TBM 盾构机在隧道施工中的出洞步进技术研究

张国成，蒋忠全，韩明，刘英超，唐润华，向林，郭杭

（中铁隧道集团三处有限公司，广东 深圳 512205）

1 工程概况

1.1 线路概况

深圳市城市轨道交通6 号线二期工程梅林关站—翰岭站（原翰林站）区间全长约2311m，其中矿山段194m，TBM 工作段2048m，空推段709m。梅林关站—翰林站区间TBM 始发井位于翰林站北端头大里程段，先以单洞单线断面梅东四路、皇岗彩田立交桩基后，上跨深圳地铁10 号线孖雅区间、侧穿新彩隧道、下穿厦深铁路、上跨东江饮水干道、下穿南坪快速路，之后与出入线以单洞双线穿行小山包后到达梅林关。梅林关站—翰林站区间设计里程为DK9+491.277—DK11+804.754，正线区间范围于YDK10+620.000 处设置一座联络通道兼废水泵房，于YDK10+060.000、YDK11+205.000处各设置一座联络通道。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12 ～137m。

1.2 矿山隧道设计概况

矿山隧道长194m，采用新奥法施工，矿山法开挖TBM 盾构机空推段采用锚喷初期支护+钢筋混凝土管片做二次衬砌的结构形式，单洞双线矿山法隧道采用锚喷初期支护+钢筋混凝土二次衬砌的结构形式。

2 TBM 盾构机出洞方法比选

2.1 原设计出洞方法

由中铁五局施工的梅林关至停车站段区间，也在同一个出入场地出洞口，故单洞双线大断面隧道内接收。然后，步进至梅林关站盾构接收井。导台呈“人”字形式，当左、右线分别TBM 盾构机通过共用导台段后，还需将原有的导台破除。如图1 所示。

图1 砼导台平面图

TBM 出洞常规采用工艺均为混凝土导向平台，导向平台上部预埋两道钢轨，TBM 盾体机在轨道上滑行，导台内部预留孔洞提供反力TBM 盾构顶推出隧道至接收井，TBM 盾构机拆解退场。

2.2 TBM 步进式出洞

TBM 上到步进架后，通过步进架的平移油缸，将TBM 和步进架平移到隧道居中位置后，再进行步进施工至盾构接收接受井内，TBM 拆解退场，根据暗挖隧道及TBM 隧道施工情况，目前洞通工期十分紧张，隧道二衬施工已经成为制约TBM 按期出洞的关键因素：

（1）混凝土导向平台施工后，存在对暗挖隧道二衬台车轨道及标高存在一定影响，需在二衬完成后施做导台，对工期存在影响。

（2）混凝土导台施工工期长，暗挖隧道同时初支、二衬兼导台施工各工序干扰大，对洞内运输车辆影响大。

（3）混凝土导台提供四台TBM 机出洞后仍需进行拆除施工，无法满足隧道移交节点要求。

（4）步进架可以重复使用，可以大大降低成本。同时兼顾经济性、效率性，所以采用步进式出洞。

3 步进架设计概况

TBM 盾构机与步进架都为钢铁材质之间的摩擦系数μ为0.05 ～0.1, 步进架与砼之间的摩擦系数μ 为0.6 ～0.76，TBM 盾构机重量600T,托起架+附件自重50t，施工安全系数1.5。

