双护盾TBM在城市轨道交通中应用的关键技术

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双护盾TBM在城市轨道交通中应用的关键技术

唐志强

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

摘 要：为解决双护盾TBM在城市轨道交通中应用出现的频繁过站、小曲线半径施工、下穿风险点等问题，结合青岛地铁2号线的设计和施工情况，对双护盾TBM的适应性、支护形式、不同支护间的接口设计、过站技术方案、管片壁后注浆、下穿建筑和不良地质段等方面进行研究。提出管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌方式，解决了不同支护间的接口设计问题。根据车站工法提出TBM整机曲线过站的技术方案，解决了TBM过站多次拆解、组装、调试以及对车站影响的技术难题。同时研究并解决了TBM小曲线半径施工、管片壁后回填灌浆、下穿建(构)物和不良地质等一系列关键技术。双护盾TBM在青岛地铁的成功应用实现了“高效、安全、环保、经济”的工程建设理念。

关键词：双护盾TBM；管片衬砌；接口防水；TBM过站；回填灌浆

随着工程建设技术的不断发展，将会越来越多地采用机械化施工技术代替原始的人工作业技术，在城市轨道交通工程建设中“安全、环保、高效”的机械化施工将成为未来轨道交通建设发展的主要方向[1-2]。

在岩石地层中修建隧道将首选隧道掘进机(TBM)进行施工。TBM已经广泛地应用于引水隧洞、铁路隧道、公路隧道的建设，特别是在长大隧道建设中成为首选施工方法。在城市轨道交通建设中采用TBM施工较少，重庆地铁首次采用敞开式TBM施工并取得成功。青岛和重庆都属于岩石地层，青岛地铁建设规划线网中1、2、3、4、5号线中地下线比重较大，地下线基本敷设于既有道路或建筑物下方，沿线地面建筑物密集，较适合采用TBM施工。为解决青岛地铁3号线采用矿山法施工过程中出现的施工扰民情况严重、施工效率低下、环境污染较大、施工占地和拆迁大等问题，青岛地铁2号线结合自身的地质特征和周边环境情况，经过多方研究及论证，部分段落采用双护盾TBM施工[3-4]。

TBM在城市轨道交通中应用工程较少，同时双护盾TBM尚属首次使用，无相关经验可借鉴，施工中将面临如下问题。

(1)决定TBM能否用于城市地铁施工的先决条件为地质问题，对于砂层、砂卵石、粉细砂、土质地层等非岩石地层不宜采用TBM，对于断层破碎带及软弱破碎带等不良地质段TBM适应性较差。

(2)双护盾TBM兼备单护盾和敞开式两种掘进模式，同时可采用模筑、管片等多种支护形式，选择合理的掘进模式及支护形式是成功的关键。

(3)TBM在地铁施工中的一大特点是频繁过站，相互间施工干扰较大，研究合理的过站方式及施工组织形式是成功的关键。

(4)城市轨道交通施工中长段落的下穿建(构)筑物和不良地质段等风险点的施工技术是成功的关键。

1 地质条件适应性分析

1.1 工程地质条件

青岛地铁2号线区间隧道洞身主要位于中风化、微风化的花岗岩地层，局部地段拱部位于强风化花岗岩地层。中风化花岗岩地层岩体完整性指数为0.3～0.5，微风化花岗岩地层为0.55～0.75；地层中石英含量为30%～35%；岩体单轴饱和抗压强度一般为15～80 MPa。通过地勘报告显示岩体具有较好的自稳能力，地下水不发育，水文地质条件较好。从岩石强度、完整性及石英含量等综合分析，区间隧道穿越的地层适合采用TBM破岩施工[5-7]，青岛地铁各岩层现场取样如图1所示。

图1 各岩层现场取样

青岛地铁2号线主要的地质问题为区间隧道与多条断裂相交，受构造影响，部分地段构造岩、脉岩发育，构造发育段地下水较发育，易发生涌水及坍塌现象。在TBM通过前进行洞内、地面处理后均安全穿越出现的多条断层破碎带。在青岛地铁2号线某区间TBM施工过程中，穿越编号为FMX4及FMX5的断裂带时，未采取措施，出现掌子面坍塌，引起卡机现象，通过地面、洞内加固措施及机械掘进参数调整等综合技术手段最终脱困。

