意大利正在雄心勃勃从事于发展综合高速铁路计划。本文作者西班牙承包商NECSO ENTRECANALES COBIERTAS SA 的MINGUEZ，意大利承包商GHELLA SpA的ANTONIO GREGORI，意大利咨询商GEODATA SpA 的VITTRIO GUGLIEMETTI描述：

      意大利米兰到那不勒斯重要连线中间的城市BOLOGNA郊区地下的两台直径9.4m 土压平衡盾构机需要细致管理。

      “NODO DI BOLOGNA”（波窿尼亚结点）5号路段是米兰～那不勒斯高速铁路的地下连接，双管单轨隧道长6112m，合同造价2.42亿美元。由两台TBM从南部SAN RAFFILO推进，穿越BOLOGNA到达位于城北的新建中央车站（6号路段）（参见图1）。走线伴随着现有地面BOLOGNA 到弗罗伦萨铁路。

      两条隧道内径8.3m，相隔5.6m, 一般是粒状地层，覆盖层厚薄从7m～20m不等。城市定势和地面铁路线对建设造成挑战。双隧道紧密度明显地影响了TBM的运转和性能。

      BOLOGNA地层有软性海相粘土和砂（上新世粘土和更新世砂）,位于0+960链尺（公里）和7+072之间地下水位以下的区段；以及砾石和砂（较高百分比的粘土和粉土）冲积层（SAVENA河）在地下水位以上或之下（在链尺公里2+150和7+072之间）都遇到；根据预期的隧道走线，地层主要分成9个“均质”区，但是地层条件比原来认为的更为异质。因为这种条件会在短距离内快速改变，就此证明，这就是土压平衡盾构机成功操作的关键。

      承包商SAN RUFFILLO合资根据两家各自领先的地下工程公司选择了两台LOVAT土压平衡盾构机（表1）。2003年7月和11月从隧道南洞口，沿着走线北部推进开始。但是不幸，2004年10月，当第一台盾构已经前进了2090m，而第2台盾构掘进1480m时，因为地层复杂性和合同约束导致工作停顿。

图例说明：-原文第21页

图1  “NODO DI BOLOGNA ”走线表明双管隧道从SAN RUFFILLO进入中央车站。

RING ROAD=环路

CENTRAL STATION=中央车站

 

大刀盘直径	9402mm
前部盾构直径	9.377m
盾尾直径	9.364m
盾构长度	10.7m
顶进油缸	36个
顶进行程	2250mm
顶推面积	730cm2
最大操作压力	350巴
最大贯穿率	100mm/min
最大总推力	100，000kN
大刀盘最大扭矩	20，000Kn/m
压力传感器数目	8个
盾尾空隙压浆管线	6个
泡沫管线	8个

 

 

在洞口 装配其中一台EPB TBM

图2 长期停车时注射膨润土进入空档的效果

      随着不同合同的争论，通过 “技术协商委员会”、由各方组成的委员会解决争论之后， 隧道掘进工作2005年5月22日再度开始。该委员会主席PIERRE GENTON，包含双方选出的GIANNI ARRIGONI和IGOR LETO组成的委员。

      当施工恢复时，一项严格监控系统建立，由负责TBM挖掘作业控制的咨询商总协调。建立一个“TAVOLA TECHNICO”（罗浮特盾构技术）小组，接受和审查TBM日常报告和周报，其中运转条件、记录的参数和任何重大事件都有总结。承包商、工程师和咨询商的周会审视了每周业绩，完成控制步骤。

当隧道300m掘进工作完成时，TBM主要参数和岩土测定经过了后分析来决定所使用的数值的适当性，并推荐下一个300m推进的数值。报告被称为“TBM推进计划”（或者 ‘PAT’来自葡萄牙文“PLANI DE AVANçO DA TUNELADORA”）， GEODATA确定为了建设PORTO地铁而为每一台TBM准备的。

TBM需要经常紧密控制的最重要的参数是：

● 工作面支持

● 出土‘显性密度’

● 输出排土重量

● 盾尾压浆的体积和压力

      使用现有岩土工程数据和其他设计数据，挖掘面支持的参考压力可以确定，并在上、下限警戒值之间规定一个操作范围，也确定一个报警值，决不可以超越它。如果测量值等于报警值，TBM操作人员必须停下盾构工作，并向监理员汇报（表2）

      TBM操作人员保持着工作面实际压力、盾构推进速度和螺旋输送机转动速度。在长时间（维护）或短时间（拼装衬砌环）停机时膨润土添加入空档或挖土舱。土压指示立即对反复注射作出反应，而这些定时注射是根据维持工作面压力在规定数值之上而采取的（图2）。

      工作面压力对控制掘进产生的总沉降是至关重要的。图3a表明停机前后，TBM 1经过所造成的沉降，那时要对它采取严格控制，可以立即看到的就是沉降明显减小。但是仔细审查，表明发生在工作面前面的沉降也影响所经受过的总沉降。因此，全程必须要受控。图3a表明由于TBM 2经过（停车以后）的额外沉降不可避免地比TBM 1沉降要大一些，并且因此需要较大的工作面压力（表2）。图4表示测得的土体流失（从地面沉降推导）和位于监控段下面的TBM工作面所施加的平均压力之间关系曲线，也就是说，该曲线图表示发生在工作面前方的沉降部分的工作面压力效应。

