张玉鹤
中国交建轨道交通事业部 北京 100000
【摘要】盾构法施工已随着社会的发展逐渐成熟，在中国应用盾构法地铁施工的项目也越来越多，探索高质、高效、安全的开展盾构施工已经成为很多施工企业研究的重要课题。本文以中国交建重庆地铁工程为例，总结了盾构法施工关键环节、施工流程和质量管理要求，研究内容包括TBM设备吊装、反力架安装、TBM掘进、管片安装等。本文通过对地铁项目盾构法施工的工艺、工法的研究，为项目盾构法施工管理提供指导，为盾构施工、管片拼装质量控制提供借鉴，为后续项目开展及其他单位盾构法施工提供技术参考和管理思路。
【关键词】盾构法；TBM施工管理；质量管理
1概述
盾构法修建隧道已有150余年的历史，盾构机是目前最先进的隧道施工机械，它由刀盘、前盾、中盾及辅助设备组成，在盾体的保护下进行掌子面开挖、管片安装、隧道掘进和出土作业等工作，完成隧道施工的一次成形。目前，发达国家使用盾构法施工的隧道总量高达85%以上，近几年中国地铁建设也逐步以盾构法施工为主导，不但提高了地铁工程建设的速度，更提高了隧道施工的安全性。
本文以中交重庆地铁项目为例，对该项目的TBM施工进行研究分析，阐述盾构法施工在各阶段控制的技术要点和质量要求。
2 TBM设备吊装
2.1吊装要求及流程
吊装作业区域要进行地基处理，地基应平整、坚实，必要时表面浇筑混凝土或者铺设钢板，场地的水平和垂直空间要能够满足吊装作业的距离。吊装尺寸大、重量大的物体时，首先进行试吊，高度距地面要低于0.5m，并进行2次试吊，没有问题后方可作业。通过计算，拟采用400t汽车吊和150t汽车吊各1台，配合吊装。
400T吊车选择旋转半径为10m，臂长为19.8m，额定起重量为120T，配重122T，单护盾TBM最大部件为前盾，总重为108T＜120T，吊重为额定荷载的90%。
150T吊车选择旋转半径为8m，臂长为17m，额定起重量为62.1T，单护盾TBM最大部件为前盾，总重为108T，由2台吊车配合翻转，平均一台起重重量为54T＜62.1T。
.png)
图1 两台汽车吊吊装图
吊装TBM时，依次将其8号到1号台车、设备连接桥吊装下井并组装，然后将始发托架下井固定，中盾吊装并垂直立放在始发托架上，最后吊装TBM的前盾、拼装梁、管片拼装机、尾盾、刀盘，分别进行组装。具体吊装的顺序如图2所示。
.png)
图2 吊装工序图
2.2吊装过程质量管理
（1）安装过程中控制好盾体与拼装机的重心，防止出现重心偏移导致安装过程中盾构设备倾斜的现象。
（2）连接盾体及TBM配套设备时要用扭矩扳手拧紧每个螺栓，并达到要求的扭矩。
（3）TBM组装完成后要进行整机调试，对水循环系统、液压系统、电气系统等进行全面检查、校核，直到满足施工运行要求。
3 反力架安装
3.1反力架支撑形式
反力架是TBM始发时非常重要的部件，它设计的合理与否直接影响TBM始发的成败，因此反力架受力要严格计算和组装。反力架主要包括预埋件、支撑、主梁3个部分，为TBM始发提供支撑力，帮助TBM进入洞门进行施工作业。重庆地铁项目使用的是龙门+支撑式的结构，如图3所示。
.png)
图3 反力架结构形式图
3.2反力架安全性分析
根据反力架的几何形状和各部件之间的关系，建立反力架有限元模型。建立的反力架模型、荷载与约束情况如图3所示。各支撑杆端部均采用固定约束，反力架立柱选用δ30mmA3钢板焊接成1000mm×600mm，上下横梁焊接成1000 mm×600 mm，反力架采用600的钢管斜向30度支撑，每边两根。对反力架在设计荷载500t的作用下，进行了应力分布数值计算，根据数值结果和现场工况，设计出反力架支撑布局方案。同时通过实测数据为反力架的强度分析与优化设计提供了依据，也为后期拆除反力架提供数据和指导。经数值分析，反力架所受最大值为165.6Mpa。同时，项目选取了4个位置现场监测反力架的真实受力情况，得出最大的等效应力为82.811Mpa。因此得出设计方案合理，能够满足实际应用。
.png)
图4 反力架受力情况图
3.3反力架质量控制
（1）在TBM进行推进过程中，地质条件变化、TBM的姿态等，都会使得反力架受力十分复杂，所以在反力架安装完成后要对焊接质量和安装质量进行检验。
（2）要根据TBM及始发座的位置，调整好反力架的位置和横纵向垂直度。
（3）随着TBM的不断掘进，反力架上反作用力也逐渐减小，要密切监测反力架的受力情况，直到反力架基本不受力，受力曲线变化趋于稳定后方可拆除反力架。
4 TBM区间掘进
4.1 TBM掘进参数
4.1.1砂质泥岩地层
TBM在砂质泥岩进行掘进时，其推力基本要控制在4900～6900kN，掘进的速度掌控到32～45 mm/min。如果TBM的推力小，掘进速度低，掌子面对刀具产生的阻力小于刀具的启动扭矩，会出现刀具偏磨；如果TBM的推力略大，掘进的速度过快，TBM的掘进姿态就很难控制，施工的效果也不好。
