土压平衡与TBM双模式盾构施工技术

土压平衡与TBM双模式盾构施工技术
摘要：随着国内对安全文明施工及掘进效率的要求逐渐提高，隧道掘进机的施
工应用也越来越广泛。

常规单一掘进模式，掘进机局限在各自优缺点的地层中。

TBM隧道掘进机是敞开式的，采用主机皮带机出渣，在突遇局部富水时容易发生
喷涌、喷砂等问题。

土压盾构是封闭的，采用螺旋输送机出渣，在全断面硬岩地
层中其掘进效率低。

因此，设计一款兼有两种优势适应不同地层的双模式盾构成
为必然的选择。

本文基于土压平衡与TBM双模式盾构施工技术展开论述。

关键词：土压平衡；TBM双模式；盾构施工技术
引言
地铁作为现代城市的代表作之一，地铁项目能够有效缓解城市地表交通压力，缓和城市人地矛盾问题。

但是与普通工程项目相比较，地铁施工难度要更大，复
杂程度要更高，需要投入大量物力、人力和资金。

地铁项目本身就是地下工程，
施工单位需要在地下环境作业。

而面对复杂地质条件，如果缺少合适、合理的施
工技术将会遇到很大的施工问题，尤其是质量问题和安全问题。

面对这样的背景
就需要用到盾构施工方法，提高施工安全性和质量。

1土压平衡盾构技术
第一步选择合适的模式。

土压式平衡盾构机总共有三种生产模式，分别是敞
开式模式、半敞开式模式、土压平衡模式。

在选择掘进模式的时候，应当结合地
层实际条件、表现的特征抉择。

一般来说，全断面岩层的掘进需要用敞开式模式。

要利用泡沫剂改良渣土。

软弱层复杂地层要应用土压平衡这种施工模式，依靠适
量膨润土、泡沫改良渣土。

这种模式的使用，不可以频繁的调节土仓压力。

只要
土仓压力比掌子面水压、土压大一些即可。

上软下硬类土层以及砂卵石土层的结
构要更加复杂，当然这两种类型的土层也可以使用土压平衡这种掘进模式。

这种
复杂类型的土层在掘进中，土仓压力控制比较难，施工人员必须认真且严肃的对
待每一个细节。

第二步明确掘进参数。

在使用土压平衡盾构机前，施工方需要根
据施工现场的地质条件以及隧道埋置深度确定掘进参数。

这里的参数包括刀盘转速、掘进速度、扭矩、推力、盾构姿态等等。

此外还要做好试验段监测工作，按
照试验段监测反馈的数据随时调整施工现场参数。

因为施工中用到是土压平衡模式，故要用到螺旋机旋转保障土层动态平衡。

施工中要合理控制螺旋机的压力和
转速，保障生产有序性。

2中心螺机土压平衡与TBM双模式盾构
主要组成：刀盘、溜渣槽、主驱动、人舱、盾体、管片拼装机、中心螺机、
螺旋输送机和中心回转接头等，其中中心螺机还设计有前置关节轴承和后部支撑，通过前置关节轴承设计与后部支撑构成稳定结构，保证双模盾构在硬岩段掘进过
程中可随主机进行摆动，避开螺机与主机姿态不协调而卡轴。

中心螺机土压平衡
与TBM双模式盾构通过改良TBM模式下的出渣方式，有效降低盾构在掘进过程
中突遇富水层的喷涌和喷砂问题，保证设备正常施工掘进中心螺机土压平衡与TBM双模式盾构在TBM模式下具有转换时间少、施工文明、施工风险小和故障
率低等优点。

3盾构机设备维保管理措施
（1）局部检测与大体检测。

局部检测和大体检测的目标是盾构设备的百余个点位，通过对部分或全部点位的严格检测，全面发现盾构设备隐患，并以正确的
手段消除隐患，维持设备运行的安全性和稳定性。

局部检测和大体检测在具体实
施时应遵循“人、点、时、标、项、法”等六个方面的原则[2]。

人：在施工人员中
挑选技术能力强的人，并进行专门的设备管理与维护培训；点：设备的检修应当
精确到点和最基础的结构；时：确定设备检测维修和保养的周期；标；根据设备
管理需求创建维保管理标准；项：将设备各部位的特征与施工过程相联系；法：
面向盾构设备的各项管理工作要遵循法律法规。

