[摘 要]随着中国城市地铁建设的高速发展，盾构法施工在各大城市地铁施工中得到广泛应用。为了将盾构法施工的优点应用到更多的施工工程和更广的施工领域，中铁装备研发生产了复合式TBM并成功应用于重庆地铁6号线2期。本文主要探讨复合式TBM在施工过程中应注意的事项。
[关键词] 复合TBM；施工；注意事项；重庆地铁
复合式TBM是中铁隧道装备为城市地铁硬岩隧道施工而研发的一种隧道掘进机，将软土掘进机（盾构）与硬岩掘进机（TBM）的功能进行了综合。复合式TBM在实现软土掘进机与硬岩掘进机的各种优点的同时，会产生一些盾构与硬岩掘进机所没有的施工风险。本文主要探讨针对重庆地铁开发的复合式TBM施工的主要注意事项。
重庆轨道交通6号线南起重庆市南岸区茶园南站，经渝中区、江北区、北部新区至北碚区五路口站，全长65.46km。分为2期建设，其中一期工程为上新街站－礼嘉站，线路长23.68km，已于2008年10月招标结束，目前正在建设之中；二期工程线路长41.78km，本工程为二期的一部分。
隧道穿越地层主要为砂质泥岩和砂岩。砂质泥岩的石英含量54%～80%，抗压强度20～26MPa，属软岩-较软岩，岩体完整性系数0.63～0.68，岩体较完整。砂岩的石英含量54%～71%，天然抗压强度40～48MPa，属较硬岩，岩石完整系数0.63～0.72，岩体较完整。地下水主要存于不发育裂隙中，水量较少。
1 防止复合式TBM主机被卡
主机被卡主要有以下几个方面原因：①边刀磨损严重，隧道开挖面不够；②主机姿态异常，方向调整太快；③长时间停机，开挖空洞室收敛；④掘进机停机时，未有效地控制盾尾注浆，浆料将壳体包裹；⑤地层坍塌压住掘进机壳体。
在实际施工过程中，掘进机主机被卡大部分是以上几个原因累积的综合结果。复合式TBM在重庆轨道交通施工的过程中，与普通的盾构工程相比，掘进开挖面较硬，可压缩性差，与硬岩TBM相比，掘进机主机长度（主要指盾壳）长，所以上述几种原因造成卡盾的概率会更大。
1.1 边刀磨损
在施工过程中，首先要勤查边刀的磨损量，做到心中有数。掘进机司机要时刻关注推力的大小，根据TBM推力的大小判断隧道的开挖直径；因地层硬度的变化等导致难以准确判断时要及时开仓检查刀具。
1.2 主机姿态与俯角
重庆复合式TBM主机长a＝5 760mm，尾盾长b＝3 800mm，主机及尾盾直径取d＝6 240mm，铰接油缸基本长度l＝575mm，分布于Ф 5 780的圆上（图1)。掘进机在掘进过程中姿态可能出现以下极限情况：主机偏离隧道轴线，且以继续偏离或保持的趋势掘进，而盾尾在外力的作用下以与主机相反的前进趋势前进。以主机向下倾斜掘进为例，从几何角度分析此时的掘进机主机姿态及允许的俯角。
1.2.1 主机相对尾盾的偏转角度
不考虑铰接油缸、主机、尾盾构成的连杆机构的运动，利用CAD软件作图得出：①铰接油缸行程差为140mm时，主机相对尾盾偏转角为θ=1.38°；②铰接油缸行程差为60mm时，主机相对尾盾偏转角为θ=0.59°。
1.2.2 尾盾相对隧道轴线的最大偏转角度
复合式TBM开挖直径大于尾盾直径，即尾盾在径向有一定的运动空间，并考虑尾盾密封刷和突台对尾盾的约束且尾盾间隙良好时，则有下述2种状况。
1)刀具未磨损，开挖直径为6 280mm时，尾盾径向运动空间B＝(6 280-6 240)/2＝20mm，则尾盾相对隧道轴线偏转角度α=arcsin(B/b)＝arcsin(20/3 800)＝0.3°。
2）刀具磨损量为10mm及开挖直径6 260mm时，由于刀具磨损10mm，此时B＝10mm，则α＝0.15°。
1.2.3 主机相对隧道轴线的偏移角度
考虑尾盾相对于隧道轴线的偏转，得出复合式TBM主机相对于隧道轴线的偏转角度，即掘进允许俯角经整理为
β＝1 000sin(θ-α)，则
开挖直径为6 280mm，铰接行程差为140mm时，β=18.8mm/m；
