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摘要：本文结合厄瓜多尔CCS项目和西藏派墨项目现场管片拼装选型情况，简要介绍双护盾TBM管片拼装选型过程中遇到的一些问题、采取的应对措施，以及作者在实际选型过程中总结的一些经验。
关键词：双护盾TBM；管片拼装；选型；
双护盾TBM施工过程中最理想的状态是隧洞设计轴线与TBM掘进开挖轴线、管片轴线三线重合。管片拼装选型的目的是在保证管片质量的前提下尽量与隧洞设计轴线重合。
厄瓜多尔CCS项目和西藏派墨项目的双护盾TBM均采用左（L）环和右（R）环管片进行拼装，通过调整G块的位置进行控制管片轴线符合设计线路，同时保证管片的成型质量，满足验收和使用的目的。管片的最大楔形量是根据设计轴线最小转弯半径的大小进行设计并预留有一定的富余量，保证在特殊情况下的管片调整。两个工程所用的管片均为双面等腰楔形，楔形量均为40mm，管片宽度为1800mm。可以通过相关公式计算出每个位置的楔形量的大小，从而调整管片拼装点位进行控制管片超前量，进行拟合隧洞设计轴线。
管片选型的基本思路是根据设计线路和TBM姿态，确定成型管片与设计理论线路的相对情况，选择下一环管片的拼装点位，同时兼顾管片与尾护盾的最小间隙。
1双护盾TBM管片拼装需要选型的原因
管片拼装选型不合理会导致管片出现错台、管片破裂和管片安装器吸盘旋转角度不足、止浆刷损坏过快、辅助推进油缸辅助设施损坏、管片拼装困难等现象的发生。
1.1管片错台、破裂、掉块
双护盾TBM管片拼装选型不合理会导致管片与尾护盾发生摩擦和碰撞，且管片轴线与开挖洞轴线存在夹角，导致管片在换步过程中尾护盾给管片提供一个侧向力致使管片出现错台，辅助推进油缸与管片轴线之间存在夹角导致管片斜向受力，引起掉块现象；管片和辅助推进油缸接触位置受力不均匀导致管片出现裂纹。
1.2TBM的故障率提升
双护盾TBM管片拼装选型不合理会导致辅助推进油缸行程测量油缸与辅助推进油缸之间存在夹角，造成测量油缸及其附件的损坏故障率增加；管片与尾护盾间隙不均匀，间隙小的一侧止浆刷的压缩量增加、磨损加剧。
1.3现在设备选型存在的问题
现双护盾TBM管片选型软件基本是基于人工测量的上下左右四个方向的间隙进行调整，且无论何时均为下一环管片选择的是趋于尾护盾的中心位置，其他因素只作为参考，选型比较单一。
2影响管片选型的因素
双护盾TBM在管片拼装选型过程中，实际会影响选型的因素有以下几个方面：
2.1TBM前护盾趋势
TBM前盾趋势是TBM与设计轴线的偏差，是通过隧洞导向系统测量（VMT）测量和计算所得。TBM前盾趋势包括两个方面，一个是当前趋势，另一个为TBM操作手的期望趋势。
前护盾当前趋势为操作手的期望趋势和围岩分布情况共同作用的结果。TBM掘进沿线地质情况一般不是很详细，只有大概的围岩分区分块属性和断层的大概情况，导致TBM在施工过程中操作手对前方围岩的实际情况认识不够清晰，基本依靠操作手的经验判断围岩的软硬分布情况，部分区域会遇到一侧围岩过硬，一侧围岩偏软，掘进过程中操作手尽力调整，但效果不是很明显导致开挖轴线偏离设计理论轴线位置。
TBM在双护盾模式下是依靠撑靴油缸系统撑紧洞壁为主推进油缸提供反力向前掘进，同时进行管片拼装，主推进油缸分布在主机伸缩护盾壳体内部四周，掘进过程中通过调节不同方位的主推进油缸的油压可以控制油缸的伸长速度，进而控制TBM的掘进方向和掘进速度。
主推进油缸一般分为A、B、C、D四个组（如图1），通过分别调整各组的油压大小和油缸的伸长速度，使TBM按照操作手的期望趋势进行掘进。在围岩基本稳定一致的情况下，前护盾的趋势基本比较稳定的靠近轴线并逐步减小趋势值，直至前护盾回归设计轴线；