青岛地铁2号线局部段落隧道拱部位于强风化地层，中、下部位于中风化或是微风化地层，出现上软下硬地层。施工过程中对刀具造成磨损较大，TBM可能发生偏移或被卡住等风险。实际施工过程中针对于该类地层应提前更换刀具，确定合理的掘进参数均能实现安全掘进通过。

通过对地质情况进行综合分析：青岛地铁2号线适合采用TBM施工，且掘进工作条件较好。

1.2 双护盾TBM适应性分析

双护盾TBM具有敞开式和土压平衡两种掘进模式，在中、微风化地层段采用敞开模式掘进，充分利用围岩的自稳能力，采用造价相对较低的模筑衬砌；在地质条件较差的强风化岩层中掘进时，可采用土压平衡模式，采用同步管片衬砌，支护及时可靠；经综合分析青岛地铁2号线采用双护盾TBM施工能充分利用青岛的地质特征发挥TBM“高效、快速、环保、经济”的特点。

2 双护盾TBM应用关键技术

2.1 线路条件的适应性及相关措施

青岛地铁2号线采用的双护盾TBM主机长度为12 m，分为前盾、中盾、尾盾三部分，中间采用绞接，相互之间转动角度很小[8]。正常状态刀盘的开挖直径为6 300 mm，前盾外径6 240 mm，前盾与洞壁单侧间隙为30 mm，盾尾外径6 150 mm，盾尾与洞壁单侧间隙为75 mm，正常掘进状态下转弯半径为600 m。小半径曲线掘进时可通过调整扩挖半径，增大洞壁与盾体的间隙，最小可适应300 m曲线半径，但此时刀具磨损比较大。

青岛地铁2号线最大曲线半径2 000 m，最小曲线半径320 m，同时存在多处350 m的小半径曲线。掘进过程中多次出现小半径曲线，对于掘进过程中的曲线拟合控制，管片拼装技术提出更高的挑战。对于350、320 m的小半径曲线可采取如下措施。

(1)通过调整滚刀高度，适当扩挖以增大洞壁与盾体间隙满足盾体转弯半径的要求；

(2)掘进过程中通过控制支撑盾与伸缩盾的夹角不小于前盾与支撑盾的夹角，以避免出现卡机现象；

(3)提高管片拼装精度，同时及时回填豆砾石和壁后注浆来稳定管片，以避免管片偏离曲线，出现管片无法脱离盾尾的情况。

2.2 支护技术研究2.2.1 支护形式分析

双护盾TBM兼顾敞开模式和土压平衡模式两种掘进模式，可采用的支护结构形式主要有锚喷+模筑衬砌、管片衬砌、管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌3种支护形式。

(1)锚喷+模筑衬砌

锚喷+模筑衬砌主要应用于以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主的较好地层，采用敞开式模式掘进。TBM掘进完成后采用喷、锚、网作为初期支护，二衬采用模板台车施工。

采用锚喷+模筑衬砌支护形式充分利用围岩自稳能力好的特征，TBM掘进完成后采用TBM自带的锚网喷系统进行初期支护，其支护及时且投资较少，施工速度快，但是二次衬砌不同步，地铁施工工期紧张，掘进完成后留给区间施做二次衬砌的时间紧，工期压力相对较大。若采用同步二次衬砌，相互间施工干扰大。以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主的岩石地层时，合理的安排二衬施工工期可发挥其投资省、施工快速的优势。

(2)管片衬砌

管片衬砌地层适应性广，且技术成熟，结构耐久性好。双护盾采用土压平衡模式掘进完成后管片紧跟，施工安全性高。城市轨道交通区间隧道一般埋深比较浅，局部围岩破碎、地质条件差的情况经常出现，同时城区下穿敏感性的建构筑物较多，对地面沉降和建(构)筑物变形控制条件要求较高，采用管片支护形式安全可靠。

(3) 管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌

管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌形式适合于任何地层，充分发挥双护盾TBM兼顾敞开模式和土压平衡模式的能力。双护盾采用双模式掘进施工，在Ⅱ、Ⅲ级地段可以采用敞开模式，锚喷+模筑衬砌支护形式；Ⅳ、Ⅴ级等地质条件较差地段采用单护盾模式掘进，管片衬砌。采用此支护形式可以充分利用地质条件达到精细化设计和施工，节省投资、保证施工安全及发挥TBM快速掘进的优势。由于地下围岩的多变性及不确定性，采用两种支护形式施工转换复杂，且在施工过程中如何快速判断并采取相应的支护措施难度较大，且目前其未有成熟的施工经验。同时模筑衬砌和管片衬砌转换之间防水接头处理也将是一个研究的新课题。

