双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术应用研究

冯兴华

摘要：作为一类新型的隧道建设施工技术，双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术，能够充分利用硬岩掘进机械盾构掘进功能，实现隧道掘进施工效率和实施质量的大幅提升。针对双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术展开研究，在介绍技术原理基础上，对常见典型问题进行分析，阐述实施过程的技术难点，基于技术创新角度，构建双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术在隧道盾构工程应用的优化策略，以期为相关地铁隧道建设工程提供帮助。

关键词：双护盾TBM；地铁隧道；小半径曲线；地铁隧道；典型问题；改进策略

0   引言

在城市繁华路段实施地铁建设施工，采用常规施工技术易受到施工场地道路交通、附近建筑物、水文地质条件、项目投资金额等因素制约。近年来，随着地铁施工技术不断进步，以全断面硬岩掘进机（TBM）为代表的施工技术越来越受城市地铁工程施工的青睐。

双护盾隧道硬岩掘进机（TBM）集地铁隧道掘进、管片拼接、出渣流水操作等功能于一体，通过自动化、标准化、专业化施工实现隧道的一次掘进成型，在隧道工程施工中展现了良好的适用性，有效提升了地铁隧道建设项目的安全和建设质量[1]。本文结合实际地铁隧道工程，在介绍技术原理基础上，阐述实施过程的技术难点，针对双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术实际应用展开研究。

1   双护盾TBM小半径曲线施工原理

TBM即隧道硬岩掘进机，此类机械设备上配置了回旋刀具，在掘进前行时，通过旋转切割将前方隧洞内的硬岩土层击碎，从而构建出满足设计要求的新隧洞断面结构[2]。双护盾TBM是在隧道硬岩掘进机梁端位置配备护盾保护装置，对隧道实施综合性钻孔作业、掘进作业、支护作业等，从而实现施工质量与效率的有效提升。

双护盾TBM还配备了先进的通信和传感装置，机械操作人员可利用掘进机的信息遥感及远程操控功能，配合指导控制掘进机实施操作，确保掘进机严格按照地铁隧道项目设计施工方案实施掘进作业。双护盾硬岩掘进机结构如图1所示。

地铁隧道工程技术标准中，小半径曲线表示隧道施工路径的弯曲程度情况，主要用于测算地铁在轨道行进运行状态，计算出轨道坡度值，以防高速行驶的列车受离心力作用，形成对轨道的高强度挤压而引发行驶风险[3]。国内常见的小曲线半径地铁线路长度通常在300m以内，如西安某地铁线路的最小曲线半径为270m，南宁某地铁线路的最小曲线半径为290m。

双护盾TBM小半径曲线技术在地铁隧道的应用，主要是通过测算双护盾硬岩掘进机的工作轨迹，实现施工轴线的控制，合理调配掘进机的行进轨迹及方向，通过不断的技术优化改良，实现地铁隧道掘进施工效率和质量的有效提升。

2   双护盾TBM小半径曲线施工典型问题分析

在通常的地铁隧道施工中，常因隧洞整体掘进轨迹偏移，导致隧道建设项目地层结构破坏。在地铁隧道建设工程项目中，应用双护盾TBM小半径曲线施工技术则易出现以下典型问题：

由于前期施工工序流程设计不严谨，参建方未在双护盾硬岩隧道掘进机施工前，提供完备的项目施工参数，导致地铁隧道施工控制出现偏差，进而影响后续地铁轨道的安装。另外，在双护盾硬岩隧道掘进机完成管片脱盾尾操作后，受横向水平侧分力作用，使隧道掘进过程的最小半径曲线值受到影响，给今后的地铁安全运行使用带来风险。

因地铁隧道工程项目设计方案中存在参数不合理情况，进而干扰后续双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工的掘进轨迹实施精确性。受横向水平侧分力的作用，导致掘进施工产生施工偏差，如果施工中面临连续折线状况，易产生施工运行参数混乱的情形[4]。此类情况下应立即对双护盾硬岩掘进机实施参数调整，否则会引起掘进机行进角度及方向的偏移，对地铁隧道项目掘进作业的精确度构成影响，如引起隧洞地层纠偏量过大，会对隧洞土层的稳定性构成影响，严重者影响后续地铁隧道施工的有序开展。

