TBM技术在地铁工程施工中的应用_刁志武.pdf

江西建材工程技术与管理2252023年1 月作者简介：刁志武（1989-），男，山东临沂人，本科，工程师，主要研究方向为盾构施工。0 引言地下施工环境受地质条件限制，对相关施工技术要求较高，通常采用进口设备直接用于大型复杂的地下工程，如地下管廊施工，全断面掘进施工（Tunnel Boring Machine，简称TBM）技术等。TBM是开挖隧道常用方法之一，是目前国内已知使用最早，施工方法最成熟、最安全、最高效、施工难度最小且代表世界先进水平的施工技术。1 工程概况青岛地铁1 号线一期 M1 工区从小里程向大里程掘进依次为：团岛 贵州路站区间、贵州路站、贵州路站 西镇站区间、西镇站、西镇站 青岛站区间、青岛站。其中，团岛 贵州路站西镇站轨排井区段为TBM区间，单线总长为2424m；轨排井青岛站区间为矿山法区间，125m；贵州路站为明暗挖结合车站，146.8m；西镇站为暗挖车站，194m；青岛站为既有站，202m；站后区间改造，39.5m。该段拟采用2 台 DSUC型双护盾 TBM（直径6.30m）施工，从过海段起点附近团岛左线先始发（K30+324.77），等左线掘进100m后，右线再始发。TBM区间隧道洞身除西镇站青岛站部分穿越中等风化 强风化花岗岩外，其他区间的隧道洞身均处于中风化微风化地层。因此，整个区间的地势起伏较大，致使TBM施工的整个区段将穿越团岛贵州路站区间2条，贵州路站4 条断层破碎带。团岛竖井口尺寸为15m8m，竖井深度为53m，到轨面深度为50.55m。2 青岛地铁1 号线 TBM施工2.1 TBM始发施工（1）始发检查，确认无误后，主司机鸣笛通知所有人员开始步进始发。（2）TBM滑行轨道上涂抹润滑脂，减少滑行摩擦阻力。（3）安装第一、二块底部管片，空推1.5m，管片利用螺栓和木楔进行定位和固定，第一块底管片抵在车站正常段底板端部。（4）安装第三块底部管片，继续空推1.5m。（5）将第三块管片前移3m，将一、二块管片移至合适位置，前移牛腿并固定，再步进1.5m，重复之前的步骤，直到 TBM主机尾盾尾部到达安装首环管片固定架位置停止。（6）安装首环管片固定架。（7）利用全环辅助油缸顶撑管片固定架，控制油缸压力，缓慢推动 TBM向前滑行。（8）待辅助油缸伸出满足拼装首环管片需求后，停止推动TBM，开始拼装首环管片。（9）按正常的拼装管片步骤拼装一环完整的管片，逐片收回辅助油缸，拼装单片管片，将缩回的辅助油缸伸出抵住已拼好的管片，重复完成整环管片的安装；重复前两个步骤，直到刀盘接近掌子面为止。（10）对已经拼装完成的管片背后回填注浆。（11）刀盘接触掌子面后，TBM切换至双护盾模式，由支撑盾撑靴撑紧洞壁提供掘进反力，开始试掘进。2.2 TBM掘进2.2.1 掘进参数的确定始发阶段掘进为 TBM施工中技术难度最大的环节之一。在初始掘进段内，对TBM的推进速度、刀盘扭矩、总推力作了相应调整，指标如下：（1）推进速度。推进平均速度为25mm/min，峰值不超过30mm/min。（2）千斤顶行程。每环的长度必须充足，可使得管片自由放入，可有效规避管片损坏。（3）千斤顶压力。合理选择千斤顶，并注意千斤顶的压力，以免损坏管片。（4）推力。注意推力的变化，观察首环管片固定架是否有异常，TBM技术在地铁工程施工中的应用刁志武中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100040 摘 要：文中以青岛地铁1 号线施工为研究对象，分析了 TBM施工技术，并提出了 TBM施工质量控制措施，以适应盾构施工和隧道施工技术的发展。