青岛地铁区间隧道主要穿越中、微风化花岗岩地层，Ⅱ级、Ⅲ级围岩的比例为63%，Ⅳ级围岩的比例为30%，Ⅴ级围岩的比例为7%，总体上看，地质情况较好，可考虑采用管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌形式充分发挥双护盾TBM的功效。

Ⅱ级、Ⅲ级围岩段采用敞开模式，锚喷+模筑衬砌支护形式，120 mm(初喷)+30 mm(预留变形量)+300 mm(模筑衬砌)+2 700 mm(内轮廓半径)=3 150 mm(开挖半径)；Ⅳ、Ⅴ围岩段采用单护盾模式掘进，管片衬砌，2 700 mm(内轮廓半径)+300 mm(管片衬砌)+150(背后豆砾石回填)=3 150 mm(开挖半径)，双护盾TBM支护如图2所示。

图2 双护盾TBM支护(单位：mm)

根据青岛地铁2号线的设计情况，进行初步估算采用管片衬砌造价为4.9万元/延米，锚喷+模筑衬砌造价为4.7万元/延米，管片衬砌略高于锚喷+模筑衬砌。

2.2.2 不同支护类型间接口设计

双护盾TBM施工采用管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌时，在管片与模筑衬砌转换间的接口及防水设计是采用组合衬砌的关键技术。

总体思路是在TBM施工的管片与模筑衬砌接口处设置1道变形缝，其结构防水形式按照变形缝的防水形式进行设计。该防水系统包括TBM管片防水、TBM模筑衬砌结构防水及变形缝防水，详细设计如图3、图4所示。

图3 管片衬砌与模筑衬砌接口设计

图4 管片衬砌与模筑衬砌接口大样(单位：mm)

TBM管片防水采用在密封垫沟槽内设置三元乙丙橡胶密封垫，通过被压缩挤密防水。TBM模筑段端头衬砌外侧设置一道背贴式止水带，全包防水层设在初支与二衬之间，靠初支设置1道土工布缓冲层，再设置1层高分子防水板，在仰拱部分防水板上设置防水保护层。

变形缝处采用聚氨酯发泡板完全填充，并预留注浆管。拱墙端头设密封胶，衬砌内侧跨缝设置不锈钢接水盒，将渗水汇入道床水沟。仰拱端头设密封胶、牛皮纸及PE泡沫条。

2.3 始发及接收技术研究

TBM在城市地铁中应用的一个重要特点是要频繁的过站，TBM掘进与车站施工相互影响，互相制约。根据总工期、TBM施工工期及车站工期的情况，TBM可选择掘进过站和空载步进过站。

当TBM到达车站时车站主体结构已经施工，具备TBM步进通过条件时，TBM空推步进通过。TBM在硬岩中掘进推力较大，空推过站时为防止掘进机推力过大对车站结构造成影响，在进站端设置接收洞。接收洞的长度根据围岩情况，车站结构施作情况等确定。青岛地铁2号线接收洞设计长度为5.0 m。

TBM空推步进通过车站后，由步进转为掘进时，需设置出发洞，满足TBM撑靴支撑的要求，以提供掘进反力再次掘进。出发洞长度根据围岩情况、TBM撑靴距掌子面距离确定。青岛地铁2号线始发洞设计长度为10～12 m。如图5所示。

图5 TBM接收、始发洞(单位：mm)

在接收和始发洞内设置管片锁定装置，初期支护内侧设置环形钢板，板面垂直于初期支护，环形钢板一侧组装管片，另一侧通过型钢固定于初期支护。管片锁定装置始发时可为掘进提供反力，并对首环管片进行锁定，同时对管片背后浆液进行封堵；接收时对已完成的管片进行锁定及背后浆液封堵，如图6所示。

