意大利NODO DI BOLOGNA土壓平衡盾構沉降控制與管理 意大利正在雄心勃勃從事于發展綜合高速鐵路計劃。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，意大利咨詢商GEODATA SpA 的VITTRIO GUGLIEMETTI描述： 意大利米蘭到那不勒斯重要連線中間的城市BOLOGNA郊區地下的兩臺直徑9.4m 土壓平衡盾構機需要細致管理。 “NODO DI BOLOGNA”（波窿尼亞結點）5號路段是米蘭～那不勒斯高速鐵路的地下連接，雙管單軌隧道長6112m，合同造價2.42億美元。由兩臺TBM從南部SAN RAFFILO推進，穿越BOLOGNA到達位于城北的新建中央車站（6號路段）（參見圖1）。走線伴隨著現有地面BOLOGNA 到弗羅倫薩鐵路。 兩條隧道內徑8.3m，相隔5.6m, 一般是粒狀地層，覆蓋層厚薄從7m～20m不等。城市定勢和地面鐵路線對建設造成挑戰。雙隧道緊密度明顯地影響了TBM的運轉和性能。 BOLOGNA地層有軟性海相粘土和砂（上新世粘土和更新世砂）,位于0+960鏈尺（公里）和7+072之間地下水位以下的區段；以及礫石和砂（較高百分比的粘土和粉土）沖積層（SAVENA河）在地下水位以上或之下（在鏈尺公里2+150和7+072之間）都遇到；根據預期的隧道走線，地層主要分成9個“均質”區，但是地層條件比原來認為的更為異質。因為這種條件會在短距離內快速改變，就此證明，這就是土壓平衡盾構機成功操作的關鍵。初期階段 承包商SAN RUFFILLO合資根據兩家各自領先的地下工程公司選擇了兩臺LOVAT土壓平衡盾構機（表1）。2003年7月和11月從隧道南洞口，沿著走線北部推進開始。但是不幸，2004年10月，當第一臺盾構已經前進了2090m，而第2臺盾構掘進1480m時，因為地層復雜性和合同約束導致工作停頓。圖例說明：-原文第21頁圖1 “NODO DI BOLOGNA ”走線表明雙管隧道從SAN RUFFILLO進入中央車站。RING ROAD=環路CENTRAL STATION=中央車站表1 LOVAT 土壓平衡盾構機主要性能

大刀盤直徑	9402mm
前部盾構直徑	9.377m
盾尾直徑	9.364m
盾構長度	10.7m
頂進油缸	36個
頂進行程	2250mm
頂推面積	730cm2
最大操作壓力	350巴
最大貫穿率	100mm/min
最大總推力	100，000kN
大刀盤最大扭矩	20，000Kn/m
壓力傳感器數目	8個
盾尾空隙壓漿管線	6個
泡沫管線	8個

