行分析，该地铁线的隧道穿越区域为成长史中相对繁华的地带，隧道所处区域周边建筑物比较多，围岩大部分为花岗岩 ，硬岩和中硬岩在其中的占比为50%，从整体上来看，该条地铁线路埋深浅，拱顶覆土厚度为3.5m-48m之间，平均厚度为13m，若运用矿山法开展施工作业，无法有效控制因爆破造成的震动和扰民影响，为此本次施工采用双护盾TBM。
（二）简析青岛地铁围岩性态
1.单轴抗压强度
在TBM围岩等级中，岩体单轴抗压强度是其中比较重要的一项指标，直接影响围岩的可挖掘性，就本次案例中的青岛地铁二号线岩体单轴抗压强度来看（下图一为统计情况），能够明显看出，大部分岩体单轴抗压强度（单位Rc）分布于30Mpa-50Mpa之间，这部分比例高达80%，根据上述信息足以表明，青岛地铁的岩体单轴抗压强度符合TBM掘进施工作业提出的要求。
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2.岩体完整性
从整体上来看青岛地铁二号线的岩质围岩完整性分布情况，具有分布复杂性的特征，存在多类型的岩体破碎程度，因构造因素带来的影响，使得，岩体破碎程度也因此存在一定的分布不同，一般来讲，处于隧道下部分的围岩完整性要比上部分的围岩完整性好很多。就围岩本身的性质来看，其风化程度越高的情况下，也就使得围岩完整性降低，其中围岩完整性较好的为微风化花岗岩；最差的为强风化花岗岩[2]。从整体上来看青岛地铁二号线，围岩状态为较完整在整个围岩比例中占据38%；较破碎占据为24%，根据岩体完整性系数要求在0.40-0.85之间，且占据比例在85%以上情况下，适用于TBM开展施工作业。下图二为青岛地铁二号线围岩完整性比例统计图：
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3.岩体耐磨性
为有效对岩体耐磨性进行分析，本次案例运用工程自用设备开展耐磨性试验（下图三为青岛地铁二号线岩体耐磨性试验后的指数结果统计图），通过对该统计图进行分析，能够从中看出隧道穿越部分的区段岩石大部分为中耐磨性岩石，其次为强耐磨性和低耐磨性，不适用于TBM掘进施工的极强耐磨性岩石占据比例低于5%，因此青岛地铁二号线比较适用TBM开展施工作业。
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通过对上述青岛地铁施工区段中的围岩形态中的单轴抗压强度、岩体完整性以及岩体耐磨性进行分析探讨，以上均符合双护盾TBM施工所提出的指标要求，从整体上来看地质适应性为良好，将双护盾TBM应用于青岛地铁二号线施工中，有利于提升地铁施工进度，同时能够起到对施工条件的改善作用。
（三）双护盾TBM在青岛地铁施工中的掘进效率分析
将双护盾TBM系统应用于青岛地铁施工中，对于掘进效率的分析可通过掘进速度对其进行相应的评价，本次选择的研究对象为月进尺，以此针对青岛地铁掘进效率分析。从整个青岛地铁二号线工程中的双护盾TBM掘进试验区段来看，本次试验由两台机器开展施工作业，由2015年五月份到2016年二月份，共计十个月统计掘进长度为1008米，平均一台TBM月进尺为200m以上，在整个掘进作业中，特别在11月份月进尺将近400m，且没有出现任何施工事故问题。通过以上足以看出，将双护盾TBM应用于青岛地铁施工中具有很好的应用意义。除以上之外，因地铁施工所处区域的围岩等级存在不同，也就使得双护盾TBM的掘进速度随之存在一定的不同之处。下图四为围岩等级与双护盾TBM月进尺两者之间的关系图：
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根据上图四能够明显看出，围岩等级越高的情况下，双护盾TBM月进尺掘进速度也就越快，通过对这种施工情况的分析，主要原因在于青岛地铁所采用的双护盾TBM的掘进模式比较多样化，对于地铁区段中软弱破碎地层而言，通过单护盾掘进模式进行施工作业，这种掘进模式在施工过程中，TBM刀盘推进需要借助已完衬砌管片来为提供相应的推力[3]。其中要特别注意的是TBM掘进和管片衬砌两者不可一起进行施工作业，这种情况下也就为施工进度上带来一定影响；对于围岩地层相对比较好的施工区段可通过双护盾TBM掘进模式开展施工作业，在这种模式下，TBM掘进需要依赖于撑靴进行施工，将其与洞壁之间结合起来处于撑紧状态，以此来为TBM掘进提供返利，不会对管片拼装造成影响，两者可一起进行施工作业，施工进度上也比较快。
在分析上图中V级围岩等级时，明显看出该等级下的掘进速度要比其他类型的围岩小很多，出现这种现象的主要原因在于V等级的围岩稳定性非常差，很容易出现塌方类的事故，若出现塌方施工情况，就会引发刀盘卡死的情况，从而出现卡机问题。基于以上，对于V级围岩等级的双护盾TBM施工而言，可通过预注浆的方式来起到围岩的加固作用，以此来进一步强化围岩的施工稳定性。对于预注浆加固处理主要有两种，一种为洞内注浆，另一种为地表注浆，其中地表注浆能够快速加固，具有施工方便、加固效果好的应用优势。对于软弱围岩部分，应尽可能的选择推力比较小、转速比较低等方式开展施工作业。
总结：综上所述，本文以青岛地铁二号线作为研究案例对双护盾TBM在其中的应用适应性进行详细探讨，最终得出青岛地铁二号线的抗压强度、完整性以及耐磨性等指标符合双护盾TBM的施工要求，该案例比较适用于双护盾TBM开展施工，通过本次案例分析，能够为之后的相关隧道工程施工提供有力的参考和借鉴。
参考文献：
[1]罗勇, 吴圣智, 王明年,等. 城市轨道交通隧道双护盾TBM施工适应性研究[J]. 地下空间与工程学报, 2019, 15(02):525-532.
[2]刘小刚, 卢梦园, 何俊男,等. 青岛地铁二号线双护盾TBM施工掘进参数统计分析[J]. 四川建筑, 2020, 040(001):89-93.
[3]程龙, 刘鹏, 苗崇通,等. 青岛地铁1号线双护盾隧道掘进机应用中的新问题及对策[J]. 城市轨道交通研究, 2020, v.23;No.213(06):106-110+114.