复合式TBM穿越富水地层常见危害及解决办法_杨帆

工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald431 双护盾TBM 概述双护盾TBM，全称为双护盾隧洞掘进机，是各类隧洞施工的主要机械设备，在我国铁路工程和水利工程以及其他类型的隧洞施工中发挥了重要的作用。

相较于敞开式掘进机来说，双护盾掘进机在适应力方面表现更佳，在不良地质条件洞段的施工中也比敞开式掘进机表现更为稳定，并且安全度更好，环保性能更好。

在引入大秦工程中，应用双护盾TBM进行隧洞的掘进施工，取得了良好的应用效果。

即便如此，应用双护盾TBM 在不良地质洞段进行施工的过程中，也要根据实际的地质条件状况和施工要求，制定和设计科学合理的施工方案，采取恰当的施工方法，才能使双护盾TBM的优势得以充分发挥，才能在保证施工质量的前提下如期完成施工进度。

应用双护盾T BM 进行隧洞掘进施工的过程中，需要在护盾进行管片的安装，开挖掘进的同时在管片与岩壁之间的空间内用豆砾石进行填充，再对豆砾石材料之间的空隙进行灌浆处理，使其形成压浆混凝土，以保证隧洞结构的稳定性和坚固性。

管片是在护盾内侧进行安装的，因此在掘进的过程中，地质人员和施工人员无法直观地看到管片连续安装的情况，因此对于隧洞岩层的不良地质构造无法及时全面地发现，更很难及时采取合理的措施对不良地质进行处理，这就给隧洞灌浆止浆的施工带来困难。

为了保证隧洞施工的质量和施工要求，施工单位在采用双护盾T BM 进行施工过程中如何能够连续安装管片，又能在必要条件下将岩石界面暴露出来成为难题，也是该文研究的重点问题。

2 双护盾TBM空腹管片的设计双护盾T BM 在进行开挖掘进的过程中，安装管片是利用护盾末尾固定的起重机来操作的，管片安装循环的周期与TBM掘进的循环周期是一致的；在掘进的过程中，隧洞会对T BM产生反作用力，而这种反作用力会通过T BM传递到护盾内的管片上，因此管片的安装是周期性并且是连续性的。

重庆地区复合式TBM掘进施工风险分析及控制摘要：随着城市轨道交通网络的形成和城市现代化的发展，盾构法作为一种先进的施工工法也正在逐渐广泛地应用于地铁区间隧道中。

重庆地区采用复合式TBM施工，对该处地层、复合式TBM的适用性还处于探索阶段，在参考国内外类似工程经验的基础上，本文结合重庆地区水文地质特点，对复合式TBM施工主要风险因素进行识别、分析和评价，提出相应的有效控制措施，将复合式TBM 掘进施工过程中风险降到最低，可供重庆地区复合式TBM工程施工风险控制参考。

关键词：重庆；复合式TBM；施工；风险；控制重庆市会展中心市政交通工程为南北走向，南起重庆市高新开发区礼嘉镇，北至重庆市渝北区悦来镇，线路全长12.186km。

其中两个复合式TBM段位于重庆市高新开发区礼嘉镇与鸳鸯镇之间。

重庆地区地层主要以砂质泥岩和砂岩为主，围岩裂隙不发育，围岩的完整性较好，但某些地段为粉质粘土层。

地下水主要赋存于裂隙中，局部地下水量丰富，且具有承压性，因此复合式TBM在掘进施工中有结泥饼、卡盾、盾尾密封失效、管片旋转及上浮等风险。

1结泥饼由于重庆地区普遍存在的泥岩岩层和泥质粉砂岩层，其残积土的粘土以及泥岩经碾磨后形成的粉粒状物，在受压、受热、受湿环境条件下，极易在刀盘表面、土仓内和螺旋输送机内形成泥饼和泥团，而高粘性土闭塞是“结泥饼”发展到严重的程度使得压力舱被粘结的渣土充满不能被螺旋排出，造成掘进困难，甚至无法掘进。

