某TBM试验段施工技术

第1章 概述 11.1地理位置 11.2区间隧道地质概况 11.3工程重、难点 2第2章 施工技术分析及小结 32.1TBM施工引起地表沉降规律分析 32.2TBM施工围岩变形规律分析 52.3TBM施工对周边环境振动影响研究（振动频谱分析） 72.4小结 92.5防止泥岩遇水软化结泥技术 102.6掘进参数控制技术 122.7洞内施工环境控制 132.8加强支护 142.9小结 152.10TBM过站技术 152.11TBM过站技术小结 22第3章 总结 24PAGE25概述本施工技术总结主要针对TBM各项技术的过程分析及总结。1.1地理位置重庆轨道交通六号线一期含五里店车站、TBM区间、冉光、光竹钻爆段及通风、拆机竖井等多个子单位工程。其中TBM施工段为五里店～山羊沟水库敞开段，途经红土地、黄泥滂、红旗河沟、花卉园、大龙山、冉家坝、光电园共七个车站，起讫里程为CK17+438～K29+128，全长12.122km（长链432.78m），每台TBM施工累计长度8.261km，其中泥岩、砂质泥岩和泥质砂岩占TBM掘进长度超过88%。工程地理位置见图1-1-1。渝中区红旗河沟站黄泥滂站花卉园站五里店站山羊沟水库敞开段红土地站渝北区江北区光电园站冉家坝站大龙山站渝中区红旗河沟站黄泥滂站花卉园站五里店站山羊沟水库敞开段红土地站渝北区江北区光电园站冉家坝站大龙山站图1-1-1工程地理位置图1.2区间隧道地质概况重庆轨道交通六号线区间隧道线路穿越的地层主要为上沙溪庙组(J2S)泥岩和砂质泥岩，中等风化带岩石岩质较软，围岩呈大块状砌体结构，节理裂隙较发育，围岩透水性差，地下水含量微弱。通过钻探采集的中等风化岩石样品室内物理力学指标测试，其天然重度25.3～25.9kN/m3，天然状态岩石单轴极限抗压强度为8.8～23.6MPa、饱和单轴极限抗压强度值为5.3～15.3MPa，软化系数0.60～0.66，内摩擦角35.6º～39.7º，内聚力1.30～5.25MPa，抗拉强度0.42～1.30MPa，变形模量1494～7790MPa，弹性模量1860～8630MPa，泊松比0.30～0.40。通过钻孔声波测井，岩体纵波波速为2439～3205m/s，岩体完整性指数为0.66～0.77。中等风化砂质泥岩岩体完整程度为较完整～完整。隧道围岩级别为=3\*ROMANIII～=4\*ROMANIV级。地表未发现不良地质现象。本标段地质主要为Ⅳ级围岩，占99.4%，岩性为砂岩（4.6%），泥质砂岩、砂岩泥岩和泥岩（88%），遇水软化、结泥。地下水主要为裂隙水，潮湿、滴渗状，部分地段为线流水。1.3工程重、难点（1）TBM掘进距离长，施工进度指标高，TBM及配套设备的按期进场和良好的适应性、可靠性是本工程顺利施工的关键。（2）区间隧道穿越地层石英含量高：砂岩石英含量达54.00～71.25%,砂质泥岩石英含量达54.00～80.75%，高石英含量、整体性较好的围岩对TBM刀盘、刀具的耐磨性、破岩效率、刀具寿命等提出了很高的要求。（3）区间要分段分期交付铺轨，区间隧道二次衬砌与TBM掘进施工单工序作业，TBM及配套设备要满足有轨运输出碴方式施工需要。（4）TBM要多次过站，过站时间紧凑；TBM掘进平均进度指标为600m/月左右，施工进度指标要求高。重庆市轨道交通六号线TBM试验段振动分析结论施工技术分析及小结2.1TBM施工引起地表沉降规律分析1、地表沉降历时曲线根据现场调查资料，选取具有代表性的断面进行地表沉降监测。因此选取了四个典型断面，分别为：K17+390断面、K17+420断面、K17+473断面、K17+580断面。所得各个断面的地表沉降测点的沉降历时曲线如图2-1-1所示：图2-1-1拱顶上方地表沉降历时曲线图由地表沉降历时曲线看出：采用TBM掘进区间隧道，掌子面施工时间短支护及时，有效的控制了地表沉降，沉降速率比较小，最大沉降量均未超过4mm。