大断面燕尾段隧道盾构长距离空推始发技术

大断面燕尾段隧道盾构长距离空推始发技术杜万强(中铁十五局集团有限公司 河南洛阳 471013) 摘 要 大断面燕尾段隧道盾构机空推始发、 洞内始发反力系统的设计、 安装及盾构机的精确定位难度高。

结合广深港客运专线深港隧道皇 岗公园工作井第一台直径 9.6m 盾构机空推始发施工情况，介绍了大断面燕尾段隧道盾构机吊装、空推以及始发技术，并进行了总结，为同 类工程提供参考。

关键词 大断面 燕尾段隧道 盾构始发 盾构空推 中图分类号 U25 文献标识码 B 文章编号1 工程概况广深港客运专线深港隧道北接福田站，经深圳市会展中心沿益田路过福田保税区后下穿深圳河进入香港。

隧道通 过场地为深圳市中心区，地表高楼林立，道路密布，路上及路下布有众多供气、供水、供电、排水、通讯等管线。

深港隧道皇岗公园工作井设计为三台盾构机提供始发掘进条件，一台直径 13.23m 盾构机往小里程方向掘进、2 台 直径 9.96m 盾构往大里程掘进。

其中由单孔双线隧道向双孔单线隧道过渡矿山法隧道 374m（大断面燕尾段隧道） ，然 后采用两台直径 9.6m 盾构机继续施工双孔单线的 3346m 盾构法隧道。

大断面燕尾段隧道最大跨度 25.3m，高 18.5m、 开挖断面 372m ,线间距由 4.6m 渐变到始发端的 11.46m。

2深圳福田 香港米埔深港分界里程 盾构起始里程深圳段香港段盾构左线隧道 皇岗竖井 变线间距矿山法隧道 盾构右线隧道盾构终点里程米埔竖井图 1.1 深港隧道 9.6m 盾构法隧道工程范围示意图2 盾构空推始发工艺流程盾构机从皇岗公园工作井吊入隧道进行洞内组装， 分主机和后配套空推 374m 到始发端就位， 并整体联接。

盾构空 推始发工艺流程见图 2.1。

后洞后配套行走基座混凝土浇筑 及轨道安装 后配套系统空推与主机连接 1～5#后配套下井组装 推至后洞内竖井内始发托架安装洞 门 密 封 系 统 安 装盾构机空载调试盾构主机下井组装负环管片安装盾构机空推至始发端墙 建立泥水平衡负载调试盾构机下台阶 盾构主机完全通过洞门密封后进 行同步注浆 盾构机平移定位安装反力架系统盾构始发试掘进2.1 盾构空推始发流程框图3 主要操作要点3.1 后配套行走基座混凝土浇筑及轨道安装 盾构机总长 113m。

为便于盾构机洞内组装，后配套台车行走基座采用矿山法隧道仰拱填充 C25 混凝土，在后配套 行走位置预埋螺栓，通过压板固定行走钢轨与基座连结成整体。

螺栓长 650mm，丝长 100mm，间距 500mm。

500500500500图 3.1 后配套台车行走轨道布置示意图3600行走轨道23.2 竖井内始发托架 3.2.1 始发托架形式 始发托架均采用钢结构形式， 主要承受后配套、 盾构机的重力和始发时的摩擦力。

由于盾构机主机重达 877 吨 （含 刀盘） ，所以始发托架必须具有足够的刚度、强度。

3.2.2 托架的安装 考虑盾构机顺利空推，需将始发托架临时轨道底标高调整至与矿山法隧道的坡度一致，即与竖井结构井壁呈 41′ 15″夹角， 该坡度和夹角通过底部托架的立杆长度来调整。

考虑到盾体自重和吊装的冲击作用下始发托架变形等因素， 盾构中心比设计隧道轴线高 30 ㎜。

图 3.2 竖井内盾构机及始发托架示意图 3.3 盾构机吊装 盾构机下井吊装采用 360T 龙门吊和 260T 履带吊配合作业，先吊装后配套，再进行盾体及刀盘下井吊装作业。

