盾构分体始发施工技术

作者：尹林杰

来源：《城市建设理论研究》2014年第18期

        摘要：结合盾构隧道施工分体始发技术在广佛线二期四标澜魁区间施工中的应用，介绍海瑞克盾构分体始发技术的组成、关键工序、关键技术，以及常见的问题和预防措施。

        关键词：盾构分体始发始发井二次始发台车 管路

        中图分类号： TU74 文献标识码： A

        一、前言

        结合城市地铁施工的特点，盾构始发场地越来越受到各个环境因素的，无法进行正常始发。为了解决该始发条件中的盾构施工，盾构机将采用分体始发。

        本文结合始发的实际经历，谈谈盾构分体始发技术的一些体会和心得。

        二、盾构分体始发的工作内容及工艺流程

        盾构机始发时，常规的方法是将盾构机和后续台车全部下井连接后，开始掘进，掘进所产生的渣土则利用台车尾部的空间进行垂直运输。特殊情况下，受始发井空间，盾构机无法在井下整体始发,需根据盾构机机械构造拟采用分体式始发,在始发之前，需要对盾构机及始发井做部分的改造。首先将盾构刀盘盾体、盾构机的桥架及1号台车先下井，地面放置盾构机2-5号台车，等掘进一定长度后，在进行后续台车的二次下井，进入正常盾构施工。

        三、盾构始发的主要施工技术

        1、盾构机改造

        盾构机分体始发必须对盾构机原设备进行必要的改造和增减部分设备，盾构机的改造直接影响到盾构机的始发安全、效率和功能，盾构机改造应根据以下原则进行：

        (1) 最大限度利用盾构机原有设备，减少对原有设备的改造和取消不必要的设备 ；

        (2) 满足始发竖井的空间和材料垂直运输通道的要求 ；

        (3)有利于盾构机的下井安装及始发阶段掘进完成后其余台车的下井；

        (4)能够快速完成始发阶段掘进 ；

        (5)尽量利用现有龙门吊作为垂直运输设备,必要时采用50t汽车吊进行出土。

        2、分体始发方案

        （1）分体始发盾构机组装

        以广佛线二期四标澜魁区间盾构分体始发为例，其始发井可提供的长度为43米，如下图所示：

        首先将盾体下井组装空推至后方隧道内，铺设轨道后连接桥架、1#台车下井， 1#台车推至始发井方型隧道内，将连接桥架与盾体连接，桥架与1#台车分开，采用延长(30m)的管线连接； 2#~5#台车放于始发井地面上，采用延长（60m）管线连接1#和2#台车。

        图3-11#台车与2#台车采用高压软管连接

        （2）分体始发

        1)第一阶段（0～12m）

        盾构机组装、管线连接完成后，盾构机开始向洞门方向推进，拼装8环负环后（12m），刀盘进入洞门掌子面；1#台车与连接桥架之间的连接管线沿管片延伸，1#台车不前进。

        2）第二阶段（12～18m）

        盾构推进18米后，盾构机进入隧道5.78m，拼装管片共4环，洞门0环管片安装完成，将1#台车与连接桥架连接，在此阶段由于开始掘进时不满足从皮带出土条件，采用小渣斗放置于管片车上，在螺旋出土口进行出土，用电瓶车进行牵引。0环拼装完成后，同时改造出土系统，将皮带输送机安装在1#台车尾部出土。

        3）第三阶段（18～76m）

        此阶段掘进分两步：1、18～31m采用小渣斗出土；2、31～76m掘进采用一节大渣斗出土。掘进至76m时将地面的2～5#台车调入隧道组装形成正常掘进。

        （2）管线配置长度

        根据始发井结构尺寸及盾构机长度，延长管线配置长度为：4+20+13+（75.6-30.8）=81.8m，考虑富裕系数，配置管线90m，分60m、30m两种长度。 

        3、增加的设备

        根据以上可知 ，所增加的连接管线长度、设备见表 3-2。

        表3-2 增加管线长度表

        从上表可知，增加设备不多就可满足盾构机分体始发的需要。所增加的管线考虑到竖井的深度、始发阶段掘进距离、台车在井下的摆放方式，以及机械方面的性能要求，增加单条管的长度约90米。

        4、分体始发步骤

        盾构机分体始发阶段，掘进施工具体步骤如下：

        （1）. 將盾构机主机下井组装，组装完成后，用2个100吨的液压千斤顶空推至圆形隧道内（8.3m），铺设轨道，将连接桥与1号台车下井，连接桥架与盾体连接， 1号台车下井置于始发井北侧，然后连接1号台车与连接桥架的管线，2~5号台车放置于左线地面上利用延长管线与盾构机1#台车连接,初始掘进采用螺旋口出土方式。

