阚京秋，杨智明

（中交天和机械设备制造有限公司，江苏 常熟 215500）

0 引言

城市化发展推动了交通工程的优化，与此同时，当前社会人口激增，交通需求也相对增加，地铁隧道工程已经成为城市化工程领域的重要组成部分。地铁隧道施工面临的主要问题是周边基础设施较多，对社会影响较大，因此，优化地铁施工方式已经成为地铁工程的研究重点。而TBM 工法凭借适应性强的应用优势，针对部分复杂的地铁隧道工程有着较好的应用效果。另外，通过分析该工法与其他种类施工方法的差异性，并解析不同类型TBM 设备的应用效率，是当前优化地铁隧道施工的首要任务。

1 地铁隧道施工工法比较分析

当前，我国针对地铁隧道的施工主要选取明挖法和暗挖法，其中，明挖法适用于埋藏较浅的地铁结构，且施工环境较为简单，没有复杂的基础设施和建筑物的影响，因此明挖法的施工效率较高且成本较低，其主要针对整体结构为混凝土矩形框架的地铁隧道。暗挖法则适用于地铁结构埋层较深的工程，其地面的基础设施和交通设施较多，大规模的施工会对周边环境造成影响，同时工程所面临的地形结构以及施工难度较大，暗挖法对于地面建筑的影响小，能够灵活应对不同的施工情况。本文着重讨论的TBM 工法便是暗挖法中的一种形式，因此，着重分析暗挖法系列下的不同工法，可进一步凸显TBM 施工法的应用优势和实际应用情况。

1.1 矿山施工法

矿山施工法的应用领域为：隧道结构埋层比较深，整个岩体具有自稳能力，同时隧道岩体性质较为坚硬。该施工方法已形成较为成熟的技术体系，能够灵活应对坚固岩层中的不同问题，且投资较少，可以在实际施工中随时改变施工方案。但是从该种工法的实际应用情况来看，工法本身有较高的风险，而且在市中心等建筑物较为密集的区域进行施工，对周围居民的干扰较大，同时也会影响基础设施的稳定性和工期。

1.2 盾构施工法

盾构施工法是当前地铁隧道暗挖技术中较为先进的施工方法之一。其具备较快的施工速度，施工产生的噪声污染较小，对于地面的振动幅度也不强，因此能够较大程度地减少地铁隧道施工对周边环境和居民生活的影响。该种施工方法具有较强的隐蔽性，大部分依靠机械化施工，劳动强度要求较低，适合在软弱地层进行隧道施工，对于岩石层则缺乏较好的施工效果。

1.3 TBM 施工法

TBM 施工方式主要依靠全断面隧道掘进机进行施工，能够有效应对岩层隧道施工环境中出现的相关问题。这种方式最早应用在我国的水利水电以及公路工程中，应用于地铁隧道施工还不常见。我国首次应用TBM 工法进行地铁隧道施工且取得较好成效的案例在重庆，工程的地下结构岩层符合TBM 工法的施工需求。

1）掘进速度较快 全断面隧道掘进机在工作过程中能够实现连续不间断的作业，在进行破岩作业的同时，能够形成出渣初期支护一体化的施工模式，因此，能够极大程度地提高施工效率。该种方式较上述常见的矿山施工方法速度快3倍左右。

2）施工质量有保障 利用该种方式掘进的隧道壁较为光滑，能够有效减少对岩层结构的损害，从而降低支护工程量，能够进一步控制施工成本。

3）安全性高 该施工技术对于整体岩层结构的干扰较小，能够保持岩层的稳定性，从而确保施工安全。利用该种方式施工不需要爆破，因此减少了对周围环境和居民的干扰。同时，该施工方式在更换刀具时是在刀盘内更换，操控室具有密闭性，这确保了作业的安全。

4）抗污染性强 其振动幅度较小，粉尘少，噪声小，可在居民休息期间进行施工。

但是，TBM 工法也有缺陷，全断面隧道掘进机难以应对复杂多变的岩层结构，如隧道施工中涵盖破碎带、涌水层、挤压带或者断层时，TBM 设备的适应性较低。而且，由于设备自身结构较为复杂，使用的相关零件和原材料需要极高的耐久性，因此，采购设备以及设备维护成本较高，投资少、工期短、工程量小的短隧道不宜采用该种方式。