开挖直径为6 280mm，铰接行程差为60mm时，β=5.1mm/m；
开挖直径为6 260mm，铰接行程差为140mm时，β=21.5mm/m；
开挖直径为6 260mm，铰接行程差为60mm时，β=7.7mm/m。
1.3 停机时间
在收敛比较大的地层，特别是在边滚刀磨损量快达到换刀极限时，尽量不要长时间停机，尽可能将边滚刀与正滚刀的更换里程错开，这样会在最短时间内换完边滚刀恢复掘进，降低地层收敛导致主机被卡的风险。
1.4 注浆
掘进中途停机时，准备停机的前1环，要严格控制注浆材料的配比与注浆压力，如地层允许可以在停机前1环停止注浆，恢复掘进后补注砂浆,防止注浆料将主机壳体包裹。
2 防止复合式TBM刀具异常损坏
掘进机在硬岩地层施工中，刀具的异常损坏是影响施工成本与施工进度的一个重要的因素。重庆复合式TBM在重庆地铁施工中，刀具面临更差的工况，是施工控制的重点。刀具的正压力过载与震动是造成刀具损坏的两个重要原因。
1）复合式TBM刀具所承载的正压力与主机的摩擦力、土仓的水土气压反作用力和TBM拖力反作力等一些不定量的作用力共同构成了TBM的推力。因复合式TBM主机长，主机摩擦力变化大，造成司机容易因各项作用力判断失误而造成刀具过载。主司机一定要科学地判断作用于TBM刀具上的正压力，如推力大无法准确判断时应立即停机检查。
2）设备产生震动的大小与两个方面有关系，一是震源，二是消减震动的能力。重庆复合式TBM因为在硬岩中施工，所以采用较小的贯入度和较高的刀盘转速，因而产生了较大的震动。TBM与开挖的洞室没有相对的作用力（油缸将主机支在洞壁，能减震)，而复合式TBM自由停放在开挖洞室，无吸震、减震的功能，所以在重庆复合式TBM施工过程中，要经常检查刀具及刀具螺栓，发现有松动时要及时紧固，刀具换完掘进1环左右时，要对刀具的螺栓进行复紧，主机上的其它螺栓、阀等也要经常检查，防止因震动造成设备故障停机。
3 碴土改良和掘进模式
重庆地铁施工采用的复合式TBM为了能实现土压平衡的功能，采用了螺旋输送机出碴，碴土顺利地输出土仓是顺利施工的一个关键。
1）据地质情况及时调整掘进模式，尽可能地用气压模式掘进。气压式模式掘进时，土仓碴土可处于半仓状态，减少刀具的二次磨损和降低刀盘的搅拌力矩及驱动扭矩；由于气体对传感器压力作用比较均衡，传感器反映的土仓压力比较准确，有利于掘进沉降的控制；由于气体的可压缩性大，当出土过快或过慢时气体的压缩和膨胀可容让或弥补土仓碴土容积的变化保持土仓压力的恒定，有利于掘进沉降的控制。
2）改良碴土，使其具有较高的流动。对于螺机出碴形式，最能适应的土层就是含有足够细颗粒的地层，并且含有25%～30%的水分。当地层中没有足够的细颗粒含量时，例如砂卵石地层、硬岩地层等应采取辅助的处理措施，如注射泡沫、聚合物或非常高浓度的泥浆帮助解决细颗粒问题。以便螺机有效地排碴。
目前共有9台复合式TBM应用于重庆地铁，采用气压模式掘进，碴土改良效果好的复合式TBM已掘进2 000多米，刀具磨损小，更换里程大，螺机磨损正常。部分采用敞开式掘进的、碴土改良不好的复合式TBM，刀具磨损严重，更换里程小，螺机磨损严重，如1台在掘进完900多环（约1 400m）时螺机已被磨穿。
3 小 结
由中铁装备有限公司开发的复合式TBM有9台成功应用于重庆地铁6号线，在前期的施工过程中，发生了卡盾、因掘进参数控制不当选成的刀具异常损坏、碴土改良不到位和掘进模式选择不正确造成的螺机加速损坏等现象。在以后同类地层用复合式TBM施工过程中，要根据地质情况及时调整掘进模式，尽可能地用气压模式掘进，要定期的检查盾构刀具及设备，加强碴土改良效果，发挥螺机的最大出碴效率，保证复合式TBM长久、高效的施工生产。
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