改良型护盾式TBM在城市轨道交通工程中的应用的研究.pdfVIP

2014 中国（青岛）城市轨道交通管理和技术创新研讨会 改良型护盾式TBM在城市轨道交通工程中的应用研究 林 刚 李德才 张建祥 摘要：为避免矿山法施工扰民、对环境影响大、施工安全性和经济性差等弊端，经前期 多轮专题研究，2 号线区间隧道在国内首次选择了改良型护盾式 TBM 工法，针对具体的 隧道线路地质特点，该改良型护盾式 TBM 设计了“敞开式”和“土压平衡式”两种掘进 模式，对应的隧道结构也分别采用了“预制仰拱块+喷锚+现浇钢筋混凝土衬砌”和“预 制钢筋混凝土管片衬砌”两种形式。以上成果直接为青岛市地铁 2号线一期工程服务。 0 前言 青岛地铁 2 号线（见图 1）为连接青岛与黄岛的一条骨干线，一期工程西起泰山路站，东至 李村公园站，全长 25.2km，共设车站 22 座，青岛地区基岩大部分为花岗岩、煌斑岩，具有强度 高、节理裂隙发育少、石英含量高等特点；线路设计时通过纵坡调整，综合考虑地铁车站埋深的 经济、合理性后，将区间隧道和车站轨行区基本调整到中、微风化带基岩中，困难地段隧道拱部 位于强风化带中。为避免矿山法施工扰民、对环境影响大、施工安全性和经济性等弊端，决定在 2 号线区间隧道工程中采用全断面隧道掘进机工法。 全断面隧道掘进机具有高效、高速、安全、环保等诸多优点，目前已广泛应用于城市地铁、城市 给排水、铁路、公路等重大工程建设项目中。我国将全断面隧道掘进机分为主要适合于岩质地层的TBM 和主要适合于土质地层和破碎岩质地层的盾构。根据地质特点，青岛地铁 2 号线区间所选用的全断面 隧道掘进机宜为硬岩 TBM，但部分断层破碎带地段又宜选用复合式盾构，因此，经前期多轮专题研 究，青岛地铁 2 号线区间隧道在国内首次选择了改良型护盾式 TBM 工法，针对具体的隧道线路地质 特点，该改良型护盾式 TBM 设计了“敞开式”和“土压平衡式”两种掘进模式，对应的隧道结构也 分别采用了“预制仰拱块+现浇钢筋混凝土衬砌”和“预制钢筋混凝土管片衬砌”两种形式。 图 1 青岛市地铁 2 号线概况 185 1 工程水文地质特点 青岛地铁 2 号线沿线通过地貌为剥蚀、剥蚀堆积、侵蚀堆积和滨海沼泽地貌，地表均为现代 建筑及道路。根据地勘资料，从上到下地层依次为人工堆积层 （Q4ml ）、全新统海相沉积层 （Q4m ）、 全新统冲洪积层（Q4al+pl ）、上更新统冲洪积层（Q3al+pl ）、燕山期花岗岩（γ53 ）、白垩系沉积岩 及喷出岩（K ）。中风化岩石单轴抗压强度为38.5M～85.6MPa，平均 60.48MPa，节理裂隙较发育， 石英含量 20%~40% ；微风化岩石单轴抗压强度为 51.5M~130.8MPa，平均 85.67MPa，节理裂隙基 本不发育，石英含量 20%~40% 。岩体具有一定的自稳能力；强、中风化岩石裂隙较发育，对岩石 的切割有利。全、强、中、微风化岩隧道围岩分级依次为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级,青岛地铁 2 号线泰山 路站—五四广场站地址纵断面见图 2 。 图2 青岛市地铁 2 号线泰山路站～五四广场站地质纵断面图 地下水按赋存介质及埋藏条件分为第四系孔隙水、风化裂隙水和构造裂隙水三类。第四系孔 隙水主要赋存于山间冲洪积成因的中粗砂中，以潜水为主，局部存在微承压水；风化裂隙水主要 赋存于基岩花岗岩强风化～中等风化带中；构造裂隙水主要赋存于断裂带两侧的构造影响带及细 晶岩、细粒花岗岩、煌斑岩等后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带中，具有一定的承压性。地下 水对混凝土结构具微腐蚀性～具弱腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性～具弱腐蚀性、 对钢结构具弱腐蚀性。 2 既有全断面隧道掘进机分析 为避免矿山法施工扰民、对环境影响大、施工安全性和经济性差等弊端，青岛地铁 2 号线区 间隧道工程决定采用全断面隧道掘进机工法。目前国内的全断面隧道掘进机有主要适合于岩质地 层的 TBM 和主要适合于土质地层和破碎岩质地层的盾构。根据青岛地区的地质特点，主要对复合 式土压平衡盾构、开敞式 TBM 和护盾式 TBM 进行了重点研究分析。 2