双护盾TBM在深圳地铁中的应用

石小政 马偃辉

摘 要：TBM技术主要用于开挖较大型隧道的工程中，它所拥有的高强度机械压力可以轻而易举的破坏岩石，因此具有速度快、效果好等优势。文章在介绍TBM工艺原理的基础上，结合实际工作经验来阐述TBM技术在实际施工过程中的应用情况，并对出现的问题进行分析及提出解决对策，可为今后相关工程提供借鉴。

关键词：双护盾 TBM技术 地铁工程

1.应用情况简介

目前双护盾TBM在深圳地区已经有5个工区得到成功应用。面对不同的工程地质特点，这些双护盾TBM在深圳地区的应用各具特色，大致可概括为“深圳首台+极硬岩+小曲线+分体始发+快速掘进”，目前在城市地铁双护盾TBM施工中，深圳已经引领行业潮流。

（1）深圳轨道交通10号线“孖岭站～雅宝站区间”是中铁隧道局在深圳首台应用双护盾TBM进行施工，起于梅林东站终点，沿彩田路下方敷设，途经艺丰花园、彩田加油站、富国工业区，下穿梅观高速进入鸡公山，沿直线向北穿越鸡公山，于南坪检查站处出山体，止于创新园站。此项目是双护盾TBM在深圳地区的首次应用。

（2）深圳轨道交通6号线“羊台山隧道”存在少量极硬岩，由中铁建大桥局进行施工，隧道全长3293.35m。羊台山隧道部分岩性为致密微风化花岗岩，其平均天然饱和单轴抗压强度为180MPa，最大达到210MPa，石英含量高达70%。其特性在城市地铁TBM施工中实属“首硬”。

（3）深圳轨道交通6号线“民乐停车场出入线隧道”存在小曲线施工，由中铁五局进行施工，隧道线路大体呈东西走向，起点为翰梅区间，线路出区间后以R=300m曲率半径往西转，沿塘朗山西行1km，以R=260m曲率半径往东转接入民乐停车场线路。

（4）深圳轨道交通6号线“梅林关站～翰林站区间”采用分体始发，由中铁隧道局进行施工，全长约2311m，其中矿山段193.906m，TBM工作段2048m，TBM空推拼管片段70m。TBM始发井位于翰林站北端头大里程段，区间平面线路最小曲线半径为450m；纵断面为一字坡，最大纵坡为28‰，区间隧道埋深12m～137m。项目施工为实现隧道的整体性，从车站区间分界里程开始即拼装管片，但受地面场地制约，采用分体始发方案施工。

（5）深圳轨道交通8号线“梧桐山南站～沙头角站区间”是当前全国所有地铁双护盾施工项目施工速度最快的区间，由中交二公局进行施工，线路大体呈西东走向.区间采用矿山法初支+TBM空推法，区间右线总长4135.7m，左线总长4119.076m。截至目前，双护盾TBM右线累计掘进2424环（3636m），单月最大掘进368环（552m，18年5月），平均掘进速度273环/月，创造了同类双护盾TBM施工最快掘进记录。

2.TBM选型介绍

2.1 敞开式TBM

敞开式TBM的工作原理：利用作用在岩壁的反作用力，实现掘进功能的反推力和反扭矩，从而实现掘进隧道一次成型、初期支护、出碴运输。

2.2 单护盾TBM

单护盾TBM刀盘推力由辅助推进油缸支撑在管片上提供，TBM推进时掘进与管片安装不能同时进行。单护盾TBM施工作业循环：掘进→辅助油缸回收→安装管片→再掘进。

2.3 双护盾TBM

双护盾TBM掘进和管片拼装可以同步进行，互不干扰，理论上其掘进速度是单护盾TBM的2倍，是敞开式TBM的1.5倍。通常认为双护盾TBM具有2种掘进模式。

掘进硬岩时采用双护盾模式：通过侧向撑靴紧撑在洞壁上，为刀盘和前护盾提供反力，掘进与安装管片能同时进行，施工速度快。TBM作业循环为：掘进与安装管片→撑靴收回换步→再支撑→再掘进与安装管片。

软弱围岩时则采用单护盾模式，不再使用侧向撑靴，依靠推进油缸支撑在管片上提供掘进反力，TBM掘进与管片安装不能同步。作业循环为：掘进→辅助油缸回收→安裝管片→再掘进。

3.针对性设计及改进

3.1 10号线孖～雅区间双护盾TBM

（1）刀盘针对性设计。孖雅区间隧道洞身范围地层主要为微风化花岗岩及局部中风化花岗岩，微风化占95%。微风化花岗岩单轴抗压强度为33.4～127.3MPa，中风化花岗岩为20.8～54MPa，石英含量70.5%。

