盾构施工分体始发工效分析与对策

盾构施工分体始发工效分析与对策

摘要：结合北京地铁八号线鼓什区间工程实例,对盾构的分体始发方案以及制约分体始发的原因进行了分析和探讨。针对在此工程中制约分体始发的原因，提出提高分体始发的对策。

关键词：盾构施工；分体始发；分析对策；

1 概述

目前盾构施工技术已经广泛的应用于城市地铁隧道、高压电缆隧道、地下引水涵洞等工程，随着共同沟等市政建设新概念的兴起，盾构施工在城市建设施工中所占的份额将越来越大。但是，盾构机在整体始发时所需的巨大始发井对于日益拥挤、寸土寸金的城市来说占地空间过于巨大，对于业主投资方来说，修建始发井所需的资金投入与投资浪费也是非常巨大，在这种情况下，分体始发成了解决这一问题的不二选择。对于施工单位来说，怎么解决分体始发带来的诸多不便，提高分体始发工效，就成为盾构施工组织中必须加强的一个环节。

2 工程概况

北京地铁八号线鼓楼大街站～什刹海站区间(以下简称鼓什区间)出明挖段后沿旧鼓楼大街南行，途中绕避鼓楼，于鼓楼西大街折向东南，沿地安门外大街南行到达什刹海站。本区间多为小半径施工，里程ZDK18+532.828～ZDK18+870.096计337m长度为半径400m的曲线、ZDK18+913.813～ZDK19+139.317计350m长度为半径350m的曲线，为小半径施工，同时始发段隧道线路纵断面是2‰的上坡段。

盾构始发井长度为44.2m，吊装孔结构尺寸为11.50m×7.50m，根据工期要求和场地限制，盾构机采用分体始发。

3 分体始发方案选择

3.1分体始发方案概况

分体始发是指在盾构机始发井空间不足的情况下，先将主机或部分台车放到始发井内，之后通过延长管线将井下主机与地面台车相连接，保证盾构机正常掘进的一种始发方式。目前在北京地铁、电力隧道、南水北调等工程施工中大量应用。根据现场条件的限制和以往施工经验，存在以下几种分体始发方案备选：

方案一：将主机与双梁下放至井内，台车全部放置于地面，采用卷扬机牵引小土斗出渣。

方案二：将部分台车下井，采用电瓶车牵引小土斗出渣。

方案三：只将主机、双梁部分下井，自制始发小台车，改造皮带机，采用电瓶车牵引大土斗出渣。

3.2 制约分体始发施工工效的原因

正常情况下的盾构施工根据现场条件配置一列或者两列电瓶车编组来实现水平运输，在盾构施工循环中水平运输（渣土、管片）基本上不占用时间，正常情况下盾构施工循环图如图一所示。而采用分体始发时，由于空间条件限制，施工循环中由于渣土斗容量的限制，每环渣土运输不能一次完成，水平运输次数明显增加，而且由于出渣中断、机内管片存放地限制，很多环节都受到很大影响，导致施工循环时间加长。分体始发施工循环图如图二所示。

图一正常施工流程图

图二分体始发流程图

1）多次出渣

从图中对比可以看出，由于渣土容量的减小，造成水平运输环节的重复循环。按照一般盾构施工经验，在始发阶段，每增加一个水平运输循环，盾构施工循环大概增加2-3分钟。采用的渣土斗容量越大，越能减少水平运输的时间，提高施工效率。

2）管片运输

采用分体始发时，受螺旋机出渣口限制，为方便出渣，电瓶车轨道一般都是铺设到螺旋机下面，这样就挤占了双梁下面原本用来存放待拼装管片的空间。掘进完成之后需要将电瓶车平板上的土斗换成管片再往隧道内运输。相比正常施工条件下管片拼装，每环时间约增加10分钟左右。

3）延长管线

分体始发延长管线数量巨大，以小松盾构机为例，如果采用管线最少的双梁与一号台车连接处断开，分体始发涉及液压、水汽等延长管路39条，动力、通讯电缆20根，合计长度7670m，如果从其他连接处断开，分体始发延长管线数量更会大幅增加。如此数量巨大的延长管线在随掘进前移的过程中，如果紧靠人力拉拽，耗费时间人力是巨大的。如果采用盾构机拖拽，又很容易造成管线的破损。根据以往实际施工测算，紧延长管线一项，每环增加耗时3-4小时。

3.3 方案分析对比

方案一：对井下施工场地要求较小，但是施工效率在三种方案中是最低的，适用于始发井长度短、施工工期宽松的情况。

方案二：对井下施工场地要求较高，施工效率也比较高，但是延长管线数量较方案一和方案三多，不但造成施工经济成本高，延长管线的拖拽延伸过程也会相应降低施工效率。

方案三：对井下施工场地要求一般，施工效率高，由于断开处属于管线连接最少的部位，经济成本较低。适用于始发井较长、工期要求紧的项目。

通过对三种分体始发方案的对比，方案三在经济成本、施工工效等方面明显占优，且施工效率的提高，将极大的提高盾构施工的联系性，有效降低始发风险，减小地表沉降。综上所述，在鼓什区间采用方案三作为本项目实际施工方案。

4 提高分体始发工效的对策

为提高分体始发施工效率，在鼓什区间施工中采取了如下措施：

1）改造盾构机皮带机，增加始发小台车

在盾构机双梁后端，增加如图所示的始发小台车作为双梁支撑，将皮带机驱动装置移放在始发小台车上。根据螺旋机出土口到皮带机驱动装置的距离，改造皮带机架，使双梁处从动轮通过改造后的皮带机架与驱动装置连接，实现在小台车部分大土斗出渣的意图。改造以后，可以实现18m³大土斗出渣，将每个掘进循环水平运输次数减少至2-3次。

2）设善延长管线延伸方式，增加延长管线悬挂支架

将盾构机10根主驱电机电缆和3根控制线为一组，水气管、泥浆泡沫管为一组，液压管为一组分段捆扎，每1m捆扎1段，在成型隧道管片的适当高度装工字钢，在型钢翼板上挂装滑轮，把延长管线挂在滑轮上面，利用盾构机拉力带动滑轮沿工字钢同步跟进。隧道两侧均可悬挂。在掘进过程中，施工人员应全程观察，避免接头拉开或出现管线挤压。实际施工使用如图所示。

延长管线悬挂支架图

3）加强现场通讯，理顺施工衔接

分体始发时，盾构机出渣口、管片拼装区域与盾构机操作室不在同一平面，