复合式TBM快速掘进技术研究

冉鹏

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

复合式TBM快速掘进技术研究

冉鹏

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

该文分析地质围岩情况、掘进参数与掘进速度的关系，同时讨论了如何通过调整掘进参数和采用其他相关措施以实现在某隧道区间内提高掘进速度，缩短工期，节约施工成本，为以后的复合式TBM快速掘进提供参考。

TBM；快速掘进；掘进参数；敞开模式

0 引言

城市轨道交通在城市发展过程中扮演者越来越重要的角色，而使用TBM建设地下隧道的比重也越来越大，为此提高TBM掘进速度研究具有很大的技术价值和经济价值。重庆轨道交通环线体育公园站至冉家坝站区间隧道正是使用复合式TBM掘进机施工的隧道。本文以此区间隧道为研究对象进行分析。

1 工程概况

重庆轨道交通环线体育公园站至冉家坝站区间隧道工程，其里程为YDK 14+384.893～YDK 14+956.143，左右双线总长度1.14km，位于新南路下方，区间埋深29.6～32.2m，掘进断面积为37.16m2，复合式TBM隧道防水是以自防水为主，管片采用C50 P12防水混凝土。

1.1 工程地质与水文地质情况

区间工程地质主要属构造剥蚀丘陵斜坡地貌，现状地形起伏较小，地势平缓，区间主要分布于砂岩层内，砂岩的石英含量高，局部结构位于砂质泥岩层。该区间水文地质情况为第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水，主要补给来源为大气降水、地面池塘水体渗漏及城市地下排水管线渗漏，受季节影响变化较大。地下水以围岩裂隙水为主，水量较小，区间无断层等其他不良地质构造，围岩稳定性较好。

1.2 盾构机、管片类型及相关尺寸

该区间使用盾构机类型为单圆复合式TBM，最大开挖直径为6885mm，由于隧道区间围岩自稳性良好，开挖面不需要增强支撑，经专家讨论决定采用敞开模式进行掘进。衬砌管片采用高精度钢模制作的通用衬砌楔形钢筋混凝土管片，管片内径为5900mm，外径为6600mm，厚度为350mm，标准环宽度为1500mm。以滚刀破岩为主，采用高转速、低扭矩和主机皮带机的方式出碴。出渣设备及运输方式：皮带机输送、有轨电机车水平运输、龙门吊垂直运输。

2 复合式TBM施工循环作业流程

准备工作（管片卸车、同步浆液到位、第一列编组到位）→破岩→第一列编组装渣（同时同步注浆）→掘进完成（油缸行程至1.8m）→第一列编组卸渣→第二列编组进场（同时拼装管片、设备维保、掘进前准备工作）→循环作业

3 原掘进参数设定

表1 原掘进参数表

4 掘进效率统计及实验总结

统计4月11日至4月30日每天掘进进米如图1。

由以上统计数据可知，平均每天掘进8.7m。

该区间掘进过程中区间地质情况、水文地质情况变化较小，通过调整掘进参数掘进一环所需时间随着参数变化而变化。通过实验数据得出以下结论：

表2 复合式TBM盾构机主要参数表

图1 4月11日至4月30日每天掘进进米

（1）地质、水文地质情况不变，刀盘转速不变时掘进推力增大，掘进速度增大较快，当推力增大到1500t以后推力继续增大但掘进速度增加不明显；在此情况下应适当增加推力。

（2）地质、水文地质情况不变，推力不变时刀盘转速增大，掘进速度增大明显，当刀盘转速增大到3.8后转速继续增大但掘进速度增加不明显，此时盾构机有明显抖动，在此情况下应适当增加刀盘转速。

（3）刀盘扭矩随着推力和刀盘转速增加而增加但增量较少，与土仓中存渣量关系明显。

5 为提高掘进速度所需进行的调整

5.1 掘进参数变更理由

由上述掘进效率及实验结论可知在地质情况一定的前提下应适当增大掘进推力和增大刀盘转速能提高掘进速度。

5.2 通过试验结论分析对掘进参数进行调整（表3）

表3 调整后掘进参数表

5.3 组织和管理上进行调整

（1）超前考虑，精心组织，全力加快施工进度。盾构施工涉及工种多、工序复杂，必须确保材料供应及时充足（管片、防水材料、河沙、膨润土、粉煤灰、水泥），每天两班倒，早上7：00和晚上19：00上班前召开班前会，值班人员井下交接班，班中餐有地面送到井下保证施工的连续性。我们根据项目工期计划，制定出详细切实可行的施工安排；坚持每月召开施工总结会。

（2）配备充足的工程技术人员、分工明确。值班工程师统一协调井下施工作业，及工序衔接问题。从制度上保证项目部团结一心，互相支持、互相配合。设备部、工程部技术人员24小时在现场轮流值班，密切注意施工动态，及时了解各工序的完成情况，遇到问题及时采取措施解决，保证工程进度。

（3）制定明确的奖惩机制、兑现奖惩，调动全员生产积极性。下达形象进度指标，严格奖罚措施，工资、奖金与进度挂钩，充分调动全体职工积极性，加快了施工进度。制定施工进度、质量的考核标准和奖罚措施。设置突破奖、超环奖，严格兑现奖罚措施。实行收入与进度、质量挂钩，激发了全体职工的生产积极性和工作热情。

（4）加强设备管理工作。盾构施工专用机具、设备多，维修保养好这些机具、设备是维护正常施工的保证。项目部要求施工队伍配备专门的维保人员24小时值班，平时做好机具设备检测保养工作，发现故障及时排除，让设备处于良好状态。分门别类建立设备档案，完整保存其使用说明书、部件构成图，做好每次故障发生位置、产生原因和解决措施等维修记录。

5.4 调整后效果检查

通过上述调整后对后续30d掘进量进行了统计，如图2。

图2 调整后30d掘进量统计

通过TBM盾构在体冉区间掘进时实施上述几种调整，合理安排施工，并对5月1日至5月20日每天掘进量进行统计，数据表明掘进速度明显加快。平均每天掘进13.275m。

6 技术及经济指标

（1）技术指标：本次活动有效地提高了盾构掘进速度，从活动前每环平均每天掘进8.7m提升至每天平均掘进13.275m。掘进速度平均每天提高4.575m。

（2）经济效益：通过本次研究调整掘进速度平均每天提高了4.575m，创造了不错的经济价值,共计节约成本212.29万元。

7 结语

本文通过对影响复合式TBM掘进速度各因素进行分析，分别就掘进参数进行调整，增加掘进过程中的管理措施，提高了管理能力，提高了掘进速度，并取得了不错的经济及技术效益。总结了与该区间隧道相似地质及水文地质条件下快速掘进的各个技术参数及管理关键点，对以后类似情况下复合式TBM快速掘进具有很大的参考和指导意义。

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[4]洪开荣，吴学松．盾构施工技术[M].北京：人民交通出版社，2009：87-104.

Study on Compound TBM Fast-drilling Technology for Tunnel

This paper analyzes the relationship between the geological conditions of surrounding rock,drilling parameters and the drilling speed.Meanwhile,it also discusses how to improve the drilling speed in a tunnel section,shorten the construction period and save the construction cost by adjusting the drilling parameters and adopting other relevant measures.It can offer some references for the future compound TBM fast-drilling technology.

TBM;fast drilling;drilling parameters;the open mode

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0022-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.22

2017-07-04

冉鹏（1987-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事轨道交通隧道施工工作。

责任编辑：孙苏，李红