有限空间下大直径土压平衡盾构多次分体始发技术浅谈

有限空间下大直径土压平衡盾构多次分体始发技术浅谈

发表时间：2018-06-28T11:18:11.333Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：徐东海[导读] 盾构始发掘进作为盾构施工生产的第一步，如何确保盾构机安全顺利、精准地始发盾构对盾构区间的掘进施工至关重要。

中铁六局集团有限公司交通工程分公司北京 100070

摘要：随着经济的发展，在城市建设中大直径盾构施工得到越来越多的应用，盾构始发掘进是盾构掘进施工的第一步，如何确保盾构机安全顺利、精准地始发盾构对盾构区间的掘进施工至关重要。一般情况下盾构机采用整体始发方案，包括盾构机吊装下井、拼装，盾构机调试，盾构机始发三个大步骤，这样既能节省人力、物力、财力，又能节约工期，但在城市环境内始发场地往往受到限制，盾构无法整体完成始发作业，若在盾构分体始发过程中采用盾构机完全进洞后再开始负环管片拆除完成盾构机剩余部分组装，会大大制约管片吊装以及运输效率，且在组装过程加大盾构二次组装施工难度从而提高施工成本，这就需要将负环管片上半部分拆除后进行盾构机的多次组装，完成盾构始发施工。

本文结合太原铁路枢纽西南环线盾构项目φ12.14m大直径土压平衡盾构机始发案例，介绍了一种安全、高效的大直径盾构多次分体始发技术。

关键词：场地受限；大直径土压平衡盾构机；多次分体始发

0 前言

盾构始发掘进作为盾构施工生产的第一步，如何确保盾构机安全顺利、精准地始发盾构对盾构区间的掘进施工至关重要。一般情况下盾构机采用整体始发方案，包括盾构机吊装下井、拼装，盾构机调试，盾构机始发三个大步骤，这样既能节省人力、物力、财力，又能节约工期；但随着城市现代化的发展，大直径土压平衡盾构机始发不得以在密集的市区情况下选择分体始发，以达到盾构机始发掘进的目的。

本文基于太原铁路枢纽西南环线XNHS-1标段工程，讲述了本台盾构机在10月—1月份盾构组装、始发施工期间，第二、三节连接桥以及第三号台车先不下井组装，在盾构掘进到第一节台车进入土层后采用分级进行负环管片拆除施工，再进行盾构机的第二、三节组装，并在盾构继续掘进到第二号台车进入地层后再完成第三号台车和栈桥的组装，按期、保质、保量、快速地完成大直径盾构分体始发施工。

1 工程概况

太原枢纽西南环线改线段起讫里程为DK0+400～DK13+100，全长约12.77km，主要通过太原晋中盆地。太原铁路枢纽西南环线XNHS-1标段全长4981m，其中盾构段全长4850m，盾构隧道采用Ф12.14m土压平衡盾构机掘进施工。

本工程盾构始发段包含明挖段77m、始发井27m，总长仅104m，而盾构机选择采用直径为12.14m的土压平衡盾构机，其全长包含盾体、设备桥、后配套台车、旋转平台在内约200m。

盾构进洞处主要穿越新黄土、粉质粘土、砾沙，该层土体呈褐色，饱和，松散～稍密，局部夹粉质黏土、粉土薄层及中粗砂透镜体。承载力标准值最大fak=215Kp，压缩模量Es=19MPa。地下水类型为第四系孔隙潜水，主要赋存于第四系粉土、砂土及碎石土地层中。下水位位于地面以下9～17m，水位均位于隧道结构顶以上，地下水位变化幅度2～4m，地下水位高程总的趋势为小里程高大里程低，且小里程地段地下水位具上升趋势。接受大气降水、洪积平原上游侧向地下水及地表水体入渗补给。

图1 二次始发段地层剖面图

2 盾构机初次始发

在盾构始发导台施工完成后，即可进行大直径盾构的组装吊装，在吊装施工时先进行盾构机的二号台车下井，不组装盾构机栈桥和三号台车，并在连接桥下井组装时直接将第一节与第四节连接，最后进行盾体和刀盘的下井组装，在组装过程中注意管线连接，做好盾构机的调试工作。盾构机上通电设备较多，通电过程要分步分系统进行逐一通电检查，所有电机必须先试过正反转后再确认线路连接正确后，方可正常启动进行调试。通电过程汇总要严格按照图纸上的编号标识进行检查，发现有不一致的地方要确认清楚是否正确后再进行下一步操作。盾构机通电后即可进行对液压系统、环流系统、水系统、气系统、电气系统、控制系统各部件动作检查。

当盾构机调试完毕后，开始进行负环管片的安装。因盾构第一节连接桥进入土层后需进行盾构的二次始发，所以在负环管片拼装前，做好负环管片的点位选择，方便负环管片的拆除施工。在盾构始发时，因负环管片重量大，很容易发生安全事故，应做好负环管片拼装的加固措施，在始发过程中应随时注意盾构姿态以及洞门密封情况，确保始发过程的安全。