关键词：青岛地铁1 号线；全断面掘进施工；施工质量中图分类号：U45文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0225-03Application of TBM Technology in Subway Engineering Construction Diao Zhiwu China Railway 22nd Bureau Group Track Engineering Co.Ltd.,Beijing 100040Abstract:This paper takes the construction of Qingdao Metro Line 1 as the research object,analyzes the TBM construction technology,and puts forward the TBM construction quality control measures,in order to adapt to the development of shield construction and tunnel construction technology.Key words:Qingdao Metro Line 1;TBM;Construction quality江西建材工程技术与管理2262023年1 月如果出现异常现象，立即停止推进并上报。（5）回转角。为避免TBM机的扭转过大，应注意将回转角控制在0.1以内。（6）豆砾石吹填灌浆。注意管路的检查，避免由于堵塞造成的影响，导致管片无法正常使用。（7）刀盘力矩。通过控制尽量降低力矩。（8）TBM机姿势。在推进的过程中，应时刻注意纠偏处理，尽量将误差控制在 20mm之内。2.2.2 TBM掘进作业工序流程TBM掘进作业工序流程如图1 所示。图1 TBM掘进作业工序流程图2.3 TBM到达施工TBM到达施工包括测量定位放线、洞门密封的安装、接收基座的安装与固定、掘进参数的调整、掘进方向的控制、掘进到达、延伸轨道安装、碴土的清理、推上基座等九个施工环节，施工流程如图2 所示。图2 TBM机到达施工流程图（1）注意时刻进行纠偏处理，尽量将TBM机纠偏量控制在20mm之内。（2）按照20mm/min的掘进速度，保证在距离出站处端头墙50m到出站前这段距离，能够稳定切削洞口，避免速度过快导致洞口坍塌。（3）严格监测地表沉降信息并进行反馈，为TBM掘进提供数据保证。（4）在距离洞口10m内时，与 TBM机司机保持联系的同时，要时刻注意洞口的变化，并控制掘进速度，防止出现突发问题。（5）在进入管片加固范围后，用快速硬性浆液替换之前的浆液，便于泥水封堵。（6）完成最后一个管片拼装时，要进行二次注浆封堵，并观察洞口的情况，当出现漏浆时，要进行相应处理，停止注浆。（7）当 TBM前体盾壳被推出洞门时，通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板，使其尽量压紧帘布橡胶板，以防止洞门水或者浆液漏出。在管片拖出盾尾时，再次拉紧钢丝绳，使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用。（8）针对 TBM机到站之前推力变小的问题，需要将后10环管片用螺栓紧固，并沿着隧道纵向将10环管片拉紧，以保证管片的整体密封性，避免管片松动，达到防水密封的效果。2.4 TBM解体、转运隧道贯通后，拆除盾构机后要进行现场检查和记录，主要检查一下主机连接情况，其中包括主机的连接螺栓是否拧紧，刀盘旋转是否灵活；掘进过程中，严禁刀盘和钢轨磨损，造成刀盘的卡死和刀具与土体的分离；严禁盾构机在刀盘上任意转动；刀盘上要放置安全绳并在现场设置三角架，以防止作业人员受伤及发生事故；及时更换地面沉降以及磨损的刀盘、刀具；不要让盾构表面受到灰尘或者异物的污染；盾构机出洞后，应对盾构机进行全面的检修和保养。3 TBM施工质量控制3.1 工艺控制TBM掘进施工需要控制好施工工艺，这样才能确保工程建设目标的顺利完成，保证施工质量。根据 TBM的工作原理，合理配置不同大小的刀具，然后采用不同的掘进机进行不同深度、不同长度的挖掘，以达到最优的掘进效率。每一台掘进机使用，都要严格按照技术参数及设计方案进行，才能达到良好的效率以及质量1。通过调整设计参数，刀具可以有效地对地层中所含岩石进行切割、破碎并逐渐深入整个隧道中心线内部，以保证掘进过程安全顺利。