由于参建单位未对施工影响因素及施工区域实施科学分析，导致对隧道项目的安全施工构成风险。应用双护盾TBM小半径曲线技术，会对掘进机管片施加很大应力，易影响双护盾硬岩掘进机的运转状态及行进平稳性。同时，由于对双护盾硬岩掘进机状态监督检查机制疏于管理，特别是未对双护盾硬岩掘进机传动部件卡顿状况及管片损坏状况有效监测，造成掘进机局部受力过大，难以形成稳定的支撑状态，进而对地铁隧道项目实际工期和施工质量构成不良影响。

3   双护盾TBM小半径曲线施工技术优化策略

3.1   加强施工过程控制

3.1.1   全面掌握隧道项目的实际状况

应针对双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工场地，实施科学的技术勘测，准确获取项目设计所需的地质参数，充分掌握隧道工程实际环境信息，建立完备的技术实施方案及工期节点，避免因环境因素分析不充分而影响双护盾TBM小半径曲线技术应用的精准性。

落实地铁隧道作业场地的二次勘察，保证实际施工状况同施工设计方案的统一性。对于存在偏差的部分，应及时上报相关单位，尽量降低双护盾硬岩掘进机在作业场地的等待闲置时长。要及时检测调整双护盾硬岩掘进机前盾方向，严格依据方案设计轴线方向，调整纠偏双护盾硬岩掘进机的刀盘角度[5]。

3.1.2   充分认知双护盾隧道掘进机的功能特征

通过工程前期技术培训的方式，加强参建人员对双护盾TBM小半径曲线施工技术的掌握程度，讓其充分掌握掘进机作业模式、机械结构、施工要点、环境要求等内容，强化技术实施人员及技术管理人员对物理应力、隧道方向偏差、曲线半径变化等理论参数内容的掌握。落实技术交底制度，使实际参建人员明晰地铁隧道掘进项目的施工设计方案及具体要求，严格依据工程要求实施掘进流程作业。

3.1.3   合理配备智能化装置

通过在双护盾硬岩掘进机上配置智能传感装置，实现掘进机操控人员能够随时同外界技术监管人员的信息互通，便于使操控人员及时掌握隧道掘进过程的土层搅动情况，及时进行纠偏操作[6]。在双护盾硬岩掘进机换步操作过程中，应做好撑靴中心至支撑盾初始测量点位距离，与地铁隧道的设计轴线垂直系数的对比检查工作，推算出掘进机的正面推进力值。

可应用智能传感器辅助模型，对正面推进力值推算结果进行分析，并同控制中心的正面推进力图形成比对，以验证设计方案的合理性。如存在偏差，应对方案及时作出优化调整。同时，应利用主推缸快速同步移动法，验证双护盾硬岩掘进机推进模式对岩土的搅动系数。随后利用慢速差动微调法，验证掘进机两端传感器的差值始终在施工标准要求范围内，保证双护盾硬岩掘进机前、后盾方位的准确性。

3.1.4   科学落实掘进施工流程监管

在双护盾硬岩掘进机实施地铁隧道施工前，应严格参照检测机械初始状态→检测支撑盾初态→检测伸缩盾初态的工序流程，实施掘进机械的复检，确保双护盾硬岩掘进机投用前处于良好状态。在双护盾硬岩掘进机小半径曲线施工过程中，应加强掘进施工工序流程管理，特别针对双护盾硬岩掘进机换步操作时，应严格监管机械操作。

建立并落实项目现场技术负责制，确保双护盾硬岩掘进机操控人员技能水准及资质符合项目要求。在确保项目技术团队人员稳定性，降低浆液填装人员及其他辅助人员的现场流动性的基础上，提升各工序的默契配合程度，实现双护盾掘进机小半径曲线地铁隧道施工的参建人员、施工机械、现场材料、投资成本、施工流程及工期等要素的科学监管。

3.2   提升隧道掘进精确性

3.2.1   施工前核准掘進机参数

在双护盾硬岩掘进机正式掘进施工前，应核准刀盘开挖直径长度，并参考现场实际环境及设计施工方案调整刀盘直径。在双护盾硬岩掘进机开启前，还应检测尾盾外径、外盾外径长度，以防止因掘进机管片破损而导致机械卡顿，影响掘进效果。双护盾硬岩掘进机回旋刀盘如图2所示。