同时土舱内过高的温度会缩短刀盘主轴承的使用寿命，加速主轴承的损坏，甚至会出现主轴承“烧结、报死”的严重后果。

发生结泥饼的情况较为复杂，表现出来到的现象多种多样。

但是通过“结泥饼”事件的统计和分析可以总结出一些共同的特征。

主要性状：在“泥饼”形成过程中，刀盘扭矩、推力均迅速增大，螺旋机出碴不连续和伴随有较大泥块，碴土温度开始上升。

随着泥饼的形成，推力逐渐增大，但扭矩逐渐恒定，波动不大，掘进速度很小，出碴稀、偶出大块泥块，碴温高，发生喷涌现象，导致地表过大的沉降或隆起。

复合式TBM质量通病原因分析及处理方案案例：重庆轨道交通六号线二期复合式TBM茶园段摘要：复合式TBM充分吸取了盾构机和敞开式硬岩TBM等多种掘进机的优点而设计的，它能够适应较广范围的地质条件，既能用于粘结性、砂质泥岩、非粘结性、有水或无水的软土或硬岩等多种复杂的地层；同时又能保证较高的掘进速度，能有效的控制地表沉降。

经过采取优化的辅助措施，如膨润土、加泡沫剂、聚合物等，可以在松散的砂、砾地层中稳定开挖面，从而确保安全地掘进；随着复合式TBM在重庆地铁轨道交通建设中的广泛应用,标志复合式TBM隧道质量水平的管片质量得到重点关注。

本标段复合式TBM设备选型主要依据本工程地质条件和本工程特点来确定，管片安装机的操作采用无线遥控与有线操作的方式，以便使操作者能轻松、高效的操作，使注意力更多地集中在控制管片安装的质量控制上。

尽管施工单位在设备选型、管片生产、管片拼装等方面已经做到精益求精，但从实际施工效果来看，管片拼装后仍存在管片渗水、错台、开裂等通病。

为稳定管片质量,对管片质量通病进行研究并采取必要措施很有必要。

一管片渗水1、原因分析管片渗水影响因素较多，排除管片材质自身防水因素，导致管片渗水主要原因有：（1）、管片的接缝防水（防水密封垫）本工程接缝防水主要采取在管片密封垫沟槽内粘贴三元乙丙橡胶弹性密封垫，通过密封垫被压缩挤密来防水，此种材料施工较为方便，短期内防水效果较佳，但此种材料防水原理（密封垫能长时间保持接触面的压应力不松弛）决定了材料性能本身优劣将极大影响接缝的防水效果，另外一点就是密封垫的制作安装误差和粘贴密合程度也会影响到防水的效果。

（2）、壁后注浆防水壁后注浆主要用来控制地面沉降，但客观上是隧道防水的第一道防水防线。

壁后注浆实施的好与坏，包括浆液配合比、注浆压力选择将直接影响到隧道的防水质量，同时壁后注浆的注浆量不足也会引起隧道产生较大沉降变形而漏水。

（3）、掘进过程控制不当引起漏水①盾构与管片的姿态控制不好，影响到管片的拼装质量，造成管片间错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水；②掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水。

复合式TBM穿越富水地层常见危害及解决办法杨帆【摘要】以重庆轨道交通6号线二期复合式TBM(全断面隧道钻掘机)试验段工程蔡家段为例,分析复合式TBM在穿越富水地层时常见的掘进参数异常、反复喷渣、管片渗漏水严重及异常上浮、自旋转等问题的危害,认为保证复合式TBM安全穿越富水地段的关键就是控制地下水涌入,并探讨控制地下水涌入的具体办法.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2015(028)001【总页数】4页(P101-104)【关键词】城市轨道交通;复合式TBM;穿越;富水地层【作者】杨帆【作者单位】重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司重庆 401122【正文语种】中文【中图分类】U231.3随着社会的发展和中国城市化进程的展开，轨道交通已成为城市基础设施的重要组成部分。

而复合式TBM施工因其具有成型好、适应面广、对地层软硬通吃、自动化程度高、施工安全、掘进快速、对周边环境影响小等优点，而迅速在城市轨道交通施工中得到广泛应用[1]。

但复合式TBM作为改进后的盾构，在穿越江、河、湖泊等富水地层时，仍存在掌子面失稳、掘进喷渣、管片上浮、旋转现象严重、隧道渗漏水较大等问题。

笔者以重庆轨道交通6号线二期复合式TBM试验段蔡家段工程为例，详细阐述复合式TBM在穿越富水地层时的常见危害，分析探讨复合式TBM穿越富水地层时的具体办法及技术控制要点。

曹家湾站—蔡家站复合式TBM区间隧道位于重庆市北碚区蔡家组团，起于蔡家镇双碑村双碑水库旁，终点接蔡家镇蔡家站。

隧道采用盾构工法掘进施工，使用机械为复合式TBM。

该机械与复合式盾构构造及原理相近，均为城市地铁硬岩隧道施工而研发的一种隧道掘进机，其将软土掘进机(盾构)与硬岩掘进机(TBM)的功能进行了综合，配有大功率推进油缸及复合刀盘，具有一机三模式功能(土压平衡式、开敞式、半开敞式)[2]，并配有自动导向系统、随动铰接装置、可分区控制推进油缸，具有适应地层广、掘进速度快等特点。

| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application ·78·2019年第12期TBM 法施工遇到不利地质条件时的应对措施陈艺平（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）摘 要：随着TBM 在国内施工中的广泛应用，TBM 的选型往往决定着工程的成败。