图6 TBM接收、始发洞内管片锁定装置

2.4 过站技术研究2.4.1 TBM过站原则

在城市轨道交通工程中TBM较为频繁的过站，导致TBM不能连续掘进，如何保证TBM顺利的通过车站并发挥其快速、长距离连续掘进施工的优势是TBM在城市轨道交通应用中的一大难题[9-11]。TBM过站应遵循“快速、安全、影响小、投资省”的大原则，综合考虑车站及TBM掘进施工，TBM过站的主要原则如下。

(1)TBM过站方案结合TBM施工标段内车站进行综合考虑，技术必须先进、实用、可靠、经济合理；

(2)TBM的过站方式与车站开挖统筹协调，车站施工尽量为TBM通过创造条件，TBM过站应减少对车站施工的影响；

(3)具备TBM空推过站的车站，尽量选择整机过站，避免了TBM的多次拆解、组装、调试，同时减少对车站的影响。

2.4.2 双护盾TBM过站方式

TBM过站的方式主要有掘进过站和空推过站两种方式，TBM到达时车站还未施工可采取掘进、导洞过站的方式，即“先隧后站”；TBM到达时车站已经施工部分或是施工完成可采取空推过站，即“先站后隧”。 两种过站方式均可行，条件允许的情况尽量选择空推整机过站，以减少对车站和TBM机器的影响。以青岛地铁2号线为例，介绍整机曲线通过明挖车站、导洞通过盖挖车站、空推通过暗挖车站3种过站方式。

(1)TBM通过明挖车站

当采用空推过站时，若采用类似于盾构过站技术，需要对车站端头接收TBM主机部分加宽，通长加深，在车站端部对TBM机头拆解并进行平移。这种过站方式需要将主机与后配套断开，空推到达车站另一端再重新连接。因双护盾TBM设备复杂，主机较长，与后配套连接处各种管路较多，过站时于站端反复拆卸、组装、调试相当麻烦，在城市轨道交通中，站间距一般1～2 km，频繁的经过车站，将严重影响正常掘进，失去了TBM快速掘进的优势，同时多次拆解对设备自身也不利。

为避免出现以上问题，研究双护盾TBM整机曲线过站的技术方案，避免了车站端部扩大和TBM机械的拆装、调试问题。通过适当加长TBM接收和始发洞的长度和扩大接收和始发洞的断面，结合车站的柱网布置，合理的规划TBM的过站路径，让TBM偏离线路中线靠近车站中部通过车站，整机过站如图7所示。

图7 TBM曲线过站示意

青岛地铁2号线TBM已顺利通过利津路站，利津路站为地下二层明挖车站，采用整机曲线通过，过站时间为10 d。

采用整机曲线过站的技术过站时间缩短2/3，减少了车站端部的扩挖和对车站的影响，同时避免了对TBM机械的多次拆解，经过初步估算，每经过一个站节省投资约200万元。

(2)TBM通过盖挖车站

青岛地铁2号线1标2台TBM从泰利区间始发后，需通过利津路站、台东站、海信桥站后在芝泉路站前吊出。台东站采用半盖挖顺筑法倒边施工，由于拆迁征地的原因，无法按期提供空推通过条件。为保证TBM的施工任务，在车站内提前暗挖施作一条过站导洞。TBM导洞采用马蹄形断面，初期支护采用喷锚网支护。TBM左、右线在台东站前区间大断面，平移后空推过TBM导洞，过站后在台东站后大断面内调整TBM位置后开始掘进，TBM过站平面和剖面位置关系如图8、图9所示。

图8 TBM过台东站平面关系

图9 TBM过台东站剖面关系(单位：mm)

对于这种工期不可控，对TBM过站有影响的车站，可根据车站的工法采取导洞辅助过站的方式有利于全线整体工期的把控。

(3)TBM通过暗挖车站

海信桥站采用暗挖法(双侧壁9部开挖)施工，由于拆迁征地的原因，无法按期提供空推通过条件。根据标段整体工期安排，TBM到达时车站完成两侧导洞的开挖，中部7～9部还未开挖，TBM通过前施作完成侧墙和部分拱部二衬，拆除部分临时钢架，以满足TBM空推通过的要求。同时对车站临时中隔壁进行局部调整以满足TBM整机空推过站，避免拆机、组装、调试等工序，海信桥过站横剖面如图10所示。

图10 TBM过海信桥站剖面关系

对于TBM到达后车站施工局部，不能满足完全空推过站的条件，可结合车站工期在某一个工序内完成过站，并采取相关措施减少对车站的影响。以最终保证本标段内工程能按期完成。