3.2.2   施工中严格控制施工参数

根据实际工况对掘进参数精准计算，控制施工参数精度，提升掘进施工精准性。双护盾硬岩掘进机尾盾同隧洞壁单侧距离应保持7.5cm左右，前盾同隧洞壁单侧距离应约为3cm，每次正式启动施工前，应认真检测间距符合要求。

实施小半径曲线地铁隧道掘进作业时，操控人员应严控掘进机运行参数，根据施工要求及时纠偏。一旦行进轴线存在偏差，应准确调整弧线外围偏差，以有效降低掘进机行进时轴线偏移量。为了给隧洞施工曲线偏差预留特定的参数调整空间，确保双护盾掘进机一直保持在曲线隧道的圆心一侧，应科学设定预偏移误差取值范围。

3.3   降低安全施工风险

利用双护盾硬岩掘进机实施小半径曲线隧道施工时，应深入分析隧道施工区域，及时排查现场危险源，严格依据施工设计方案参数形成施工区域空间分析，提升双护盾硬岩掘进机对施工现场环境的适应程度，实现掘进效率和施工质量的提升。

3.3.1   掘进前准备工作

双护盾硬岩掘进机小半径曲线施工前，应做好掘进机管片检查，精准测算管片承压负荷后的偏移状况。科学设计绘制掘进轴线预偏量施工图，并做好操控人员的技术交底工作，使其充分掌握双护盾硬岩掘进机的预偏移量规律。

3.3.2   掘进中管控措施

在保证施工安全性的基础上，严格管控双护盾硬岩掘进机的掘进速度，通常地铁隧道小半径曲线施工掘进速度应控制在3～4cm/min，并控制双护盾硬岩掘进机的岩土搅动作用在设计偏移规定区间内。

掘进过程中，操控人员应实时掌握岩土的向外分力参数，利用应力传感装置、动力传感装置、土量测算装置，观察双护盾硬岩掘进机的掘进状况，及时纠偏岩土层的向外分力及扰动系数。同时应防止过量的外力作用对管片、前盾、后盾及辅助推进千斤顶机械的损伤，延长机械部件的使用周期。

地铁隧道掘进施工后期，操控人员应科学控制双护盾硬岩掘进机的正面推进力，预留充足的空间、时间为隧洞支护工作所用。要做好掘进与回填施工的工序衔接，控制碎石量，测算回填填充密度，尽量避免因过度填充破坏隧道围岩结构现象。可通过泥浆回填法实施小半径曲线掘进回填施工，控制泥浆回填量，以限制回填时管片轴线的偏移距离。

4   结束语

作为一类新型的隧道建设施工技术，双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术，能够充分利用硬岩掘进机械盾构掘进功能，实现隧道掘进施工效率和实施质量的大幅提升。本文围绕双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术应用进行探讨，分析技术实现原理，列举工程实际的典型应用问题，探寻施工进程的技术难点，基于技术创新角度，构建双护盾TBM小半径曲线地铁隧道施工技术在隧道盾构工程应用的优化策略，以期为类似地铁隧道掘进工程提供参考。

参考文献

[1] 陈馈，冯欢欢，贺飞.川藏铁路TBM隧道建设挑战及装备创新设计探讨[J].隧道建设（中英文），2021（2）：165-174.

[2] 王少锋，冯青松，罗信伟，等.非椭圆接触下地铁小半径曲线外轨全寿命侧磨发展规律[J].中国铁道科学，2019，40（1）：24–30.

[3] 林刚，史宣陶，陈军，等.双护盾TBM在城轨交通区间隧道工程中的应用[J].现代隧道技术，2019（S2）.612-618.

[4] 邓家勋.小半径曲线矮型变桁高双层桥面全焊接连续钢桁梁制造与安装技术[J].四川建筑，2019（1）：176–178+181.

[5] 阚京秋，杨智明.地铁隧道施工TBM工法应用策略研究[J].城市住宅，2021（1）：210-211.

[6] 陈雷.双护盾TBM穿越断层破碎带地铁隧道施工技术[J].建材与装饰，2020（3）：270-271.