针对岩石强度高、石英含量高的特点，设计高强度刀盘。采取以下措施：①刀盘面板采用270mm锻造钢板，保障刀盘正面强度；②连接法兰采用340mm锻造钢板，保证刀盘抗倾覆能力；③刀盘面板覆盖耐磨钢板，增强刀盘耐磨性能。

（2）小刀间距设计。小刀间距有利于破岩，还可以有效降低刀盘震动、延长刀具使用寿命。整盘共44个刀刃，中心刀刀间距89mm，正滚刀刀间距86mm、82mm。

（3）防主机滚转设计。①前盾安装稳定器，前盾与支撑盾之间设有反扭矩装置。②辅推油缸沿周向设计调整装置，通过调整油缸角度，纠正主机滚转。

（4）地铁小曲线转弯针对性设计。①合理布置外伸缩盾及内伸缩盾间隙（20mm），扩大尾盾与管片外径间隙，满足城市地铁转弯半径的适应性设计。②管片吊机由双梁行走调整为单梁行走，小曲线转弯适应能力强。

（5）防卡机及脱困设计。①刀盘厚度方向暴露长度尽量短，设计长度仅为810mm，可减轻刀盘对围岩的扰动；②辅推油缸设计高压脱困模式，可输出1.3倍额定推力，且具有足够的扭矩储备，设计脱困扭矩5414KNm；③主驱动设计提升功能，提升行程最大50mm，降低卡机风险；④布置多个超前注浆、处理及观察孔，提前预处理。

3.2 6号线羊台山隧道双护盾TBM

（1）刀盘针对性设计。同孖雅区间隧道岩石强度相比，羊台山隧道岩石强度更高（石英含量68.16%，单轴饱和抗压强度150～200MPa，平均180MPa，掘进取芯样最高强度达204.3MPa），在刀盘设计上采用19寸单刃滚刀共36把，17寸双刃滚刀共4把，采取Q345D高强度耐磨钢，刀间距则设置为78mm，保证高效率破岩。

（2）盾体针对性设计。盾体采用倒锥形设计，减少卡盾风险；刀盘与盾体偏心设计10mm，保证顶部开挖间隙，如图1所示。

3.3 8号线梧沙区间双护盾TBM

（1）在TBM掘进过程中，碴车换斗时不但影响推进速度而且容易掉碴。重新加工出碴口，在换斗时人工操作翻板，不停止掘进、不掉碴。

（2）TBM自带的水雾喷头太少，TBM掘进过程中粉尘太大，影响人员身体健康。在前盾溜碴槽、主机皮带机出碴口、后配套台车等部位增加了水雾喷头，大大改善了作业环境。

（3）为保证TBM掘进中管片背部注浆要求，在TBM10#台车增加人工拌浆设备、袋装水泥调运设备，提高了浆液制作的灵活性，提高了施工效率。

（4）TBM自带换刀梁结构太大，占用太多空间，影响盾体内作业，改进之后更为合理。

（5）电瓶机车运送施工材料进车时，电瓶机车刹车、人员操作、调车员信号存在滞后性，可能发生管片车与防撞梁碰撞。为防止车辆及防撞梁刚性碰撞后设备、管片损伤，增加了缓冲器。

（6）去除管片喂片机，原因：①影响底部管片豆粒石吹填和注浆；②喂片机重量会导致管片下沉。

（7）去除卸载器，原因：①阻碍作业人员通行；②管片吊机直接吊运管片等施工材料，不影响使用。

（8）TBM盾尾间隙较大，由于管片脱出盾尾后豆砾石吹填不密实，形成管片下沉，从而造成推进油缸与管片中心不重合，造成管片受力不均匀，损伤管片。设计上部45mm、底部15mm间隙，可以避免管片受力不均。

（9）TBM掘进中需要换刀时，有时刀盘底部石碴太多、容易卡刀盘，可以通过顶伸底部穩定器油缸抬高盾体，清理刀盘底部石碴。

（10）增加一套总功率132KW的大型水冷式制冷设备，通过冷却风流使施工区域温度降低5-10度，极大的改善了作业环境。

（11）修改原本的主推系统，液压方面加入备压功能。

4.结束语

综上所述，双护盾TBM在深圳地铁隧道施工的成功应用，不仅验证了双护盾TBM具有良好的地质适应性和高效的机械化施工优势，而且丰富了城市地铁隧道施工的方式，为其他类似地质及工况的隧道施工提供了经验和借鉴依据。

参考文献：

[1]何川.盾构/TBM施工煤矿长距离斜井的技术挑战与展望[J].隧道建设.2014，34（04）：287-297.