当掌子面离监测断面大于5倍洞径时变形就较为缓慢，所以TBM掘进比常规矿山施工法施工引起的沉降要小很多。2、地表沉降槽曲线K17+390、K17+420、K17+473、K17+580断面的横向沉降槽随时间发展曲线见图2-1-2，隧道拱顶正上方地表点纵向沉降曲线见图(e)。(a)K17+390断面(b)K17+420断面(c)K17+473断面(d)K17+580断面(e)隧道拱顶点纵向沉降曲线图2-1-2各断面地表沉降槽曲线图由地表沉降槽曲线看出：横向沉降槽的范围较小，在距隧道中线一倍洞径处地表沉降是中线处的60%左右。掌子面超前影响范围约22m。各个断面的沉降值差异较小，沉降值均较小，最大值均未超过4mm2.2TBM施工围岩变形规律分析1、洞周表面围岩变形规律分析（1）隧道拱顶沉降规律为了了解在施工过程中隧道拱顶沉降的变化情况，我们分别选取了三种不同地质条件：泥岩、沙岩、泥质沙岩条件下来监测隧道拱顶沉降的变化规律。各断面拱顶沉降历时曲线见图2-2-1。图2-2-1隧道拱顶变形累计沉降值基本在4mm以内；拱顶沉降初始前三天变形较大，占到了整个变形的50%以上，在7天后沉降基本平稳，不再增加，可能与TBM施工速度较快、支护比较及时有关；在距掌子面6B后变形基本平稳；砂岩、泥岩和两者交互段变形规律基本相同。（2）隧道洞内净空位移变化规律为了解在施工过程中隧道洞内净空位移的变化情况，我们分别选取了三种不同地质条件：泥岩、沙岩、泥质沙岩条件下来监测隧道洞内的净空位移变化规律。各断面洞内净空位移曲线见图2-2-2。图2-2-2从三个典型断面水平收敛历时曲线可以看出：三个典型断面水平收敛累积量基本在6mm以内；水平收敛也和拱顶沉降表现了类似的变化规律，前三天变形较大，占到了整个变形的50%以上，在7天后沉降基本平稳，与TBM施工速度较快时支护比较及时有关；在距掌子面6倍洞径后变形基本平稳；砂岩、泥岩和两者交互段变形规律基本相同。2、深部围岩变形规律分析为了了解在施工过程中围岩的位移变化情况，结合锚杆轴力时态曲线变化来进一步说明周边围岩的变化情况，同样我们也选取了三种不同地质条件：泥岩、沙岩、泥质沙岩地质条件，来监测围岩的位移变化情况。（1）A断面砂岩地段：在K17+390断面共埋设了5组单点位移计，分别布设在拱顶、拱肩和拱底处，各点单点位移的时曲线图见图2-2-3。图2-2-3从图中可以看出：整体上深部围岩变形很小，在3.5m处围岩基本没有变形。深部围岩变形从里向外逐渐增加，距表面0.5m处变形最大为1.4mm。这说明围岩基本处于完好状态，扰动很小。（2）C断面泥质沙岩地段：在K17+473断面共埋设了5组单点位移计，分别布设在拱顶、拱肩和拱底处，各点单点位移曲线图见图2-2-4。图2-2-4由曲线图可以看出：与砂岩地段相比，围岩松动范围稍大，松动圈在0.5m以内，整体上深部围岩变形很小，距表面0.5m处变形最大为3.5mm。这说明围岩基本处于完好，扰动很小。（3）D断面泥岩沙岩过渡地段：在K17+531断面共埋设了5组单点位移计，分别布设在拱顶、拱肩和拱腰处，各点单点位移曲线图见图2-2-5。图2-2-5由曲线图可以看出：与砂岩地段和泥岩地段相比，泥岩沙岩过渡地段的松动圈介于两者之间，三种地质的深部围岩变形规律相似。2.3TBM施工对周边环境振动影响研究（振动频谱分析）一、工程背景1、工程概况重庆市轨道交通六号线五里店~红土地区间（K17+300~K172+600）TBM试验段为双线双洞隧道，洞跨6m，洞高6m，左线与右线相距13.0-17.0m。本段地貌上属于构造剥蚀丘陵地貌，地面高程262～294m，地形坡度一般5～10˚，局部坡度达40˚。地质构造上属于龙王洞背斜东翼，线路走向与地质构造线走向呈大角度相交。沿线上覆土层厚度0～8.6m，主要为素填土及粉质粘土。下伏侏罗系中统沙溪庙组厚层状泥质砂岩夹砂岩洞顶以上中等风化砂岩厚18～39m，为3.0~6.5倍洞跨。