2.5 管片壁后注浆技术研究

双护盾TBM采用管片衬砌时，刀盘的开挖直径为6 300 mm，管片外径为6 000 mm，管片与洞壁之间形成150 mm的间隙(图11)。同时岩石开挖完成后收缩变形较小，TBM掘进形成的洞室内壁与管片外壁存在的间隙空间基本不变，必须采用相应的材料回填均匀密实，且固结强度达到相应的要求，以满足传递围岩压力和止堵水的能力。因此掘进、管片衬砌、回填是TBM施工中的三大控制环节[12]。

图11 双护盾TBM衬砌断面示意(单位：mm)

管片壁后回填及灌浆技术在我国还没有规范，也没有成熟的经验可借鉴，施工工艺尚在探索中。青岛为首次在城市轨道交通中采用双护盾TBM施工及拼装管片衬砌，管片壁后回填及灌浆技术也将是我们面临的一个课题。

2.5.1 管片壁后注浆原则

TBM工法有与盾构工法最大的区别在于掘进完成后围岩收缩变形较小，在管片衬砌与洞壁之间形成空隙。同时为满足轨道交通的曲线要求，洞壁与衬砌之间的空隙较水利等其它工程更大。双护盾TBM管片壁后回填存在回填面积大、连通性强、全断面灌浆、衬砌管片稳定性差等特点。青岛地铁2号线TBM试验段施工过程中，由于豆砾石吹填不密实、灌浆压力不均、浆液不能及时固结豆砾石引起管片错台和渗水严重，局部错台达到3 cm左右。根据青岛地铁2号线的现场实施情况，总结豆砾石充填及壁后灌浆技术原则如下。

(1)填充材料采用流动性较好碎石或豆砾石，优先选用豆砾石；

(2)先填充豆砾石再进行水泥砂浆灌注；

(3)对管片壁后全断面360°范围进行回填并灌浆。由于回填空隙大，各部位之间连通性强，采取对称性同时吹填豆石砾，避免管片受力不均引起偏离中心位置、错台等问题；

(4)注浆压力不宜过大，避免引起管片移动或是浆液从盾尾溢出；

(5)小曲线段施工时，为尽快稳定管片，采取封闭环的形式进行分区填充和灌浆。

2.5.2 管片壁后注浆方法

双护盾TBM开挖洞壁直径6 300 mm，管片外径6 000 mm，壁后填充150 mm。管片设计为6块(封顶块1+邻接块2+标准块3)，每块管片中部设置1个吊装孔，吊装孔兼豆粒石吹填孔和注浆孔。管片吊装安装完毕后，将管片预留孔底部打通，进行豆粒石回填及注浆，注浆完成后将止回阀旋于预埋件端部，并设置水膨胀橡胶圈加强防水。最后将螺旋盖旋于预埋件中。豆石砾回填及灌浆技术要求如下。

(1)豆砾石粒径为5～8 mm，强度等级不低于C10；

(2)管片安装完毕推出尾盾后对管片底部进行回填豆砾石，至下而上进行阶梯型回填；

(3)豆砾石充填完成后，必须进行回填注浆，形成豆砾水泥结石。灌浆应做到灌满，严禁漏灌，必须达到闭浆标准后方可停止灌浆；

(4)回填灌浆利用管片顶、侧部回填孔进行，按阶梯式向前推进，灌浆顺序自下而上，两侧孔对称进行回填灌浆。

图13 下穿人防洞室段平面示意

豆砾石吹填时为防止产生偏压使管片发生错台或损坏，必须做到自下而上。两侧对称回填。管片拖出盾尾后开始对0～3环范围内的底部进行回填(即0号孔、1-1′号孔)，然后对盾尾3～6环进行侧墙部回填(2-2′号孔、3-3′号孔)，最后对盾尾7至10环进行拱部回填(4-4′号孔、5号孔)。进行阶梯形回填。回填完后对盾尾10环以外部分进行灌浆，回填孔位及效果如图12所示。