后 配套台车及盾构机、 刀盘下井顺序： 5 号台车——4 号台车——3 号台车——2 号台车——1 号台车——连接桥——盾 体——拼装机——刀盘。

后配套吊装下井后用卷扬机依次将台车拉至后洞再进行连接。

连接桥与盾体暂不连接。

3.4 盾构机空推 盾构机组装完成后，即进行空推作业。

整机空推分为两部分，主机空推和后配套空推，在主机空推至距离始发端 墙 23m 位置时要下台阶，再将盾构机推进始发位置。

最后将后配套推进至盾尾与主机进行连接。

3.4.1 盾构机空推至台阶处 主机空推采用两支行程 1m 的液压油缸顶推移动托架，沿临时铺设的轨道滑移的方式对主机进行推进作业，详见 图 3.3，推进速度约为 8m/h，顶推油缸靠螺栓连接固定在临时轨道上。

临时轨道左右侧均为 4 节 8m 长的箱型梁，采 用螺栓连接，左右轨道中心间距 4700mm，每节轨道重约 2t，采用小叉车进行循环拼接利用，在顶推过程中轨道梁靠 膨胀螺栓及压板进行固定，轨道梁之间采用型钢进行加固。

3夹具横向千斤顶滑靴平移梁截面类型为A的隧道区间平移方向隧道中线吊装口图 3.3 盾体主机前移示意图 3.4.2 盾构机下台阶 由于矿山法隧道底板存在一高差为 54cm 的台阶，盾构机采用以下步骤下台阶。

1) 在台阶下等间距布置型钢，高度与矿山法隧道地板高度一致，并保证相同的坡度。

2) 将盾构机推至型钢上。

3) 采用 4 个行程 1m 的液压油缸，将盾构机顶升，将型钢依次抽出，完成盾构机下台阶。

3.4.3 盾构机横移 在盾构机下台阶同时，把轨道调整为横向，将盾体和托架放下，然后用油缸顶推至始发位置，并对始发托架进行 固定。

4II盾体在隧道始发段 就位的纵向中心线 盾体 始发架 滑靴 横向千斤顶 夹具 平移梁平移方向隧道中线盾体在隧道始发段 就位的横向中心线II图 3.4 盾体主机横移示意图 隧道 中 后配套设备在反力架安装完成后， 用两台卷扬机将后配套 5 线 节台车和连接桥整体沿设计轨线牵引至盾尾与主机进盾体 始发架 行连接。

结合后配套结构形式， 在其空推段需将各台车轮架加长， 其中 5#、 4#、 3#及 2#台车后部轮架均需加长 1355mm， 横向千斤顶 2#前部及 1#台车均需加长 1865mm，加长支腿采用与轮架原设计相同规格材料及连接方式进行处理，并在各加长连接 夹具 平移梁 部位进行加固， 最后在后配套台车进入负环时进行加长支腿拆除。

若盾体在空推中发生偏移， 则采用千斤顶进行微调。

平移方向滑靴3.4.4 相关计算 1) 横向千斤顶推移力核算II II视图在推移的整个过程中，隧道地面存在的坡度很小，可忽略不计。

根据滑靴与平移梁之间的接触面类型，查相关表 格得两者之间的动摩擦系数为 0.03，静摩擦系数为 0.05。

整个平移过程中，横向千斤顶的数量为 4 台，其推移能力 为 35t/台，则总推移力为F推 =35×4=140（t）横向千斤顶刚启动的瞬间，滑靴与平移梁之间的静摩擦力为f 静 =900×0.05=45（t）平移的过程中，滑靴与平移梁之间的动摩擦力为f 动 =900×0.03=27（t）则， F推  f 静 ， F推  f 动 所以，横向千斤顶的推移力满足盾体的平移施工要求。