2 TBM 施工法在地铁隧道施工中的适用性分析

为进一步解析TBM 施工法在地铁隧道施工过程中的主要成效以及适用性，本文选取青岛某地铁隧道工程作为实际案例进行对比分析。该工程隧道穿越的岩层结构为中等以及轻微风化的花岗岩层，部分工程地段的岩层为强风化岩，且整体工程中的岩层结构由煌斑岩、脉岩、碎裂岩、花岗岩等组成，工程隧道地下水的分布现状主要呈现为孔隙水和裂隙水2 种类型。

针对整体工程的地质环境和水文特征分析认为：工程主要穿越了花岗岩地层，因此盾构法以及常见的浅埋暗挖施工方法不具备应用价值。另外，由于工程周边的人口居住密集程度高，交通繁杂，且地面建筑物以及地下管线较多，因此矿山施工法也不运用。根据地铁施工工程的地质环境需求以及施工标准要求，综合施工技术、施工安全、施工环保性等多方面因素，认为该工程的地质结构和施工环境与原有的重庆某工程施工情况具有交互性，因此初步决定采用TBM 工法进行施工。

3 TBM 设备使用优势对比分析

TBM 工法是从宏观角度来定义的，从细节上还可分为多种类型。全断面隧道掘进机的主要类型分为敞开式、单护盾、双护盾3 种模式。这3 种类型的设备能够针对不同的施工环境进行针对性施工。

3.1 敞开式类型

敞开式类型是最原始的TBM 设备，其主要利用设备自带的支撑结构与洞壁之间形成的力点进行掘进作业。该种类型的设备适用于岩层质地较为坚固的工程。如果在工程中遇到破碎岩层时，可以利用自身携带的钻头以及灌注设备进行自主注浆，从而起到初期支护的作用。

3.2 单护盾类型

目前常见的单护盾全断面掘进机是在传统当护盾模式上进行改良的新型设备，主要依靠土压平衡盾构实现高效率的岩石挖掘，对软质岩层以及硬质岩层均有较好的掘进效率。在掘进过程中可以利用管片进行初期衬砌。

3.3 双护盾类型

当前使用的双护盾全断面掘进机已经增加了出砟系统，在螺旋器以及喷锚支护系统的合作下，可以在掘进过程中将废料运送出来，并且能够通过管片或者复合结构进行衬砌。经过改良后的双护盾类型TBM 掘进机具备了其他2 种形式的优点，对软硬地层均可进行高效率的施工。

3.4 TBM 工法施工效果对比

我国曾经利用双护盾类型的TBM 设备建设新疆、青海等地区的引水工程和铁路工程，并且取得了较好的施工成效。因此，利用该种设备进行青岛某地铁隧道工程施工具有可行性。

综合青岛某地铁隧道工程的实际施工情况以及施工难度进行了参数分析，结合上述3 种类型的TBM 掘进机进行数据对比，最终发现，敞开式的TBM 设备在先洞后站的施工作业中能够取得较大的优势，但是青岛某地铁隧道工程的前期规划为车站与隧道工程同时作业，因此敞开式的掘进机在组装和拆卸过程中对外界影响较大，且造价较高。因此，该类型设备的使用价值具有一定的局限性。

而经过改良后的单护盾类型的TBM 设备，虽然能够在施工过程中进行同步的管片衬砌，但是由于该种施工模式较为单一，一旦遇到微风化类型的花岗岩结构时，该种设备利用管片衬砌的效果较差，且会花费较多的施工费用。

而利用双护盾的改良型TBM 设备进行施工时，由于其具备敞开式施工模式以及土压平衡施工模式，可以针对不同风化类型的岩层进行掘进，也能够检测岩层自身的承重能力，利用模筑衬砌方式进行支护施工，而土压平衡模式则可以实现管片衬砌。因此，利用双护盾TBM 全断面隧道掘进机对于青岛某工程地铁隧道施工具有较大的应用价值。

4 结语

地铁隧道工程是我国城市化建设和交通工程建设的重点，而TBM 施工工法已经成为当前地铁隧道施工中最受欢迎的施工技术。本文通过对几种施工工法以及TBM 设备类型和应用成效进行分析后得出，3 种类型的TBM 掘进机适用于不同类型的地铁隧道工程，相关工程单位需要结合实际工程的岩层性质和水文条件选择适合的TBM 技术，才能充分发挥该项技术的价值，进一步提升地铁隧道工程的建设效率。