为了保证所处的地质条件能够满足掘进条件中所需要的强度及抗渗性情况下能够顺利地通过岩石，应严格控制 TBM开挖直径在1.8m以内。3.2 TBM始发准备阶段控制TBM施工中的始发准备阶段相当于整个掘进施工过程的最后一道关口，也是施工质量控制的重点。首先，要进行技术交底，详细说明作业区域内可能会遇到的地质情况以及发生变化的具体原因，以保证能够及时有效地采取应对措施；其次，应该加强对操作工人以及现场设备操作人员的培训和技术指导工作，有效保证其能够熟悉和掌握各项施工设备的使用和操作方法2。3.3 掘进过程的控制措施在 TBM的掘进过程中，必须严格控制各项技术参数，合理设计掘进作业面，合理选择各种刀具，控制好刀具、参数、刀具（下转第229 页）江西建材工程技术与管理2292023年1 月若消防联动控制器与各模块及备用电源之间出现连线断路或者短路时，控制器应在100s秒内发出故障信号。检查消音以及复位功能。检查控制器屏蔽功能。检查主要及备用电源自动转换功能是否正常，且于备电状态下，重复检查控制器最大负载功能。（4）使控制器 T作状态，保持在自动状态，按 GB 16806-2006 消防联动控制系统 规定，设计联动逻辑关系，做以下功能的检查与记录。若火灾探测器发出报警信号，检查控制器接收、发射信号情况、模块动作、受控设备动作、受控现场设备动作以及接收反馈信号等情况。检查手动插入优先功能。（5）使控制器处于手动状态,按 GB 16806-2006消防联动控制系统 规定，设计联动逻辑关系，依次手启受控设备，并检查控制器发出信号、模块动作、受控设备动作、受控现场设备动作以及接收反馈信号等情况。（6）自动灭火控制系统（直接用火灾探测器作为触发器件）应同时按 GB 50116-2013火灾自动报警系统设计规范 规定进行功能检查。5 消防验收及移交火灾自动报警系统联合调试合格后，应对系统进行通电试运行，一般试运行5d没有故障后，准备验收。验收合格后，移交建设单位物业，消防移交需要准备以下资料。（1）消防系统竣工图，平面图上各探测器及模块需要编码。（2）系统配置情况，系统回路数、各个回路编码地址数量、楼层分部情况显示。（3）产品质量合格文件，包括合格证、检验报告、3CF证书及使用说明等。（4）消防工程操作指南及规程，并对维护和值班人员进行培训。6 结语综上所述，在充分了解火灾报警系统及消防联动系统设计重难点及技术控制要点、系统工作原理和系统设计调试等内容后，应进一步明确消防联动系统设置、火灾报警装置优化及技术革新的重要性，并在目标效果及系统调试要求的基础上，采取针对性更强的措施，合理优化技术细节，提升火灾报警系统、消防联动系统作用效果。参考文献 1 叶小冬.智能建筑火灾自动报警与消防联动系统设计研究J.建筑与预算，2021（1）：47-49.2 张红球.火灾自动报警与消防联动自动控制系统研究J.中国科技投资，2021（5）：58-59.3 耿瑜.智能建筑火灾自动报警与消防联动系统探讨J.建材与装饰，2021，17（32）：95-96.4 牟妍.浅谈火灾自动报警与消防联动自动控制系统分析J.百科论坛电子杂志，2021（8）：383.5 吕鹏宇.火灾自动报警与消防联动自动控制系统探析J.电力设备管理，2021（4）：203-204.6 王成章.火灾自动报警与消防联动系统的应用J.中国新技术新产品，2021（10）：139-141.的进刀量以及对刀具寿命的要求等，确保操作人员能够按照设计要求进行掘进及后续施工操作。根据刀具使用方法来选择合适的刀具类型，刀具的有效使用寿命应达到设计要求，才能有效避免磨损问题，保证 TBM能够顺利掘进3。3.4 TBM设备与掘进刀具的选择与控制TBM施工要根据实际情况确定适合的施工技术和参数以及相应的施工方案和相关措施，还要根据实际情况选择合适的TBM设备以及刀具，选择性能优良的盾构机及配备适合本地环境并且性能较好的动力控制系统、行走装置；设计时，应对所使用的掘进刀具做好试验研究及相关数据分析；对所采用的挖掘工具进行优化选型；对所使用的 TBM设备，建立基