（2）监测。

为更为快速且精准
地掌握设备异常情况或合理预测设备在后续使用阶段可能出现的故障，必须加强
对设备的监测，从设备的实际运行情况出发，以技术参数为依据评定设备的运行
状况。

监测是辅助性途径，围绕设备参数（温度、流量、扭矩、压力、噪声等）
加以测定，及时发现难以凭经验和肉眼观察到的隐患，并根据监测到的异常情况
制定合理的应对措施。

监测的内容和要求应根据设备的性能、重要程度等因素进
行确定，为确保监测诊断结果的科学性，应根据各系统的实际情况对设备监测进
行分级管理，通常可分为三个级别：A级——关键设备；B级——重要设备；C级——一般设备。

针对组成盾构机的各子系统做好监测等级分类工作，以科学的检
测技术为指导落实相关监测工作。

4隧道盾构施工技术发展趋势展望
从当前地铁施工工作来看，盾构技术将直接影响到整个施工的质量，以及地
铁后期的运行问题，更是施工人员人身安全的重要保障，所以在盾构法的实际运
用中，需要相关专业人员的细致与不断学习，根据施工实际情况结合有效的方法
提升施工的水平，进而确保地铁工程建设质量可靠，
4.1优化开挖技术
为了提高地下盾构施工的效率，有必要完善开挖技术体系。

保证测量结果的
准确性，提高测量精度。

在隧道工程施工中，隧道始终处于连续开挖的施工状态。

通过采用人工检测、测量等方法不具备的技术优势的自动监测系统，可以对隧道
施工过程中的隧道结构变形进行动态了解。

在一些地质条件较差的地区，土压力
平衡将导致隧道结构发生变化。

通过改善和挖掘策略变化，在压力下保护工作面，以防止地面减少坍塌。

4.2对刀盘和刀具磨损进行有效控制
在进行地铁盾构施工的过程中，我们需要保证在沿途底层作业时刀具不出现
磨损的情况，以此推动施工的顺利进行。

对于控制刀具磨损的主要方法有以下几点：对于刀具的选择上，需要保证刀具具备较高的性能，也就是选择重型刀具；
其次要做好刀具的布置工作，并在一定程度上增加刀具的使用数量，进而提升作
业效率；接着需要注意刀具的比例控制，更好适应土地岩层等变化因素；最后需
要进行滚刀的改造，进而最大程度保障刀具的使用效果。

除此之外，还需要按照
相关的法律规定进行刀具的按时更换，保证刀具的磨损在合理范围之内。

4.3优化支护技术
在开挖的同时，第一个支架采用人工操作，采用复合涂层法，与喷射混凝土、钢弧形支架等结合部位，形成盾构支护结构，在此期间，初期支护应为柔性支护
体的支护，应考虑潜在的不确定隐患，其位移幅度必须在允许值内。

利用台车、
现浇混凝土和第一支架共同起到承载地下隧道永久荷载的盾构作用，其下方可在
保护层的保护下进行开挖和填盖，有效地保证了混凝土的密实度，提高支架的机
械化覆盖和可操作性。

结束语
土压平衡与TBM双模盾构在地铁轨道交通软硬交替地层中施工技术延伸到凝
灰熔岩地层的适用范围，为盾构在高硬度地层的应用提供了一个新的案例，为今
后类似工程提供参考。

中心螺机出渣对双模盾构TBM模式出渣进行了改良和优化，该设备已由福建、广州、深圳等地区逐渐向全国范围推广，解决了传统的盾构施
工所不能解决的诸多问题，对我国盾构施工建设起到促进作用。

参考文献
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[3]周显刚,陈新.大直径盾构施工多编组长距离轨道运输关键技术研究[J].四川
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[4]李玲,丁彦杰,于海亮.富水砂层条件下盾构穿越铁路及CFG桩群的施工技术[J].市政技术,2019,37(06):143-145+150.
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计,2019(20):155-156.。