（1）TBM 盾构机+托起架作用于地面之间摩擦力

（2）TBM 盾构机与步进架之间摩擦力

（3）托起架与地面之间摩擦力

平移油缸推力＞741t 时，TBM 盾构机进行平移。

顶升油缸推力＞600t 时，TBM 盾构机举升。

从上面得知，当步进油缸推力作用于TBM 盾构机的力90t ＜T推＜741t 时，TBM 盾构机在托起架上滑动前行，而反力架+托起架相对于地面不运动。

当顶升油缸将TBM 盾构机顶起，TBM 盾构机与托起架分离。步进油缸推力回收57t ＜T推＜90t 时带动托起架前行，完成步进架工作前移，如图2 所示。

图2 步进架效果图

步进架：由顶升梁1、托起架2、反力架3 组成。总长约13.5m,宽度3.8m，高度0.4m，全钢梁结构。

液压系统：泵站、步进油缸4 根，顶升油缸左、右各4 根，左、右平移油缸各4 根。

4 TBM 盾构机施工流程

TBM 盾构机施工流程见图3。

图3 TBM 盾构机流程

5 TBM 盾构机平移

当TBM 盾构机掘进完成后，清除TBM 盾构机前方的渣土。

（1）在接受段里下铺钢板。安装设计图进行安装过渡段+托起架每节轨排之间用高强度螺栓连接好，每节轨面要平顺，不能有错台；允许偏差±5mm。轨面高度允许偏差±5。

（2）安装过渡段+托起架并进行对中、调平。托起架的中心线一定与TBM 盾构机中心线重合，并锚固过渡段。

（3）TBM 盾构机空推缓慢上架，并前后做好观察，如过渡段+托起架发现异常及时停推，待处理加固完成后再进行。

（4）TBM 盾构机盾尾上至托起架后，将盾尾后面所有设备及管路进行分离。

（5）将过渡段与托起架连接螺栓拆开进行分离。

（6）在四根平移油缸对应的设置支反力点，并将4 根平移油缸连接液压系统。液压部件应严格按照液压原理图、液压布管图安装，不允许任意乱改位置。安装完毕后，要将液压管路隐藏起来，防止工作中磨损管路造成泄漏；安装时，油管的进出方向一定要统一，方便操作。

（7）TBM 盾构机平移时，平4 根移油缸伸出，当4 根油缸同时接触到支反力点时，再统一推进平移。平移时确定四周无障碍物，方可进行，特别注意协调指挥，不要过快。

（8）当平移油缸行程完后，将油缸缩回，在支反力点与油缸之间增加双拼H 钢连接，直至TBM 盾构机到达指点位置。

6 TBM 盾构机步进

（1）将左、右顶升梁对称焊接在盾构机外壳上。左、右对称中心间距4.7m。焊接完成后，再安装上下滑套和油缸，并连接液压泵站，并对提升架进行空载上、下活动，注意上下起落时，不能与台架进行干涉，间隙不能过大。

（2）将反力架与托举架用高强度螺栓进行连接，并用三角筋板进行加强焊接，同时在反力架上安装步进油缸。安装完成后，对油缸进行单根操作试验。

（3）在TBM 盾构机盾尾内壁上，步进油缸上对应点焊接传力板。

（4）将液压站放置在反力架后并固定。

（5）启动液压站，确认四周无障碍物，方可进行。步进时，由一个指挥员统一发出指令，操作人员动作，四周旁站人员注意观察盾构的运行过程。如出现异常情况，及时给指挥员反馈信息，停止步进。

（6）步进油缸4 根分成2 组阀同时动作伸出，油缸作用于反力架上，TBM 盾构机主机在托起架上缓慢向前滑行，油缸行程全部伸出后停止。

（7）左、右2 组8 根顶升油缸同时伸出，使TBM 盾构机与托举架分离，距离控制在20 ～50mm。

（8）推进油缸4 根分成同时回收，油缸通过反力架带动托举架前行，油缸回收完停止。

（9）左、右2 组8 根顶升油缸回收，使盾构机落入托举架之上。进入下一个循环。

（10）TBM 盾构机如行走如是非直线轨迹，可以将顶升油缸回收，顶升梁离地，用平移油缸伸至支反力点上，进行TBM 盾构机水平方向的纠偏。使之沿着所需线路行走。

同时，在步进过程中时刻检查前面是否有障碍物，以及路面情况，如有异常及时处理。

图4 TBM 盾构机步进中