在大直径盾构二次始发前，所需管片、口字件、油脂、水管等物资利用明挖段上方的45t门吊通过预留口进行吊运。

3.盾构机二次始发

3.1负环管片上半环拆除

盾构机始发进洞后，在保证同步注浆量的同时对隧道内管片进行钻孔插入锚杆进行注浆施工，锚杆体作为支撑和拉杆与隧洞衬砌的四块管片镶嵌的机动结构可有机地结合，形成共同工作体，从而减少负环管片上半部分之间挤压力，而在负环管片下半部分利用钢丝绳与盾构始发导台连接紧固，承受盾构二次始发掘进的反向力，并限制负环管片下半部分的竖向变形。

同时，在负环管片拆除吊具进行重新设计，在隧道内锚杆注浆以及下半部分加固防护下，负环管片在拆除时，采取对吊点进行受力分析，并在全过程的施工监控量测，随时调整吊点位置和吊具型号，保证上半环拆除过程的施工安全。

3.2设备桥以及台车组装施工

负环管片上半环拆除完成后，即可进行设备桥吊装，先将第一节设备桥与第四节设备桥之间连接的连接螺栓拆除，拆除施工完成后，卷扬机连接到2#拖车上，将2#拖车和第四节设备桥整体拖拉至明挖段内部满足第二、三节设备桥吊装、组装施工要求。设备桥在地面组装完成后用汽车吊将设备桥第三节从负环顶部下井，后端与设备桥第四节进行连接，在连接过程中保证连接处平整，连接牢固。

3.2钢支撑架设施工

在设备桥组装完成后即进行盾构掘进施工，为防止盾构机千斤顶上部油缸在顶推过程中负3环上半部分管片因受力而向后移动发生安全风险，在反力架与1环管片之间用5根φ609mm钢管撑进行支撑，钢管撑在负环管片上布置图如图2。

图2钢支撑架设图

4盾构三次始发

钢支撑架设完成后即可继续向前推进，随着盾构向前推进，正环管片与其周围土体的摩擦力的总力越来越大，需要反力架及负环管片所提供的反力越来越小，在盾构机完全进入洞门后即可全部由正环管片与其周围土体的摩擦力来提供反力，为保证快速垂直运输的空间，将反力架以及剩余负环管片拆除实现隧道的快速施工。

在反力架及负环管片拆除完成后即进行第三号台车吊装下井，三号台车采用履带吊吊装，台车采用钢丝绳分别卡在台车吊耳上，台车离地后，慢慢调正，吊放至井下，在吊装到位后通过卷扬机将第三号台车拉到位后通过连接销子与二号台车组装，在组装完成连接管线，完成三次组装施工。

后置平台、旋转平台总体重量较轻，吊装难度不大，但下井前需准备工作较多。首先将反力架剩余部分拆除并吊装至地面。拆除始发井预制件螺栓并将吊装至地面。拆除始发井剩余负环螺栓，并吊装至地面。负环拆除完成后，清理始发井内因盾构始发产生的垃圾。前三项工作进行期间，地面进行始发井临时工装制作，以满足盾构掘进期间盾构消耗材料的垂直及水平运输。5.结束语太原铁路枢纽西南环线盾构区间全长4850m，位于原既有东晋支线的正下方，由全国自主研制的最大直径（12.14m）土压平衡盾构机完成掘进施工。在场地受限及工期紧张的工况下，该项目利用此工法仅40天就顺利完成了盾构机的吊装组装及分体始发工作，始发过程中未出现管片变形、负环失稳现象，地表沉降可控，监测数据良好，沿线穿越的周边建筑物未受影响，通过分析，主要是以下几点做的较好，起到了关键的作用：

⑴本工程中，通过利用合理的加固措施，提早拆除负环，有效地提高了掘进效率，相比类似一次性掘进至满足盾构整体始发时再拆除负环，节约了施工工期。

⑵施工过程中通过采取正环小导管注浆加固，负环半环拆除辅以钢支撑支撑负环管片等措施，以相对简单的施工工艺确保了盾构多次始发的顺利实施，确保了施工的安全。

⑶拆除负环时盾构机应停机，同时其所处位置地层稳定；随时对盾构机姿态进行监测，确保盾构机停机时姿态稳定；全程进行旁站监控，注意吊装作业安全；必须对零环进行监控，确保施工的安全；

⑷本工程通过提前的筹划、合理的施工组织，以及关键措施的预控，为类似的大直径盾构分体始发、长时间停机等关键工序提供了一种可靠的工程实践。

参考文献

[1]中国铁道建设总公司.隧道掘进机施工技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]中华人民共和国行业标准编写组.TB10003-2005铁路隧道设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[3]江玉生，等.盾构始发技术.[M].北京：人民交通出版社，2011.