图12 管片背后回填

2.6 施工下穿建(构)物技术研究

地铁线路一般行走于主城区，周边建(构)筑物密集，道路狭窄，对线路和车站的铺设影响较大，地铁隧道不可避免会出现下穿、侧穿建(构)筑物的情况[13]。在选线阶段应对重大风险点进行规避，对线路下穿的建(构)筑进行评估，对于需要采取措施的建筑物，提前采取相应的加固处理措施，并提出控制标准；对于能够安全穿越的建(构)筑物，根据建筑物的特点，明确不同建筑物的沉降控制要求和标准，施工期间加强对建筑物的监控量测，出现异常情况时采取加强措施确保建筑物结构安全。

青岛地铁2号线长段落下穿老城区建筑物、人防洞室群、城市立交等，以下穿人防洞室群为例进行重点分析说明。在泰山路站至利津路站区间段下穿人防洞室群，隧道埋深17.2～30 m，穿越人防洞室段落长度为303 m，人防洞室的开挖跨度为1.5～17.5 m，高度为1.8～9.0 m，人防洞室与地铁隧道拱顶距离为1.29～12.11 m。人防洞室多为毛洞结构，洞内积水较多，平面及地质纵剖面如图13、图14所示。

图14 下穿人防洞室段地质纵断面

地铁隧道施工时，TBM刀盘对掌子面的挤压应力可能会引起人防洞室开裂和坍塌，人防洞室长段落与隧道处于平行关系，一旦出现开裂和坍塌现象，将会引起整个人防洞室开裂和坍塌的群体效应，并可能引起地面建(构)筑物沉降和变形。集水坑底距隧道顶较近，TBM掘进过程中可能掘穿集水坑底，引起隧道涌水。

由于人防洞室为毛洞，未采取任何支护措施，且岩石裸露时间久，长期积水浸泡，已出现部分开裂情况。通过数值模拟计算，对于部分较近段落，TBM施工将会引起洞室开裂现象，结合相关施工经验采取如下措施。

(1)施工前，再次对人防洞室进行详细勘察，如有裂损，局部剥落等，应先进行加固；

(2)及时对人防洞室内积水进行抽排；

(3)对于跨度大于10 m，出现开裂，与地铁隧道垂直净距小于2.5 m的洞室，提前采取加固措施：人防洞室内提前架设全环I16钢架，间距1 m，并喷射250 mm厚混凝土包裹钢架；

(4)对于跨度小于10 m，未出现开裂现象，且与地铁隧道垂直净距大于2.5 m时，对局部TBM掘进影响较大的段落采取底板加固措施，其余段落不考虑提前加固，以控制TBM掘进影响为主，监控量测为辅。TBM施工至人防洞室段落时，需调整好姿态，采用慢速匀速掘进，尽量避免进行纠偏。

现场TBM均已顺利下穿人防洞室，掘进过程中对洞室的监测数据表明TBM开挖对洞室的影响在可控范围内。证明在采用合理的设计、施工及监测措施后可满足下穿施工要求，人防洞室及地铁区间结构安全有保证。

2.7 穿越不良地质段的技术研究

根据1.1节分析：青岛地铁穿越的区域地质不存在重大影响TBM使用的不良地质，但是局部地段存在小的断裂破碎带，也将给TBM施工带来一定的影响。断裂构造对地铁隧道施工的影响主要表现为岩体节理裂隙发育，并造成围岩软硬不均，容易引起卡盾现象。在糜棱岩、碎裂岩等构造岩发育的地段，岩体碎裂强烈，地下水发育，岩块之间黏结力较差，洞身通过该段时可能会发生涌水、掉块甚至坍塌的风险[14-15]。

2.7.1 TBM施工前处理措施

(1)根据地勘报告，TBM通过前对不良地质段进行加固措施以改善地质条件，对于地面无加固条件的段落采用洞内加固的方式进行处理。

(2)在围岩破碎地段TBM掘进严格控制出渣量，避免掌子面前方大范围坍塌。

(3)TBM在软弱围岩中掘进时，应减少刀盘喷水、降低刀盘转速和推力，减少单位时间内出渣量，不停机快速通过，防止塌方。

(4)对富水软弱破碎围岩，应采取加强防排水的技术措施：预加固施工中，一般可先采取超前钻孔排水，并及时抽排，采取注浆堵水措施。

(5)在围岩软硬不均的地段，通过控制掘进参数控制掘进方向，减缓掘进进度，使掘进瞬间刀盘各部位受力尽量相同，减少对刀具的偏磨和掘进姿态的偏移等现象。

(6)软硬不均地段，刀具磨损严重，需要频繁换刀，特别是上软下硬地段，长时间换刀可能会造成地表大面积变形甚至垮塌的风险。因此，通过此类地段，应提前换装新刀并控制掘进步数，减低刀具的损耗率。