4.1.2砂岩中地层
TBM在砂岩进行掘进时，其推力基本要控制在6800～8600kN，掘进的速度掌控到28～40mm/min。如果TBM的推力偏小，推进的速度偏低，刀具的磨损就会加快；如果推力偏大，超出刀具的承受范围，刀具就很容易被破坏。
4.1.3砂质泥岩与砂岩交替地层
砂质泥岩与砂岩交替地层时，刀盘和刀具的受力是不均匀的，所以要根据实际情况合理控制掘进参数，重庆地铁项目刀盘的旋转速度控制在2.1～2.4r/min,TBM的推力控制在7100～7900kN。
4.2盾构掘进质量控制
（1）跟踪检测碴土情况，包括温度、形状和颜色等，同时要考虑TBM油缸的推力、推进的速度、系统的温度等数据，综合判断掌子面、围岩情况和刀具的磨损情况。
（2）砂质泥岩，岩层属于沉积岩层。当TBM刀盘在掘进过程中，在仓内残积的泥岩以及泥岩类岩石经研磨后形成的粉粒状矿物质，在受压、受热、受湿环境条件下，极易在刀盘表面形成泥饼。即TBM掘进过程中，控制好刀盘加水，改善碴土的性状，减少粘结机率。控制好掘进参数，若一旦产生泥饼,必须及时采取对策,必要时采用人工处理的方式清除刀盘上的泥饼。
（3）TBM掘进时容易产生轴向偏差，在偏差值将要超出±8mm时，要及时调节轴向偏差值，选择改变刀盘转向。
（4）TBM根据掘进方向及时调整油缸方向，避免与隧道设计轴线产生较大偏差，水平、垂直偏差不允许超过±50mm。
（5）密切监测刀盘情况，防止结泥饼，重点关注掘进的推力、刀盘转速和扭矩等掘进参数，一旦发现较大数值波动,必须及时采取对策,必要时停机检查刀盘，如结泥饼可采取人工清除刀盘的方式。
5 管片拼装
管片拼装是盾构掘进完成土体开挖进行隧道支护的重要环节，管片拼装完成形成隧道，通过形成永久衬砌来平衡围岩压力，实现对隧道的永久保护。管片拼装的点位也非常重要，它对隧道管片的质量影响较大。
.png)
图5 管片拼装图
5.1管片拼装点位选择
管片拼装要在油缸行程达到1.8米左右时开始，选择拼装点位与盾尾间隙、上一环管片拼装的点位、铰接油缸和推进油缸的行程、TBM的掘进姿态等密切相关。首先测量盾尾间隙数据，然后考虑铰接油缸行程和盾尾间隙，应尽量将宽度最大和宽度最小的管片分别放在推进油缸的最大行程和最小行程处来弥补油缸行程差；同时考虑前一环管片的拼装位置，按照点位交替、错缝的方式进行管片安装；拼装管片时，先拼装底部位置的管片，然后安装临近块，最后拼装楔形块；管片拼装到位后应先穿环向螺杆，再穿径向螺杆，紧固螺栓。
在TBM推进过程中，有A、B、C、D 4组油缸参与推进，4组油缸分别位于上、右、下、左。推进过程中要实时控制TBM掘进姿态，在推进结束的时候4组油缸的行程往往不等，所以在点位选择时也应考虑推进油缸的行程以使管片在拼装完毕后4组油缸的行程差减小。本工程所用的通用管片中B3块宽度最大（1519.8mm），F块宽度最小（1480.2mm），在考虑盾尾间隙和铰接油缸行程的基础上应尽量将这两类管片分别放在推进油缸的最大行程和最小行程处以补充油缸行程。
5.2管片拼装质量控制
（1）管片拼装选点位时应严格按照1、3、5、8、10和2、4、7、9、11两种点位交替选择，每种点位对应的均是奇数油缸，若不按此规则拼装会造成管片错缝在同一直线上进而形成施工风险，不满足相关要求。
（2）管片拼装完成后须用风炮对全部螺栓复紧一遍，确保螺杆外露丝扣不少于4个丝。
（3）管片从尾盾脱出后，要对管片的所有连接螺栓进行二次复紧加固。
（4）管片拼装完成后要及时进行壁后注浆，严格把控管片的错台，保证隧道管片的安装质量。
（5）每环管片安装前要及时清理盾尾杂物和前一环管片环面。
（6）拼装时严禁全部油缸同时缩回，油缸未顶紧之前拼装机不能放下管片。
6 总结
本文阐述了TBM设备吊装、反力架安装、TBM掘进、管片安装等地铁施工技术和工艺流程，通过重庆地铁项目说明了盾构法地铁施工的重点工序和质量管控要点，证明了盾构法施工的安全性、高效性和可操作性，为后续项目的开展提供实践经验，为其他单位在盾构施工技术、质量管理上起到了借鉴价值。
参考文献
[1]陈克济. 地铁工程施工技术[M]. 《中国铁道出版社》,2014年6月.
[2]李福川. 盾构技术在城市地铁施工中的应用[J]. 交通世界,2018(Z2):270-271.
[3]周少华. 城市地铁施工机械作业安全风险管理[J]. 工程建设与设计,2018(04):197-198.
[4]陈洪波. 地铁施工盾构法施工技术研究[J]. 城市建设理论研究(电子版),2018(07):67.
[5]郭海天. 地铁施工中盾构法应用技术探析[J]. 工程技术研究,2018(08):82-83.
作者简介：
张玉鹤，男，1987年5月，研究生，工程师