国内也有很多因为TBM 选型不当造成工程大大延迟不能按期交工的案例。

在工程在进入论证阶段时，综合水文地质条件对施工方法的选择、TBM 的选型决定了工程的快慢甚至成败。

文章主要探讨了TBM 遇到不利地址条件时应对的主要措施，并给出了相应的解决方法。

关键词：TBM 法；施工；不利地质；应对措施中图分类号：TV554 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）12-0078-03作者简介：陈艺平（1967—），男，本科，高级工程师，研究方向：工程管理。

隧洞全断面掘进机（Tunnel Boring Machine ，简称TBM ）的发展史已有一百多年，从1846年Henri Joseph Maus 开始将一组机械岩钻安装在钻架台车上试掘进，人类一直在探索一种能代替传统钻爆法的施工机械。

此后的几十年间，TBM 掘进机的应用得到了很大推广，从而使TBM 掘进机能够批量生产并投入使用，从软岩到中硬岩，均取得了成功。

TBM 施工方法的选择包括三方面：第一，长隧洞采用钻爆法施工与TBM 法施工之间的选择；第二，开敞式TBM 与护盾式TBM 之间的选择；第三，同类型TBM 之间的结构、参数比较选型。

1 采用超前地质预报对照勘测阶段的地质资料可能存在的不利地质条件，进行预测、预报地质条件的变化及其对施工的影响是非常必要的。

如断层及破碎带的预报、侵入岩接触带预报、富水地层预测预报、煤层预测预报、岩爆的预测预报。

1.1 可采用的超前地质预报的方法根据开挖岩渣，对岩渣的岩性、块度、成份和变化趋势应作出判断；根据TBM 的运行参数作出判断。

技术与管理Energy Technology and Management 2021年第46卷第1期Vol.46No.1146doi:10.3969/j.issn.l672-9943.2021.01.051建设工程TBM技术在复％施工*分折/对策孟天府(中煤第五建设有限公司，江苏徐州221006)［摘要］TBM作为一种开放式盾构施工技术，在矿建施工中得到广泛应用。

为了解决煤矿TBM 快速施工的瓶颈，对TBM在煤矿施工中的相关风险进行分析研究，相应制定了有效的措施及方法，以控制复杂矿井存在的TBM施工风险，避免安全生产事故，满足快速、高效、安全、高质的现代化矿井发展的需要。

［关键词］TBM技术;复杂矿井施工;施工风险；穿越复杂地层［中图分类号］TD262［文献标识码］B%文章编号］1672-9943(2021)01-0146-030引言TBM作为一种开放式盾构施工技术，在煤矿大断面：室、长距离采煤巷道、长距离斜井、大直径平:等矿建工程施工中的应用越来越广泛。

由于煤矿生产条件的复杂性，导致TBM施工效率和质量受到各种施工风险的约束，如何应对TBM施工中存在的各种风险，成了实现掘支一体化高速、高质、经济、安全的现代化矿井建设的迫［1］o1概况煤矿于、、省接壤地带，一井建设规模为3.0Mt/a，采用主斜井、1号斜井、2号副斜井、1号回风井风斜井平o1.1煤层瓦斯设计安TBM施工大巷，大巷沿长兴组煤地中的矿井首采C2煤20m o C2煤于，煤距13.32m o中煤工2006年4"，C2煤在 1.02~1.12MPa,生现，大700t o C2煤为煤，煤险性。

1.2水文地质矿体大于煤矿面，矿体，构o，煤矿地质为为的中等o1.3地温及地压煤矿一井地，从现资料分析,其所属域煤地层无地异常。

煤埋深大，一般埋深在400~600m,最大埋深＞1000m。

，煤矿潜在的冲击地压,会给安全生产带来极大地威胁。

综合分析看，矿井是集煤与、穿越泥和砂软硬互地、冲击地威胁、TBM穿越断层破碎带等多种风险的复杂矿井。

TBM施工风险与应对措施文章首先对TBM的主要分类和适用范围进行了阐述，然后引出对TBM施工风险的分析，进而探讨了TBM施工风险的应对措施。

标签：TBM施工；风险；应对措施一、前言随着近年来TBM应用水平的快速发展，TBM工程的施工方法直接关系着整个TBM应用的进展，在TBM施工中加强TBM施工风险的把控，可以保证TBM 施工工程的质量。