深埋隧道。岩体呈大块状砌体结构，岩体较完整。隧道围岩基本级别为IV级，成洞条件好。2、地表建筑物重庆市轨道交通六号线TBM试验段右线隧道右侧外7～11m有23F/-2F的龙庭蓝天苑，采用桩基础，桩径0.90m，基底标高277.1～278.8m，桩底距隧道顶中等风化岩石厚度27.2～28.9m。3、周边桥梁重庆市轨道交通六号线TBM试验段隧道在里程K17+418～K17+443穿过五童路接五里店立交桥台，左线桥台基底标高265.0～266.2m，右线桥台基底标高263.7～264.5m，桥台基底距隧道顶中等风化岩石厚度18.5～18.9m，大于3倍隧道洞跨。拟建左线隧道左侧11.7～13.5m的距离有2根五里店立交桥墩19-1、19-2，桥墩桩径1.80m，19-1桩基底标高258.6m，19-2桩基底标高257.3m，桥墩基础位于隧道开挖后潜在滑面（砂岩岩体破裂角67）之外。重庆市轨道交通六号线TBM试验段隧道在里程K17+530处穿过五里店立交一匝道桥台，该桥台尚未施工。根据立交设计方案：桥台基底预计标高273.6m，桥台基底距隧道顶部中等风化岩石厚度27m左右，大于3倍洞跨。二、TBM试验段振动测试总结1、TBM掘进引起的桥台振动TBM施工引起的桥台结构振动大部分情况如下：垂直振动速度峰值一般在4mm/s以下，主频14.4-48Hz水平振动速度峰值一般在3mm/s以下，主频4.4-48Hz；在监测2009年12月19日-2010年1月15日测试期间内监测到两次来自TBM掘进引起的桥台振动水平振动速度峰值达20mm/s，主频19-29Hz此外，当TBM的刀盘转速在3-4r/min时，其振动速度峰值较大。(图4.4-22)根据国内外相关规范标准制定了本测试的振动控制标准，TBM掘进引起的桥台振动属于“若结构振动速度峰值位于3.5-5mm/s之间，则对结构耐久性和正常使用有一定影响，但影响较小，视结构的重要性决定是否采取减振措施”，由于2、TBM掘进引起的建筑物振动TBM施工引起的龙庭蓝天苑三层结构振动大部分情况如下：垂直振动速度峰值一般在0.5mm/s以下，主频15-35Hz；水平振动速度峰值一般在0.4mm/s以下，主频15-21Hz；施工中测得垂直振动速度幅值最大值为3.149mm/s，主频16-30Hz；持续时间20s。水平振动速度幅值最大值为1.267mm/s，主频21-22Hz；持续时间20s。根据国内外相关规范标准制定了本测试的振动控制标准，TBM掘进引起的建筑物振动属于“若结构振动速度峰值小于3.5mm/s，则对结构耐久性和正常使用无影响，不必采减振措施”，故不需要采取减振措施。3、噪声经仪器测试和推进500米距离洞口监测发现，试验段内TBM施工不会造成显著的地表噪声污染，地表及结构最大噪声监测或换算能量级在71dB左右，持续时间非常短暂，不足30秒。大部分小于51dB2.4小结一、地表变形最大沉降变形不超过4mm，主要发生在拱顶上方，且与隧道施工掌子面位置变化存在明显依存关系。二、对周边围岩的扰动根据锚杆轴力和单点位移计的监测结果和分析可知，TBM掘进机对周边围岩的扰动较小。通过锚杆轴力时态曲线可以看到在开挖断面往围岩方向0.8米处所测的锚杆轴力最大，2.2米处的轴力就已经较小，而且随着时间的推移逐渐趋于稳定，3.5米处的锚杆轴力从初测开始就非常小，而且根据其锚杆轴力时态曲线可以清楚的看到其轴力变化非常小，变化很平缓。三、拱顶沉降和水平收敛1、TBM掘进机开挖导致的围岩拱顶沉降和水平收敛较小而且一般在三天之内就达到峰值，相比较矿山法施工的预留洞监测的拱顶沉降和收敛值到达峰值的时间历程较长而且跟它的施工工法有关，其最大沉降值和收敛值也大，大约是TBM掘进机施工所导致的拱顶沉降峰值和水平收敛峰值的1.5～2.0倍。2、采用钻爆法施工的TBM预备洞洞顶变形最大8mm，洞周收敛最大为10mm以内，而TBM试验段拱顶最大仅为4.36mm，水平收敛为5.04mm。