浅谈盾构分体始发技术

浅谈盾构分体始发技术

摘要：北京市地铁十号线二期（公-西）盾构工程始发井长度仅为12米，要实现盾构顺利始发必须采用分体始发的方式。介绍几种分体始发方案的对比及采取的最终方案。

关键词：中铁盾构机；分体始；方案对比

工程概况

北京市轨道交通十号线二期公主坟-西钓鱼台盾构工程双线总长约4.4KM，包括两个始发井，2个联络通道，1个中间风井，8个洞门等附属工程。根据业主提供的施工场地，无法实现整体始发，本工程的盾构始发井位于公主坟新兴桥东北和西北两个场地，本文主要针对西北场地盾构始发，西北盾构始发井长12m，宽8.4m，盾构在始发井始发后，由南向西北方向掘进，至西钓鱼台吊出。

工程使用中国中铁隧道装备制造有限公司生产的两台土压盾构机，开挖直径为￠6280mm，盾构机及后配套设备总长76m,有6节拖车。

盾构机始发模式分为两种：一种为整体始发，当盾构始发在车站或者大的盾构井内时将盾构主机及后配套拖车一起吊入始发端，练成整体一起始发掘进，另一种为分体始发，当盾构始发不在车站或者始发井小时，将盾构主机及部分拖车吊入到始发端，另一部分拖车安装在地面上，在盾构隧道达到足够的的长度后能使所有后配套拖车吊入到始发端，再按整体始发的模式进行二次始发。由于本工程业主提供的始发井长度只有12m，受始发空间限制（如图1），盾构机无法实现整体始发，需要根据盾构机机械构造情况及结合施工场地条件寻求最佳的分体始发方案。

图1分体始发盾构井示意图

分体始发方案的对比

根据现场始发井条件限制及渣土运输的考虑，提出以下3种方案。

方案一

主机下井后，设备桥，1-6#拖车根据场地条件依次放在井上，始发阶段由于只有主机在始发井内，由于空间限制只能采用小渣斗进行出渣，待盾构掘进5环后采用18方大渣斗进行出渣，管线依次延长，直至掘进到51环时后配套拖车全部下井，实现正常掘进。该方案可进行分体式始发，但是由于无法实现皮带

输送渣土且掘进过程中管线需要依次延长耽误较多时间。

方案二

主机下井后，设备桥，1-6#拖车根据场地条件依次放在井上，负环管片采用半环拼装，以便垂直运输及材料机具的吊运，采用小渣斗出渣，待盾构掘进5环后采用18方大渣斗进行出渣，以提高效率；待掘进至15环后，设备桥与1#拖车下井，每掘进10环后下井一节拖车，直到6#拖车下井完毕，完成本次分体始发。此方案虽可实现但连接延长管线及每节拖车下井增加很大工作量，成本较高。

方案三

主机下井后，设备桥，1-6#拖车根据场地条件依次放在井上，负环管片采用半环拼装，以便垂直运输及材料机具的吊运，采用小渣斗出渣，待盾构掘进5环后采用18方大渣斗进行出渣，以提高效率；待掘进至15环后，设备桥与1#拖车下井，为了保证出渣连续，2、3、4、6#拖车依次向井口前移，但是要保证井口到2#拖车间的距离能通过出渣车，移动后的拖车（如图2）连接管线，同时把5#拖车连接到1#拖车上并硫化皮带实现连续出渣，待掘进至51环时，吊出5#拖车，依次2-6#拖车下井并连接管线，实现正常掘进。综合考虑以上三种方案，第三种方案最适合本工程条件下的分体始发，既能实现连续掘进，也可实现出渣的连续性。

图2掘进15环后拖车布置图

分体始发的实施

根据盾构分体始发的特点，采取了如下措施及方法：

盾构后续拖车的排列以及管线的布置，托车间与拖车间及拖车与主机间管线一次性连接完毕，并在井口每5米做一排辊轮做滑动支架，待掘进时管线可以实现滑动并降低了拉断管线的风险。

临时运输系统

拼装负环管片时，用5T卷扬机做牵引，使用管片车运输管片和实现小渣斗出渣，负环管片拼装时采用半环拼装以便于有空间下管片及材料。

由于盾构井内有小导洞，高度满足45T电瓶机车进出，因此掘进1-15环时可采用机车牵引，使用管片车运输管片，采用大渣斗进行出渣。

在-3环时采用整环拼装管片并采用加装顶管的方式加固在反力架上，既保证垂直运输出渣及下管片的需要也保证了安全掘进。

根据以前在砂卵石地层的施工经验，找出最优掘进参数，根据地址勘察资料及部勘的地址报告，确定了分体始发阶段的掘进参数如下：

掘进推力：8000-12000KN.M

刀盘转速：0.8r/min

刀盘扭矩：2500-3500KN.M

上部土压：0.6-1.0bar

泡沫剂：25-35L/环

出渣量：45m3/环以内

每环注浆量：5方

此段出渣采用小渣斗出渣每斗约5m3，每环约出渣9斗，操作人员需谨慎控制出渣量。加泥量根据前10环总结量添适当加。

分体始发时盾构掘进技术要点

在盾尾安装第一环临时管为-10环，安装在反力架并用管片螺栓固定，继续推进安装-9环管片，采用半环拼装，为防止盾构机前移不利于负环管片的拼装必须焊接挡块限制。

盾构机推进-8和-7环时，采用半环拼装，每次掘进结束后都要焊接挡块。

掘进到-5环时，刀盘接触掌子面并开始切削土体，当土仓内达到半仓时关闭仓门建立土压0.8-1.0bar进行掘进并用螺旋机出渣。

当盾构掘进至-3环时采用整环拼装，盾构机盾尾部尾刷进行洞门密封环位置，此时停机开始盾尾注浆同时在掘进方向两侧各安装二根￠325mm的顶管到反力架上以保证掘进的安全。

盾尾完全进入、洞门回填注浆完成以后，采用土压平衡模式掘进，土压根据实际情况逐步建立土压（0.5bar-1.0bar 上部传感器土压）盾构始发掘进应控制推力和转速，尽量减小扰动，保证桥基附近的安全。在建立土压过程中要注意对洞门密封、始发台反力架变形、反力架支撑变形、碴土状态等情况进行认真观察，发现异常，应适当调整土压力、减小推力、控制推进速度。

掘进到15环位置时停机断开延长管线，设备桥与1#及5#拖车下井，并在5#拖车上安装皮带机驱动装置并硫化皮带，连接管线后继续掘进。