二、TBM的分类和实用范畴1、TBM的分类TBM品种单一，使用普遍，方式多样，分类办法也依据分类标准差别而呈现差别，按开挖岩体种别分为：硬岩隧道掘进机（HardrockTBM）和软岩隧道掘进机（SoftgroundTBM）（国际称为盾构机）。

此中硬岩隧道掘进机分为关闭式（UnshieldedTBM）和护盾式（ShieldTBM）；盾构机重点用来开挖土体隧道，分为土压均衡盾构、泥水盾构、气压式盾构、混淆式盾谈判异型盾构等。

2、TBM的作业原理和实用范畴（一）、关闭式TBM的刀盘装有盘形滚刀作业时经过刀盘强大的推力将滚刀压入隧道掌子面岩体，然后刀回旋转动员滚刀转动切削岩体。

切削下的岩石碎片先经过刀盘上的铲斗搜集，然后颠末漏斗进入TBM运输零碎，最后把这些岩片运出洞外。

（二）、单护盾TBM的刀盘上也配备有实用于开挖较硬围岩的盘形滚刀其掘进原理和关闭式TBM相似，但与之差别的是，单护盾TBM的强大推力是由液压千斤顶提供的，掘进时，液压千斤顶后部顶在曾经衬砌好的混凝土管片上，千斤顶伸出推进刀盘行进。

这一进程完毕后，掘进机中止行进，千斤顶回缩归位，新的混凝土衬砌管片在盾尾组装。

开端进入下一循环。

单护盾TBM实用于开挖地层以脆弱围岩为主、岩体抗压强度低的隧道。

开挖完成后，隧道的终极支护方法是混凝土衬砌管片。

（三）、双护盾TBM的刀盘和岩土渣运输零碎双护盾TBM在颠末精良地层和不良地层时，经过作业形式的变化，都可以很好的停止顺应。

尤其是当双护盾TBM在精良地层中，刀盘向前掘进的同时，管片衬砌作业可以在后护盾尾部停止组装，如答应以进步掘进速率。

富水破碎带岩体 TBM施工灾害防控方法摘要：富水破碎带作为导致突水、突泥地质灾害的重要因素，是制约TBM安全施工以及隧道建设的瓶颈之一。

对于富水破碎带以及其他不良地质体的超前地质预报以及采取相应的防控措施对于保证安全施工具有重大意义。

本文在收集整理国内外不良地质预报方法的基础上，对TBM施工穿越富水破碎带以及其他不良地质体情况的灾害防控方法进行总结，对各种不良地质预报方法进行详细介绍。

对于TBM搭载式超前地质预报技术的发展进行了分析，认为其在TBM施工灾害防控中具有重要作用。

关键词：富水破碎带；TBM施工；灾害；防控0引言我国的基础交通建设逐步向中西部地质情况复杂区域推近，在水利水电和交通工程等领域正在或即将建设一批具有“埋深大、洞线长、地质复杂、地形险峻、灾害频发”等显著特点的深长隧道，复杂多变的工程地质和水文地质条件带来了重大挑战[1]。

因此，不良地质条件成为制约建设过程中安全和经济问题的重要因素，如断层、岩溶、蚀变带、富水破碎带等不良地质体因其隐蔽性及孕灾特性，可能在施工扰动下诱发塌方、突水突泥[2]等地质灾害，富水破碎带是隧道施工常见的地质灾害之一，地质情况复杂多样，其发生通常会导致TBM卡机、钻机卡钻等一系列问题，造成了重大的经济损失[3]。

TBM已经成为国内外隧道工程施工的重要选择,被广泛应用于水利隧洞、铁路隧道工程等领域[4]，但当TBM穿越断层破碎带时，突泥、涌水等围岩变形大，易塌方，致使护盾被卡死或刀盘无法转动造成卡机。

对工程安全、质量、进度和资金等造成严重影响。

因此，在隧道施工过程中开展精确的TBM施工灾害防控工作成为隧道施工中必不可少的环节。

1工程概况研究段隧洞包括19.87km的主洞，采用1台TBM施工，根据地形地质及施工分段规划，其中TBM有一个施工段。

隧址区属于阿勒泰山南坡剥蚀丘陵区，地势总体北高南低，海拔高程1050～1090，地形起伏较小，山顶多呈浑圆状，山体坡度较缓，一般高差10～20m，基岩大多裸露，主要为荒漠地貌。