而两者岩性基本相同。四、围岩的变形规律1、围岩孔口位移最大值为3.66mm,出现在右线左拱肩处。锚杆轴力分布从岩体深部向隧道表面逐渐增长，最大锚杆轴力出现在隧道表面处，最大值为右线拱顶3.71kN。钢拱架内力总体较小，最大值出现在拱腰外侧受拉处，为35.81MPa,拱顶处内外测点都受拉,拱肩表现出内部受拉，外部受压的规律。围岩接触压力值较小，最大值为右线拱顶0.034MPa。2、TBM穿越不同岩性段隧道变形和结构受力有所差异，但不是很显著。通过对泥岩、沙岩和泥质沙岩这三种不同地质条件下各断面的拱顶沉降、水平收敛、锚杆轴力、围岩位移、围岩土压力、混凝土应力、初支拱架内力监测数据分析，发现其变化差异很小，基本上没有什么较大变化五、支护参数优化1、根据与TBM预备洞钻爆法施工支护参数和变形结果比较，TBM施工支护参数存在较大优化空间。2、TBM段的锚杆受力和钢拱架受力都很小，存在较大安全储备。锚杆轴力时态曲线图和单点位移时态曲线图可知，在洞室开挖后，距断面围岩达到2.2m以后，锚杆轴力的变化就已经非常小；初支拱架拱顶处的內力最大值为56.7Mpa，比钢筋应力规范的警戒值和标准值小，有较大的安全储备。六、TBM施工过程周边桥台及建筑物的振动情况1、TBM施工引起的桥台结构振动大部分情况如下：垂直振动速度峰值一般在4mm/s以下，主频12-48Hz；水平振动速度峰值一般在3mm/s以下，主频2-48Hz。根据相关振动标准，振动不会引起桥台结构的破坏。2、TBM施工引起的龙庭蓝天苑一层及三层结构振动大部分情况如下：垂直振动速度峰值一般在0.5mm/s以下，主频15-35Hz；水平振动速度峰值一般在0.4mm/s以下，主频15-21Hz。根据相关振动标准，振动不会引起桥台结构破坏。3、桥台、围岩振动传播规律表现出相似的性质，且与TBM的掘进参数表现出很大的相关性。当TBM施工控制在3.5r/min时，桥台、围岩以及周边地表的振动幅度最大，TBM施工大于3.5r/min时，其振动幅度又逐渐减小。4、地表和围岩中的振动衰减规律表现出相似的性质，都是在距离20m时振动传播速度最大，当距离大于20m时，距离越远振动传播速度越小，最终其影响范围大致在120m。2.5防止泥岩遇水软化结泥技术一、出现的主要问题本段围岩构成主要为泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩，呈紫红色，天然抗压强度20～26Mpa，属软岩～较软岩，岩体较完整。本段围岩在刀盘切削后，小颗粒较多，遇水易泥化，在刀盘正常喷水的情况下，刀盘易被结泥渣土糊住，导致出渣困难，TBM掘进受到影响，见图2-5-1、2-5-2。图2-5-1刀盘结泥情况图图2-5-2结泥堵塞刀孔情况二、解决措施在泥岩地质条件下，既要保证TBM刀盘不被泥饼糊住，又要达到降尘效果，为此在掘进时关闭刀盘喷水，在1#皮带机与2#皮带机交界处加设喷水装置，掘进时开启此装置，可将水喷成水雾，起到了有效的降尘作用；另外刀盘喷水关闭，尽可能使掌子面处于干燥状态，这样就大大减少了清理刀盘的频率，为TBM的正常掘进争取了更多的有效时间。控制刀盘喷水量是防止泥岩遇水泥化的关键，在围岩干燥，无地下水影响时，刀盘喷水量按照能够保证刀具安全的原则来控制，实际操作中基本上控制在正常掘进喷水量的1/2；在围岩存在地下水影响时，根据地下水量的大小和渣土的湿润度来控制，实际操作中控制在正常喷水量的1/4，甚至可以不喷水。刀盘少喷或不喷水时，出渣基本呈颗粒状（见图2-5-3），无水影响时不会结泥，保证了刀盘和皮带机运输的正常工作，但是在局部地下水量过大，渣土结泥不可避免，通过与TBM厂家的沟通，在TBM设备上增加一套刀盘喷泡沫系统，以达到除尘、防止刀盘结泥的效果，效果良好。图2-5-3刀盘不喷水出碴效果 2.6掘进参数控制技术掘进参数的选择主要根据出碴情况确定刀盘转速，在无大块石碴出现，掘进过程中无塌落时，一般选择高速掘进。