      因为安全原因界定了参比的支撑压力，并在位于TBM舱壁以内最高的传感器所测得的。在本例中这些盾构处于隧道顶部下面1.5m，因此最高传感器总是测得最小读数。使用了“显性密度”的概念（这是GEODATA公司^[1]开发的），便可以估算空挡有多大，通过测量不同高度工作面压力并除以它们之间不同高度差，就可以计算排土“显性密度”，得出的参数是可以连续检测的。空挡内任何气相物积聚可以通过垂直压力梯度，而且也可以由一种“显性密度”小于平均数来标定，隔舱壁上部阀门可以泄放气相物。

      输出的排土重量是监控工作面稳定性和控制沉降的重要参数，因此两个称量器和一个体积扫描器安装在每台TBM上。从排土重量可以测定输出排土的体积，这永远应该等于所挖掘的土层。

      拿一个称量器的数据用来参比（第2个备用），可以用实时比较理论挖掘体积（每次前进速度挖掘直径的横截面乘上土方现场密度的乘积，< 图5>），同样的实行扫描测量控制。盾构操作人员那时应采取控制螺旋输送机转速（与排土输出量成比例），而且假如有必要，控制TBM前进速度（与总的挖掘量成比例），核实工作面压力保持在警戒值范围内。

 

      为了保证衬砌确实的性能和控制隧道中孔沉降，必须对中孔压浆。

      需要足够的注射压浆压力，借以确保盾尾空隙填满。盾尾理论数值计算简便，虽然最恰当的注射压力更为主观，但取决于工作面压力、地层特性、灌浆混合物设计和性能监控。初步地建立了防范值，等于高于隧道顶部测得的工作面压力1巴，相继的校核使得该数值降低到0.5巴。

      沿着隧道走线，每50m段设置一系列横向监测，每段包括8个等距相隔的地表沉降标记。此外，沿着铁路护堤，每隔25m设置地表沉降中间标记。地表沉降的后分析证明是最可靠了解TBM掘进地层性能的方法（图4），以及TBM紧接的干扰效应。跟在第2台TBM经过以后所测得的沉降是受到与第一条隧道的近距离的影响，测得的沉降真实的改善可以实现对停机后TBM更为严格控制。可是，随着这些更为严格的控制，TBM 2还是不可能取得像TBM1那样的沉降，这是由于第一条隧道建成以后地层应力的变化（图3b）。

      紧密检查TBM性能，揭示了由于冲积地层非均匀性造成的特异点，导致砾石不规则挖掘和超挖掘，产生较大的土体流失。工作面存在有细颗粒和更为凝聚性地层，造成短时期稳定和沉降减少。此外，存在有凝聚性较差的土囊，如果在隧道顶部或者在工作面较下部，会造成不同后果。为了这些原因，当评价合适的TBM运转参数，要选择下行线（最坏情况）参数才可确保工作面压力受到严格管理，并且连续调整盾尾压浆压力和体积。

      两条隧道纵向经过跨越两节铁路护堤的砖砌水槽。两个邻近墩柱的不同沉降要采取严格控制。因此，结合TBM挖掘采用补偿灌浆，确保沉降要求。TREVI SpA和KELLER FONDAZIONI Srl 合资联合体。他们从地面通过定向钻掘，安装了阵列双栓塞灌浆装置，并在桥墩基脚下面和隧道顶部（位于它们之下6～9m）建造了“半刚性灌浆垫”，等待TBM到来。通过仔细控制灌浆体积和压力，可以控制桥墩沉降。灌浆通过双栓塞灌浆装置适用的阀门注射，进行严格控制TBM工作面压力。

      连续监测和观察大桥动静，TBM参数表明有必要把大桥桥墩提高1～2mm（当TBM 经过时，采用补偿灌浆）。此外，由于测得第一条隧道对第二条的干扰，有必要增加TBM2的工作面压力0.3巴，并且降低它的操作范围。

      结合严厉控制TBM运转参数，使用补偿灌浆，精美地控制灵敏性构筑物的沉降，不同沉降确实保持在规定设计限值2.7mm以下。

      按照TBM运转参数，所取得的结果和观察到的粒状地层沉降是令人满意的。2005年9月的统计数字（表3），从本项目迄今得到的最佳统计数字表明--能够改良和增强了未来的性能。

      两条紧密相隔的、浅覆盖层多半是非凝聚性和高度可变的软土，大直径城市隧道建设成功可以说是一桩重要成就，归功于所有参加这个项目的人们。

      致谢--为他们提供撰写本文而做出的帮助，作者向GIANLUCA GULINO和DARREN PAGE致谢。

 

参考论文：-本刊2003年12月期 第15页《PORTO的经验—EPB盾构紧跟而来》

作者：-F GAJ， V GUGLIELMETTI， P GRASSO ， G GIACOMIN

叶飞译自《国际隧道与隧道工程》2005年第11期