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。
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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。
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图 3.1 后配套台车行走轨道布置示意图
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行走轨道
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3.2 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。
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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。
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II
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
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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
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