若有大块石碴出现并拌有围岩塌落，一般选择低速掘进。这样做，一方面是减少刀盘对周围岩体的扰动，另一方面是控制皮带机的出碴量，避免因出碴过快，石块过大，造成皮带机故障。本工程围岩较均匀，抗压强度值在15～40MPa范围，大部分砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩强度在20～30MPa，岩体抗压强度小，易破碎，易掘进。TBM转速为高速模式（5.44rpm～11.97rpm）和低速模式(0～5.44rpm)两种。地层稳定软岩（稳定泥岩、砂质泥岩地层）：较低转速、小推力、大贯入度。地层软硬不均（砂岩、泥岩交界地层，坍塌、掉块、渗水）：较低转速、较大推力、较大贯入度。本工程采用敞开式TBM施工，各项掘进参数的选择是快速高效生产的关键，TBM推进过程中，要依据超前地质预报结果，根据不同地质、埋深判断围岩的稳定性、可掘性及时调整掘进参数。在泥岩段掘进过程中，由于岩性较软，围岩切削相对容易，TBM可以快速掘进通过，但受到TBM出渣设备能力的限制，TBM掘进速度过快，超出出渣系统的能力，渣土堵塞皮带机，清理渣土将耗费大量人力、物力及时间；而TBM掘进速度太慢，虽然出渣系统能够正常运转，但TBM的掘进能力没有得到充分释放，TBM的经济性和先进性大打折扣，因此在泥岩段掘进过程中，如何选择合理的掘进参数成为实现TBM价值的关键。TBM在一般硬岩段掘进主要参数：刀盘推力8000KN，刀盘转速10转/min，贯入度3mm，每掘进一个循环耗时50min～90min（视围岩的坚硬程度），在推进至泥岩段与硬岩段交界处时，刀盘推力突然下降，贯入度增大，随之皮带机大量出渣，在极短时间内堵塞皮带机出渣口，1#皮带机也因渣土过量停转，清理出渣口渣土及皮带机上存渣耗费36h时间，极大影响正常掘进进度。设计上TBM皮带机出渣能力最大可以达到1.8m3/min，由此反算TBM理论最快掘进速度：1.8m3/min÷（3.18m×3.18m×π要不要考虑松散系数）=0.057m/min，在泥岩段可以按照TBM最大掘进能力的90%进行控制（考虑10%的安全系数）：0.057m/min×90%=0.051m/min。在泥岩段TBM最大掘进速度按照0.05m/min控制，此时TBM掘进的各项参数如下：推力5000KN～6000KN，刀盘转速7转/min，贯入度约7mm，约30min可以掘进一个循环，并且出渣系统保持正常运转。在例行的刀盘检查中，经过检测，TBM刀具磨损正常，并没有因为掘进速度过快造成旋磨、偏磨等问题，所以上述掘进参数在施工中是合理可行的。如不考虑初支工序影响，此时TBM的掘进速度将十分可观，完全能够满足甚至超出施工进度要求，TBM的经济性和先进性得到充分发挥。综上所述，TBM掘进参数选择的原则主要需考虑两个方面的问题：1、出渣系统能力的大小。2、刀具安全。2.7洞内施工环境控制TBM工法是一种先进的工法，较之传统的隧道工法，TBM完全改变了旧工法中洞内的恶劣环境，对作业人员的职业健康安全起到了极大的促进作用。TBM正常作业过程中，刀盘喷水基本可以消除由于刀具挤压围岩产生的扬尘，但是在泥岩段施工中，刀盘喷水不能按照常规来控制，喷水量偏少，扬尘增大，洞内空气质量差，能见度低，对作业人员的健康和各种精密电子设备的寿命都带来不利影响，同时严重影响TBM掘进测量的精度（TBM采用PPS自动测量系统），开挖方向不易把握，容易造成质量事故。针对这些情况，主要采取了以下方式进行控制：一、1#皮带机出口增加减尘装置1#皮带机是将刀盘渣土输送到TBM后配套出渣皮带的连接皮带，此处扬尘是最严重的地方，同时1#皮带机出口靠近刀盘上的测量棱镜，扬尘直接影响测量精度，所以此处是减尘的关键部位，主要采取洒水降尘和覆盖降尘的手段进行控制，效果良好，见图2-7-1、2-7-2。