2) 千斤顶负荷率 顶升采用 8 台 200t 千斤顶，千斤顶承载总重为 900t。

η =900/(8×200) =56%（安全） 3.5 始发反力系统 盾构机始发反力系统由钢结构反力架、钢筋混凝土反力墙以及Φ 400mm 钢管撑组成。

3.5.1 反力架结构及安装5(1) 反力架的设计依据盾构机始发掘进反力支承需要，按照盾构机掘进反向力通过千斤顶支承在隧道管片，隧道 管片又支承在反力架的工作原理进行设计，设计外形尺寸不得与盾构机各部件及隧道洞口空间相干扰，同时要求结构 合理，强度、刚度满足使用要求，加工运输安装方便。

反力架需要为盾构机始发提供 5000t 的反力，因此反力架要具 有足够的刚度和强度，结合以往施工经验及盾构始发端隧道结构等，该反力架为异型反力架，由钢结构在洞内拼装组 成。

扩大段衬砌 左线中心线 异型反力架 右线中心线反力架立面图图 3.5 反力架结构示意图 (2) 预埋件的安装。

由于 9.6m 盾构在矿山法隧道内始发，为了便于反力架安装和拆除，在矿山法隧道施工二衬 前，先预埋用于反力架安装、拆卸的吊耳。

反力架分解成若干组件，采用运输车运送到始发端，再用葫芦挂在预先埋 在二衬内的吊耳上，吊装反力架进行组装，其中所用的吊耳采用Φ 32 的钢筋。

拆装反力架吊点拆装反力架吊点图 3.6 反力架及支撑预埋件布置图图 3.7 首环负环与反力架钢环的关系图(3) 反力架安装。

安装反力架时，先用全站仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成竖直面与水平面垂直。

该段 处于 1.2%的纵坡，即反力架竖直受力面与盾构机推进轴线的垂直面呈 41′15″的夹角。

管片中心与反力架钢环中心 重合，负环中心所形成的轴线与线路纵坡一致，保持 1.2%。

即反力架钢环竖直面与首环负环（-6 环）管片背千斤顶 面在底部与反力架钢环接触面呈 41′15″的夹角。

为了保证盾构机始发姿态，安装首环负环与反力架和始发台时，6反力架左右偏差控制在±10mm 之内， 高程偏差控制在±5mm 之内， 上下偏差控制在±10mm 之内。

始发台水平轴线的 垂 直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平偏差＜±3‰。

3.5.2 钢管砼反力墙 1) 反力墙支撑 由于隧道高 18.5m，若采用钢管斜撑，无法保证反力架在盾构始发时的稳定，保证不了盾构始发的推力，为了确 保安全，在反力架后面施工一堵厚 2m 的钢筋混凝土反力墙（如图 3.8） ，用于作为反力架支撑的承力墙，反力架和承 力墙之间采用 30cm 的 H 型钢做为连接。

后浇承力墙反力架支撑反力架盾构机盾构隧道图 3.8 反力架支撑示意图2) 反力墙受力验算 (1)基本参数 盾构始发推力：50000kN 作用在反力架上的单位长度分布力为：50000÷(π ×9.6)=1658kN/m (2)钢筋混凝土环梁 ①计算模型 采用 shell 单元； 约束条件：环梁与隧道二衬交界位置采用固结。

环梁厚度：2m。

7图 3.9 计算模型 ②计算结果 1）环梁变形图图 3.10 混凝土环梁变形图（沿推力方向，mm） 最大变形量为 6mm。

2）弯矩图8图 3.11 混凝土环梁弯矩图 M11（kN.m）图 3.12 混凝土环梁弯矩图 M22（kN.m） 3.6 盾构机及后配套空载调试 盾构机组装完毕后即可进行空载调试。

空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。

主要调试内容为：配电 系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统、注浆系统、管片拼装机、整圆器以及各种仪表的校正。

另外，还要进行测量系统及环流系统调试，环流系统调试包括地面沙堡泥水处理系统、和环流系统联机调试。

3.7 洞门密封装置的安装 为了防止盾构始发掘进时泥浆、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后，管片外径与刀盘开挖 轮廓之间同步注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置。