表2 控制位于地下水位以上地層內TBM挖掘面壓力的警戒值和報警值

	警戒值（巴）		報警值
	下限值	上限值	下限值	上限值
TBM1	1.2	1.6	1.0	1.8
TBM2	1.4	1.9	1.2	2.1

在洞口 裝配其中一臺EPB TBM圖2 長期停車時注射膨潤土進入空檔的效果 隨著不同合同的爭論，通過 “技術協商委員會”、由各方組成的委員會解決爭論之后， 隧道掘進工作2005年5月22日再度開始。該委員會主席PIERRE GENTON，包含雙方選出的GIANNI ARRIGONI和IGOR LETO組成的委員。 當施工恢復時，一項嚴格監控系統建立，由負責TBM挖掘作業控制的咨詢商總協調。建立一個“TAVOLA TECHNICO”（羅浮特盾構技術）小組，接受和審查TBM日常報告和周報，其中運轉條件、記錄的參數和任何重大事件都有總結。承包商、工程師和咨詢商的周會審視了每周業績，完成控制步驟。當隧道300m掘進工作完成時，TBM主要參數和巖土測定經過了后分析來決定所使用的數值的適當性，并推薦下一個300m推進的數值。報告被稱為“TBM推進計劃”（或者 ‘PAT’來自葡萄牙文“PLANI DE AVAN?O DA TUNELADORA”）， GEODATA確定為了建設PORTO地鐵而為每一臺TBM準備的。參數TBM需要經常緊密控制的最重要的參數是：● 工作面支持● 出土‘顯性密度’● 輸出排土重量● 盾尾壓漿的體積和壓力 使用現有巖土工程數據和其他設計數據，挖掘面支持的參考壓力可以確定，并在上、下限警戒值之間規定一個操作范圍，也確定一個報警值，決不可以超越它。如果測量值等于報警值，TBM操作人員必須停下盾構工作，并向監理員匯報（表2） TBM操作人員保持著工作面實際壓力、盾構推進速度和螺旋輸送機轉動速度。在長時間（維護）或短時間（拼裝襯砌環）停機時膨潤土添加入空檔或挖土艙。土壓指示立即對反復注射作出反應，而這些定時注射是根據維持工作面壓力在規定數值之上而采取的（圖2）。 工作面壓力對控制掘進產生的總沉降是至關重要的。圖3a表明停機前后，TBM 1經過所造成的沉降，那時要對它采取嚴格控制，可以立即看到的就是沉降明顯減小。但是仔細審查，表明發生在工作面前面的沉降也影響所經受過的總沉降。因此，全程必須要受控。圖3a表明由于TBM 2經過（停車以后）的額外沉降不可避免地比TBM 1沉降要大一些，并且因此需要較大的工作面壓力（表2）。圖4表示測得的土體流失（從地面沉降推導）和位于監控段下面的TBM工作面所施加的平均壓力之間關系曲線，也就是說，該曲線圖表示發生在工作面前方的沉降部分的工作面壓力效應。 因為安全原因界定了參比的支撐壓力，并在位于TBM艙壁以內最高的傳感器所測得的。在本例中這些盾構處于隧道頂部下面1.5m，因此最高傳感器總是測得最小讀數。使用了“顯性密度”的概念（這是GEODATA公司[1]開發的），便可以估算空擋有多大，通過測量不同高度工作面壓力并除以它們之間不同高度差，就可以計算排土“顯性密度”，得出的參數是可以連續檢測的。空擋內任何氣相物積聚可以通過垂直壓力梯度，而且也可以由一種“顯性密度”小于平均數來標定，隔艙壁上部閥門可以泄放氣相物。 輸出的排土重量是監控工作面穩定性和控制沉降的重要參數，因此兩個稱量器和一個體積掃描器安裝在每臺TBM上。從排土重量可以測定輸出排土的體積，這永遠應該等于所挖掘的土層。 拿一個稱量器的數據用來參比（第2個備用），可以用實時比較理論挖掘體積（每次前進速度挖掘直徑的橫截面乘上土方現場密度的乘積，< 圖5>），同樣的實行掃描測量控制。盾構操作人員那時應采取控制螺旋輸送機轉速（與排土輸出量成比例），而且假如有必要，控制TBM前進速度（與總的挖掘量成比例），核實工作面壓力保持在警戒值范圍內。 為了保證襯砌確實的性能和控制隧道中孔沉降，必須對中孔壓漿。 需要足夠的注射壓漿壓力，借以確保盾尾空隙填滿。盾尾理論數值計算簡便，雖然最恰當的注射壓力更為主觀，但取決于工作面壓力、地層特性、灌漿混合物設計和性能監控。初步地建立了防范值，等于高于隧道頂部測得的工作面壓力1巴，相繼的校核使得該數值降低到0.5巴。巖土監測 沿著隧道走線，每50m段設置一系列橫向監測，每段包括8個等距相隔的地表沉降標記。此外，沿著鐵路護堤，每隔25m設置地表沉降中間標記。地表沉降的后分析證明是最可靠了解TBM掘進地層性能的方法（圖4），以及TBM緊接的干擾效應。跟在第2臺TBM經過以后所測得的沉降是受到與第一條隧道的近距離的影響，測得的沉降真實的改善可以實現對停機后TBM更為嚴格控制。可是，隨著這些更為嚴格的控制，TBM 2還是不可能取得像TBM1那樣的沉降，這是由于第一條隧道建成以后地層應力的變化（圖3b）。 緊密檢查TBM性能，揭示了由于沖積地層非均勻性造成的特異點，導致礫石不規則挖掘和超挖掘，產生較大的土體流失。工作面存在有細顆粒和更為凝聚性地層，造成短時期穩定和沉降減少。此外，存在有凝聚性較差的土囊，如果在隧道頂部或者在工作面較下部，會造成不同后果。為了這些原因，當評價合適的TBM運轉參數，要選擇下行線（最壞情況）參數才可確保工作面壓力受到嚴格管理，并且連續調整盾尾壓漿壓力和體積。通過EMILIA 大橋 兩條隧道縱向經過跨越兩節鐵路護堤的磚砌水槽。兩個鄰近墩柱的不同沉降要采取嚴格控制。因此，結合TBM挖掘采用補償灌漿，確保沉降要求。TREVI SpA和KELLER FONDAZIONI Srl 合資聯合體。他們從地面通過定向鉆掘，安裝了陣列雙栓塞灌漿裝置，并在橋墩基腳下面和隧道頂部（位于它們之下6～9m）建造了“半剛性灌漿墊”，等待TBM到來。通過仔細控制灌漿體積和壓力，可以控制橋墩沉降。灌漿通過雙栓塞灌漿裝置適用的閥門注射，進行嚴格控制TBM工作面壓力。 連續監測和觀察大橋動靜，TBM參數表明有必要把大橋橋墩提高1～2mm（當TBM 經過時，采用補償灌漿）。此外，由于測得第一條隧道對第二條的干擾，有必要增加TBM2的工作面壓力0.3巴，并且降低它的操作范圍。 結合嚴厲控制TBM運轉參數，使用補償灌漿，精美地控制靈敏性構筑物的沉降，不同沉降確實保持在規定設計限值2.7mm以下。當前情況 按照TBM運轉參數，所取得的結果和觀察到的粒狀地層沉降是令人滿意的。2005年9月的統計數字（表3），從本項目迄今得到的最佳統計數字表明--能夠改良和增強了未來的性能。 兩條緊密相隔的、淺覆蓋層多半是非凝聚性和高度可變的軟土，大直徑城市隧道建設成功可以說是一樁重要成就，歸功于所有參加這個項目的人們。 致謝--為他們提供撰寫本文而做出的幫助，作者向GIANLUCA GULINO和DARREN PAGE致謝。參考論文：-本刊2003年12月期 第15頁《PORTO的經驗—EPB盾構緊跟而來》作者：-F GAJ， V GUGLIELMETTI， P GRASSO ， G GIACOMIN 葉飛譯自《國際隧道與隧道工程》2005年第11期