图2-7-11#皮带机出口喷水降尘图2-7-21#皮带机出口覆盖降尘二、改造通风设备减尘施工情况见图2-7-3。图2-7-3TBM二次通风出口改移、改善隧道通风质量2.8加强支护在泥岩地质条件下掘进时，尤其是出现拱顶掉块现象时，为了不让支护耽误掘进时间，采取提前加强支护的措施进行处理。为确保在不良地质条件下，有小的塌方时，TBM顺利掘进，不耽误时间。在TBM的顶护盾尾部增加部分钢结构（小槽钢或螺纹钢），见图2-7-4，在围岩拖出护盾，没有立拱前对围岩进行预支护，防止掉块清碴耽误掘进。图2-7-4顶护盾增加预支护钢筋2.9小结1、通过泥岩段施工重点、难点分析，针对性解决了防止泥岩遇水软化结泥、掘进参数控制及洞内施工环境控制这三个方面的问题。2、在泥岩地质条件下掘进尤其是出现拱顶掉块现象时，为了不让支护耽误掘进时间，采取提前加强支护的措施进行处理。3、控制刀盘喷水量是防止泥岩遇水泥化的关键，在围岩干燥，无地下水影响时，刀盘喷水量按照能够保证刀具安全的原则来控制。4、在后部1#皮带机处增设喷水、喷雾装置以降尘。2.10TBM过站技术一、TBM掘进过站TBM掘进过站即在车站未施工、不具备步进过站条件的情况下，采取直接掘进通过的过站方式，工艺与区间隧道掘进一致。其特点在于可节省工期，不必停机等待车站施工，而车站施工时又可减少工作量。TBM掘进过站适用于到达时车站结构未施做完毕或未开始施做，出于工期等因素考虑，采用直接掘进过站的方式。1、掘进施工要点TBM施工集开挖、支护于一体，两者可平行作业。TBM掘进时,水平撑靴撑紧在洞壁上为掘进机提供掘进反力，刀盘在主推进油缸的推力作用下向前推进，后配套台车停在隧道中，刀盘破岩切削下来的岩碴随着刀盘铲斗和刮板转动从底部到顶部然后沿溜碴槽到达刀盘顶部后进入刀盘中心的皮带输送机上，主机皮带机和后配套皮带机将岩碴转运到矿车或正洞连续皮带机上。在TBM掘进的同时，进行初期支护和相关配套作业。掘进步骤如下：（1）撑紧撑靴，收起后支撑撑紧撑靴，收起后支撑见图3-2-1。（2）刀盘旋转，开始掘进推进图3-2图3-2-1撑紧撑靴收起后支撑图图3-2-2刀盘旋转，开始掘进推进图（3）掘进行程完成后，进行换步，放下后支撑掘进行程完成后，进行换步，放下后支撑见图3-2-3。（4）收回水平撑靴，前移撑靴，再撑紧水平撑靴，进行下一掘进循环收回水平撑靴，前移撑靴，再撑紧水平撑靴，进行下一掘进循环见图3-2-4，收回水平撑靴，前移撑靴，再撑紧撑靴。图3-2-3掘进行程完成放下后支撑换步图图3-2-3掘进行程完成放下后支撑换步图图3-2-4收回水平撑靴前移撑靴再撑紧撑靴图2、掘进换步要点当主推进油缸达到最大掘进行程时，TBM需要停机换步。此时刀盘停止转动，放下后支撑和刀盘底护盾支撑，将撑靴慢慢收回并前移一个行程，撑靴前移到位后再次撑紧岩壁并收回后支撑和底护盾支撑，最后通过操作后配套伸缩油缸牵引后配套走行一个循环。3、TBM姿态、方向控制在掘进过程中，操作司机应根据隧道测量导向系统显示的掘进偏差适当的进行方向调整。由于地层软硬不均以及操作等因素的影响，TBM推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。TBM施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，使掘进偏差处于质量标准允许的范围之内。图3-2-5掘进方向控制原理示意图水平单撑靴掘进机方向控制工作原理为根据测量导向系统显示掘进机的位置及方位，需要随时调整掘进机掘进方向，单撑靴敞开式掘进机的掘进方向在掘进过程中可随时调整，掘进机以刀盘护盾为支点，通过调整主梁的左右上下位置来完成。如需要向左方掘进时，左侧支撑油缸伸出，右侧支撑油缸收回，主梁向右移动，改变了掘进方向。如需要上下调整时，可以调整倾斜油缸调整主梁的上下。因此隧道的方向在掘进过程中随时可以调整，隧道中心是一条连续的曲线，保证掘进方向可控。其方向控制原理如图3-2-5所示。