图2 辅助推进油缸分组示意图
2.4管片拼装要求
管片错缝拼接可以提高隧洞承受纵向力和管片成圆度，非特殊情况下均采用错缝拼装的方式安装。隧洞管片正常情况下均为左（L）→右（R）→左（L）…的方式进行安装，左环标准位置为L01（如图3），即G块纵向螺栓孔与辅助推进油缸1#油缸位置对齐，图中“-40”代表右侧管片宽度比左侧管片宽度宽40mm，“0”代表下部管片宽度比上部管片宽度宽0mm；右环标准位置为R18（如图4），即G块纵向螺栓孔与辅助推进油缸18#油缸位置对齐；故左环共计19个拼装点位，右环共计19个拼装点位。根据上一环的拼装点位情况和VMT提供的通缝存在的数量表（如图5）进行对比选择下一环的拼装点位。
图5 管片拼装选型通缝数量表
通常情况下为保证运输标准化，提高施工效率，减少人为出错可能性，管片装车顺序为D→C→E→B→F→A→G的固定顺序，拼装顺序同装车顺序一致，为保证拼装安全可控一般选用G块在腰线以上位置。
3管片拼装选型的建议
TBM在直线段进行掘进过程中经常会出现在设计理论轴线附近进行蛇形掘进，这种情况下，在保证管片质量的前提下尽可能的采用标准点位拼装。
TBM在弧形段进行掘进前根据理论轴线先进行计算拟合出理论的管片拼装选型统筹安排，再根据实际掘进情况进行微调。
管片拼装选型首先判断测量的最小间隙是否小于10mm，假如小于10mm时把最小间隙列为首要影响因素，其他因素作为参考，并根据最小间隙方向和最短辅助推进油缸行程调整前护盾和撑靴护盾姿态，保证管片拼装质量；最小间隙大于10mm时，根据前护盾掘进趋势、撑靴护盾趋势、主推油缸行程、辅助推进油缸行程情况拟合掘进轴线。
一般情况下，管片与尾护盾间隙最小方位的辅助推进油缸的行程也是最大的方位，此种情况为TBM前护盾和撑靴护盾的姿态无异常，仅管片轴线与TBM撑靴护盾轴线存在夹角，按照常规选型即可同时满足增大调整尾护盾间隙和减小辅助推进油缸行程差的目的。同时可以预测3～4环管片的拼装点位情况，待掘进趋势发生变化后进行调整。
特殊情况下，管片与尾护盾间隙最小方位的辅助推进油缸的行程同时也是最小的方位，此种情况下管片轴线与撑靴护盾趋势存在夹角，且管片轴线与撑靴护盾轴线存在偏差导致。此种情况下在保证设备安全和拼装质量的前提下，首先考虑调整管片轴线回归至掘进轴线后再来调整辅助推进油缸的行程。在TBM换步过程中，可以刻意调整辅助推进油缸的行程以满足后续管片拼装质量，即先把一部分行程差放在主推油缸位置，待管片轴线趋于撑靴护盾趋势和轴线后，逐步把主推油缸行程差通过换步转移至辅助推进油缸再次进行调整。
刀盘开挖位置到管片拼装位置距离约11m，根据掘进趋势变化情况，在管片拼装至此变化位置时，提前调整管片拼装点位使得管片轴线也具有同掘进趋势相同的趋势，减小后续管片调整幅度和拼装难度。管片合理拼装点位组合的最小转弯半径远远小于TBM的最小转弯半径，尽可能避免选择调整幅度很大的点位。因为管片螺栓布置位置和螺栓孔间隙的问题，调整幅度过大会导致管片连接螺栓安装困难或无法安装连接螺栓的情况发生，同时增加了轨道安装的困难程度，不利于后期轨道维护和小火车运行安全。
作者简介：张 晶（1987-），男，陕西咸阳人，助理工程师，本科，从事TBM施工技术与管理工作。
论文作者:张晶
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/9/30
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