        （2）.组装前先放两环负环管片在始发井里面，作为掘进前2环的管片拼装。

        （3）. 盾构机始发阶段，由于始发井净空有限，先进行前8环负环管片安装，盾构机刀盘进入洞门内掌子面，桥架尾部的出土口露出可出土的空间后，用45T龙门吊进行出渣口的竖直运输。

        （4）. 待盾构掘进76米后，将2-5号台车下井组装，盾构进入正常掘进模式。不同阶段运输轨道布设和列车编组方式详见表3-3。

        表3-3不同阶段运输轨道布设和列车编组方式

        （5）. 渣土吊运及管片等材料下井吊装均通过出土口进行。

        （6）. 盾构机掘进76m后，将2-5台车下井组装，连接后配套拖车，进行永久连接，重新连接水、电、油等管路，使盾构机形成正常的掘进状态。

        （7）. 盾构机掘进105m后，铺设岔道，拆除反力架和负环管片（负环管片只保留一块标准块）。

        5、需要改装的主要项目

        ⑴ 管线的加长：需要加长2＃台车与1＃台车之间管路和电气线路的管线，由表3-1可知，左右线始发需要增加管线长度L相等，L＝90米；

        需要加长1#台车与盾体之间的管路和电气线路，由盾构井结构尺寸可知，左右线始发需要增加的管线长度L1相等，L1=30米。

        ⑵ 出土系统的改造：等盾构机从圆形隧道与吊入井交界处进入18米后，井口尺寸满足出土要求以后，将5＃台车尾部出土系统连带皮带机架，整体转移到1号台车尾部。

        6、其它注意事项

        考虑到竖井尺寸较短，桥架下井时应与水平呈50度角，才能安全达到下井目的；桥架与1＃台车下井前预先下好2环负环管片，其余负环通过连接桥架右侧吊入。

        1. 初期掘进前，对前方地层的地质情况充分了解，不能一概而论，要根据土质情况选择恰当的模式。

        2. 确定土压平衡状态下密封仓内的土压力，且密封仓被充满后，开启螺旋输送机出土，以控制排土速度，来保证密封仓内的土压力和开挖面土压力相平衡。

        3.最初的100环管片安装保持良好的真圆度，保证盾构始发位置的准确。如最初的真圆度保持不好，则往后误差会越来越大，不但造成后续施工越来越困难，也会对管片本身产生破坏。因此最初的管片安装必须做到以下几点：⑴ 按顺序及操作规范施工；⑵ 拼装管片后及时进行同步注浆；⑶ 加强管片真圆度的测量。测量办法有两种:①丈量弦长、间距控制法；②通过测量盾尾间隙，如各个方向的间隙基本一致，则可说明管片的真圆度较好。

        4. 盾构机始发时应缓慢推进。始发阶段由于设备处于磨合阶段，注意推力、扭距的控制，同时注意各部分油脂的有效使用。掘进总推力控制在反力架承受能力以下（600t），同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发架提供的扭矩。

        5. 弧形导台导轨必须顺直，严格控制标高，间距及中心轴线，基准环的端面与线路中线垂直，盾构机安装后对盾构机的姿态复测，复测无误后才开始掘进。

        四、始发风险分析及应急对策

        1、始发后盾构机“磕头”

        始发推进过程中，在盾构刀盘到达掌子面及脱离加固区时，容易出现盾构机“磕头”现象，根据地质条件的不同，有可能出现超限的情况。

        对策：采用抬高盾构机的始发姿态、适当抬高弧形导台以及快速通过的办法尽量避免“磕头”或减小“磕头”的影响。

        2、支撑系统失稳

        反力架、负环管片等支撑系统，在某些情况下由于盾构机推进的瞬时推力或扭距较大而产生失稳，这样导致整个始发工作失败。

        对策：对于支撑系统失稳只能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强检测，如发现问题，及时加固处理。

        五、结束语

        盾构机的分体始发成功由始发条件和始发过程中的每一个环节的合理处理所决定的。结合始发井具体实际尺寸，洞门处的地质勘察、建筑物和管线调查所定。同时对盾构分体始发中所用的各个管路接头务必标示清楚，且各接口必须保持干净，空载调试前对各个管路的接口进行逐个检查，确保无误后再进行调试，施工的每一个环节全面、细心的控制，以确保各种处理措施达到预期的效果。

        参考文献：

        （1）竺维彬，鞠世健，史海鸥 广州地铁三号线盾构隧道工程施工技术研究：暨南大学出版社，2007（2）广州市地下铁道总公司建设事业总部，盾构工程技术及管理培训。

        （3）康宝生、陈馈，李荣止，南京地铁盾构始发与到达施工技术[J].建筑机械化，2004，（2）：25-29