图3-2-5掘进方向控制原理示意图4、监控量测要点确保掘进过站安全的关键是全过程监测隧道周边建（构）筑物的变化情况，及时测量各主要工序施工阶段引起的动态沉降数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导施工。主要的监测内容参见表3-2-1。表3-2-1监测内容汇总表监测项目布置量测频率地层及支护情况观察开挖后、初支后、衬砌后随时进行地表沉降每个区间选择5个断面，每个断面11对测点；左右隧道中线纵距每20m一个测点开挖面距量测断面前后<2B时：1次/天开挖面距量测断面前后≤5B时：1次/2天开挖面距量测断面前后>5B时：1次/周隧道拱顶下沉纵距20m一个断面，一个测点隧道净空位移纵距20m一个断面，一对测点管线监测对隧道以外30m范围内管线进行监测，沿管线10m布置一个测点，接头及检查井处须布置测点孔隙水压力纵距20m一个断面，每断面5个测点建筑物沉降及倾斜结合地表沉降点布置、建筑物四角隧道底部隆起纵距20m一个断面，一个测点开挖面距量测断面前后>5B时：1次/周围岩压力初支与围岩之间、二衬与初支之间开挖面距量测断面前后<2B时：1次/天开挖面距量测断面前后≤5B时：1次/2天开挖面距量测断面前后>5B时：1次/周型钢应力应变初支钢架，支座、跨中、拱腰部位二、TBM平底步进过站TBM平底步进过站即过站时步进底板为平面，满足步进小车、步进机架等平底步进，需在步进中线位置预留420mm×250mm的导向槽。通过安设步进机架及步进小车依靠步进机架与地面的摩擦力提供反力步进通过，其特点是步进速度快，对车站结构影响小，适用于一般车站过站。平底步进过站适用范围较广，当普通车站结构完成或基本完成时，过站底板施做完毕后即可采用平底步进过站方式。1、TBM步进前的质量检查测量组负责对：1）导向槽的中线位置、结构尺寸（宽420mm×深250mm）进行确认复核；2）预备洞断面、始发洞断面是否有侵入TBM步进断面、始发洞导轨标高复查。值班工程师负责对：1）步进底面的平整度（+5mm以内）进行检查；2)对导向槽内及其两侧的杂物、钢筋头等进行检查，并及时下达通知整改。2、步进阶段轨线材料运输在TBM步进前将步进时需延伸的钢轨存放在洞外备用，TBM向前步进，通过平板车向前倒运钢轨。步进段轨线采用43kg/m钢轨，钢轨长12.5m/根，轨线形式为四轨三线，外侧两轨中心距为2910mm，各股轨道中心距离均为970mm，轨排间距为80cm，轨道延伸采用人工配合轨排吊机施工作业，先用人工将轨枕倒至后配套拖车前轨道吊机下部，轨道吊机吊起轨排架，人工摆放到位，钢轨扣件采用成品垫板、M16螺栓连接，采用人工或风动扳手进行紧固。所有扣件螺栓必须紧固，不得出现松动现象，在钢轨连接处对轨枕间距适当加密，防止TBM走行时剪断钢轨。轨排架摆放到位后，纵向采用螺纹钢焊接成总体，两侧设斜撑加固，TBM步进过程中，安全员、工班长加强巡视，如有发现轨排架侧倾、扭曲的必须停止步进，并对该位置轨排架进行校正，加固处理。3、步进准备（1）接通主变压器电源，施工人员配备照明设备。（2）接通后配套系统上变压器的一次侧主开关。（3）检查故障指示器，在没有任何故障显示时，才能进行下一步操作。如有故障，应由有关人员立即检查排除。（4）检查润滑油油位，如有必要，立即补油。（5）对各部进行简单检查，确信机器状态良好。（6）保证撑靴上的辅助靴板状态良好。4、TBM平底步进 待准备工作进行完毕，TBM开始步进。（1）转动钥匙开关，接通控制电压。（2）起动液压动力站。（3）进行换步操作。（4）调向，使TBM沿隧道设计轴线步进。三、TBM弧底步进重叠过站TBM弧底步进过站即过站时步进底板为弧面，提前预埋提供步进反力的钢套管，通过安设步进机架依靠预埋套管内插入的插销提供反力步进通过，其特点是减轻底部承重荷载，对车站结构影响小，适用于上下重叠换乘车站过站。