2.7.2 TBM卡盾原因及处理措施

在施工过程中，由于没有很好地对开挖前方的地质条件进行预报，因此出现了许多不可预见的断层破碎带，给TBM施工带来了很大的困难。断层破碎带施工导致TBM被卡的原因如下。

(1)施工中未对前方进行超前勘探，因此没有超前采取措施，造成TBM通过时受阻；

(2)断层破碎带的TBM推进参数不合理，对前方岩体扰动过大，引起围岩坍塌；

(3)TBM受阻之后没有立即采取措施，造成刀盘前方坍塌进一步发展，最终导致了TBM被卡受阻。

因此，在TBM被困之后，处理措施如下：

(1)建议不要再次对掌子面及洞周围岩进行多次扰动，停止机器的转动，不要加大扭矩硬往前掘进；

(2)不要收缩前盾以保证掌子面的稳定，避免掌子面继续坍塌，造成地面塌陷和对周边建构筑物的影响；

(3)对掌子面前方及洞周地层情况进行详细勘察，详细的查明周边地质情况；

(4)地质情况探明后，通过地面或是洞内措施对掌子面地层进行加固，待掌子面稳定后，收缩前盾，对前方虚渣进行清理，清理后进行试空推或是掘进。TBM过断层处理示意如图15所示。

图15 TBM过断层处理示意

3 结语

青岛地铁在国内首次将双护盾TBM应用于轨道交通工程中，并取得成功，使轨道交通在岩石地层中的修建技术再次实现了突破。双护盾TBM对地层具有更好的适应性，支护方式灵活多样，创新性地提出了管片衬砌与模筑衬砌组合的衬砌方式，以充分发挥双护盾TBM的功能优势，使TBM应用更加经济合理；结合工程实例分析双护盾TBM在小曲线半径存在的问题，并提出了相应的解决方案；首次提出了TBM整机曲线过站，减少了对车站的影响以及TBM的拆解、组装、调试等工序；通过分析岩石隧道开挖后受力情况，提出了管片壁后豆石砾回填及灌浆技术，成功地解决了管片错台、开裂、渗漏水等不良问题；结合青岛地铁工程情况分析和提出下穿建(构)物和不良地质段的处理措施，保证了下穿风险点的安全、快速掘进。

青岛地铁2号线双护盾TBM的成功应用，已推广应用到地铁1号线和地铁4号线工程建设中，同时还将为青岛地铁后续线网工程及重庆、深圳、大连等以岩石地层为主的城市轨道交通的修建提供宝贵的经验和参考，有助于进一步推广和完善TBM在城市轨道交通中应用，TBM施工技术是一种“高效、环保、安全”的施工技术，未来应用前景十分广阔。

参考文献：

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Key Technologies of Double-Shield TBM Applied to Urban Rail Transit

TANG Zhi-qiang

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043, China)

Abstract：In order to solve the problems of double-shield TMB in urban rail transit such as frequent station passing， construction on small radius curve， risk in under-passing structures， and with reference to the design and construction of Qingdao Metro Line 2， this paper studies the adaptability of double-shield TMB， the support form and the interface between different design supports， station passing solutions， grouting behind segment wall， under-passing structures and poor geological sections and other aspects. Compound lining (anchoring and shotcreting+mold lining) is proposed to address the interface between different supports. According the construction method of station， the technical solution to allow entire TBM to pass station is proposed to avoid repeated disassembly， assembly， commissioning and the effect on the station. Key technologies are developed to facilitate construction on small radius curve， grouting behind segment wall， under-passing structures and poor geological sections. Double-shield TBM is successfully applied to Qingdao subway and high efficient safe， environmental friendly and economical construction is achieved．

Key words：Double-shield TBM; Segmental lining; Waterproof of interface; TBM passing station; Backfill grouting

收稿日期：2016-04-20；

修回日期：2016-05-05

作者简介：唐志强(1983—)，男，工程师，2011年毕业于西安科技大学，

工学硕士，E-mail：[e-mail]。

文章编号：1004-2954(2016)11-0081-09

中图分类号：U455.43

文献标识码：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2016.11.019