弧底步进过站适用于换乘车站上下重叠车站（上层）的过站，施做预埋套管并在弧面底板预埋导向钢轨后即可采用弧底步进过站方式。1、TBM弧底步进方案要点（1）TBM从车站中板步进通过，需要对TBM荷载、车站中板、临时钢支撑进行详细的受力分析和结构检算，特别是如何保证在确保车站中板安全的前提下实现车站中板与钢支撑之间的联合受力，必须严格进行设计和施工，尽量减少施工不确定因素。（2）在上洞TBM步进过站时，下洞TBM原地等待，等上洞TBM通过车站并拆除临时钢支撑之后，下洞TBM再过站。（3）在车站两端，上下洞之间间距太小，上洞TBM步进及在掘进期间的运输荷载对于下洞的结构安全存在较大影响，须对下洞初期支护进行加强并提前进行二次衬砌施工。（4）为了保证TBM掘进施工的安全，车站两端区间隧道小间距段必须采用人工开挖，待两洞分开一定距离后方可采用TBM掘进。初步确定采用TBM掘进的两洞之间安全距离为5m。2、TBM弧底步进要点（1）TBM步进前的质量检查由测量组负责对：步进弧形底面轮廓进行确认复核，是否有侵入TBM步进断面净空；始发洞断面是否有侵入TBM步进断面净空，步进导轨间距及标高复查。由工程师负责对：检查步进弧面：模拟TBM轮廓用盘条制作弧形模具2个，检查钢轨两侧及隧道底部混凝土是否进入TBM轮廓净空，发现问题及时凿除整改；检查预埋套管：按设计间距检查预埋套管的位置是否符合要求，检查预埋套管是否缺失或被堵塞，发现问题及时整改；检查步进架：检查步进机架的零部件是否齐全，提前准备好备用。（2）步进阶段轨线材料运输同TBM平底步进。（3）步进准备导轨润滑：步进前将TBM导向轨涂抹黄油，减小摩擦力，利于主机前行；撑靴靴板处理：在已施做二衬部位不需安装步进架依靠撑靴支撑于二衬边墙上提供作用反力推动主机前行，为防止靴板及防滑钉破坏二衬结构，在步进前需用胶皮将撑靴完全包裹；取下所有刀具，减轻机器自重。（4）TBM步进过程中总结的注意事项在步进通过衬砌段时，刀盘前面安排2人指挥设备走向，用对讲机与主司机及时取得联系，由于该段转弯半径较小，为防止设备碰触到衬砌结构，刀盘内外需加强联络，及时调向。按设计图纸计算所需轨线材料的数量，提前做好充分的准备，及时运输，防止因轨线材料不足而影响正常步进。在步进过程中，需加强对后配套部分的检查，防止因线路转弯半径小或调向过猛导致后配套跳道。准备充足的步进插销，为提供充足的反力，插销经常弯曲损坏，需经常更换。3、TBM弧底步进辅助措施TBM弧底步进适用于上下重叠过站（上部）过站，左右线分布于车站同侧，呈上下垂直分布。双线分布示意图详见图3-3-1。图3-3-1TBM弧底过站双线分布示意图过站中板厚度为70cm，TBM控制荷载为机头，重约400t，计算模型为线荷载667KN/m。TBM过站时采用上层TBM先行通过，下部钢支撑支到中板上，采用双拼32工字钢与中板紧贴，609钢管作为钢立柱，横、纵向工字钢联结。经计算，中板局部抗压，钢支撑体系抗压及稳定均满足要求，可以满足TBM过站安全性及工期要求。钢支撑效果图如图3-3-2所示，钢支撑细部图详见图3-3-3。TBMTBM图3-3-2TBM弧底过站下部钢支撑效果图图3-3-3TBM弧底过站下部钢支撑细部图4、监控量测要点确保TBM弧底过站安全关键是全过程监测中板挠度、钢支撑轴力、中板沉降、中板裂缝等情况，及时量测TBM所在位置前后动态监测数值，并与分析监测控制标准及警戒值比较，及时反馈指导施工。主要的监测内容参见表3-3-1。表3-3-1监测内容汇总表监测项目布置量测频率监测控制标准备注钢支撑轴力前1、3、5跨钢支撑均布设一组断面，后面每隔16m设一组应力监测点2次/h不大于1200KNTBM步进到相关断面前20m、后40m进行相关监测项目24小时监测，当监测数值达到控制标准的70%时，定为警戒值中板挠度每隔20m布设一个断面1次/h不大于4mm裂缝监测纵距20m一个断面，一个测点TBM过站机头、撑靴通过时连续监测不大于0.1m