盾构机小曲线半径始发技术2.1

盾构施工中曲线始发、掘进及接收技术

一、盾构机小曲线半径始发技术

1、概况

1.1 工程概况

设计里程范围为DCK0+073.468～DCK0+660.300，区间全长为586.832m。盾构从出段线盾构工作井始发后，沿马家沟河以小曲率半径经太平大街、马家沟河后至太平桥站接收。线路最小平曲线半径R=249.928m，最大纵坡30‰，隧道覆土厚度5.6~12.2m。

1.2 工程地质条件

主要位于太平大街、东直路道路下，下穿河。除河谷绝对高程为116.7～118.0m外，场地地形起伏较小，地面高程在118.66～121.96m之间，场地地貌单元属松花江漫滩，马家沟河两侧为马家沟河漫滩。隧道掘进主要穿越○A1粉质粘土和○A3中砂层。

1.3 水文地质

隧道掘进主要在第○A1粉质粘土、○A3中砂层中穿越。盾构区间隧道施工地层含水量丰富，○A1粉质粘土层处于浅层潜水层、○A3中砂层处于孔隙微承压水层。该含水层埋藏较浅，厚度大。其中，○A2粉砂、○A3中砂、○A3T2粉砂、○A3T3砾砂层赋水性较好，透水性较强，水量丰富，盾构施工在该含水层中进行，对将来地铁运营影响较大。

1.4 盾构机概况

采用的是德国海瑞克制造的S-540土压平衡盾构机。盾构机外径Ø6250mm，盾构机总长81.76m，总重518t，总功率1600千瓦，最小转弯半径250m，刀盘转速为0-4.5 U/分钟，额定扭矩5380kNm，脱困扭矩6930kNm，最大推力可达35000kN，刀盘驱动为液压马达，功率为3X315KW，刀盘型式为面板式复合刀盘，开口率35%，最大开挖直径Ø6280mm，正面羊角刀20把，中心羊角刀4把，正面刮刀48把，边刮刀8把。

2、盾构小半径曲线始发设计

2.1 割线始发方法

盾构机在始发前确认盾构机与隧道轴线和盾构机姿态正确。出段线以249.928m半径的曲线始发，小曲线半径始发在全国尚属少数，这为盾构机的始发提出了很高的技术要求，需要解决以下问题：①将盾构机沿曲线的割线方向掘进，预偏量为10~25mm，以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧外侧的偏移量；②适当降低推进速度，在盾构机推进启动时，推进速度要以较小的加速度递增；③推进时，要适当调整左右两组油缸的压力差，使曲线内侧油缸压力略小于外侧油缸压力，但纠偏幅度不要过大。

2.2 割线始发注意事项

（1）盾构基座变形

在盾构进洞门过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。盾构基座与工作井、盾构、隧道轴线的关系发生变化。

（2）凿除钢筋混凝土洞门产生涌土

在破洞门过程中，洞门前方土体从封门间隙内涌入工作井内。

（3）盾构进洞时洞门土体大量流失

进洞时，大量的土体从洞口流入工作井内，造成洞口外侧地面大幅度沉降。

（4）盾构反力架位移及变形

在盾构进洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后，支撑体系发生局部的变形和位移。

（5）盾构进洞时姿态突变

盾构进洞后，最后几环管片往往与前几环管片存在明显的错台，影响了隧道的有效尺寸。

（6）盾构螺旋输送机出土不畅

螺旋输送机内形成阻塞或盾构开挖面平衡压力过低，无法在螺旋输送机内形成足够压力。

3、盾构小半径曲线始发的前期准备

3.1 始发端头土体稳定处理措施

盾构始发洞门外土体为软弱含水的土层，若不提前加固处理极易塌方或流失，造成地面塌陷，甚至使盾构失去控制。为确保施工安全，必须对洞门外土体进行稳定处理和对洞门结构进行特殊的处理。

（1）降水

在条件允许情况下，降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高土层密实度，但不能大幅度提高土体强度，可作为辅助措施。

（2）地基加固

本区间盾构始发端头处，隧道位于粉质粘土和粉土中，洞门外地基采用悬喷桩加固，长度为8m，加固宽度为盾构外径两侧和底部各3m长的范围。加固后的土体有良好的均匀性、自立性、止水性，其无侧限抗压强度、渗透系数可达到规范要求。

（3）洞门结构构造

洞门设计首先应考虑施工时避免破除已做管片。为此，通过设置合适的反力架和盾尾管片，并结合区间的管片排版情况，控制第1环管片的位置和点位，使洞门宽度在40~80cm 范围内。

3.2 始发架定位及安装

根据该盾构机盾体结构尺寸，设计制作长为9.26m的始发托架。在后配套吊入始发井后，依据隧道洞门中心位置和设计轴线坡度及平面方向定出盾构始发姿态的空间位置，然后推算出始发架的空间位置，利用垫薄钢板调节始发架的标高，达到始发要求的精确位置。

盾构始发前对始发架两侧进行必要的加固。利用钻入车站混凝土内的钢筋所固定的钢板与始发架进行焊接，并利用H型钢两边支撑保证左右稳定。为了防止盾构机栽头，将始发架的安装高程抬高1cm，并在洞门钢环底部焊接2个防栽导轨。

3.3 盾构机组装、调试

（1）盾构机组装

盾构机按后配套拖车、主机依次进场组装。下井顺序为：5号台车—4号台车—3号台车—2号台车—1号台车—盾尾—中盾—前盾—刀盘—螺旋机—其他附件。

（2）盾构机空载调试

盾构机组装和连接完毕后即可进行空载调试。主要调试内容为：液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。

3.4 反力架定位安装及加固

在盾构主机与后配套连接之前,开始进行反力架安装。在安装反力架时,反力架端面与始发架水平轴垂直,以便盾构机轴线与始发设计割线保持一致。

（1）反力架定位

①利用垂线和经纬仪测量基准环的垂直度,并使基准环端面与始发托架中轴线垂直。

②根据始发管片排版,反力架基准环靠近洞门的表面中心精确定位于基准环起点中心坐标处。

（2）反力架安装

反力架和基准环定位好以后,分节安装反力架部件,利用垂线和经纬仪测量调整基准环

的平整度,使基准环与始发架水平轴垂直。调整好后将反力架与中板和底板的预埋件焊接固定。

（3）反力架加固

为使盾构机始发不至于推力过大使反力架破坏和变形,造成始发失败,必须对安装好的

反力架由钢立柱支撑、水平钢支撑、斜抛钢支撑组成的支撑体系加固反力架,使其有一定的强度和刚度及稳定性,使其满足工程安全需求又符合盾构机始发所需要的施工空间。

3.5 洞门密封

洞门建筑空隙密封问题如不妥善处理,将会引起洞门渗漏,产生不可设想的后果。

1)洞门密封采用橡胶帘布和折叶式扇形压板进行密封,安装步骤为:①洞门防水密封施

工前,先检查材料的完好性,尤其是橡胶帘布是否完好,径向尼龙线密集排列和螺栓孔是否完好;②安装前清理完洞口的渣土和疏通A板预留孔并涂上黄油;③将螺栓旋入预先埋设在井

圈周边的螺母内;④安装橡胶帘布及圆环B板,并用薄螺母固定在井壁上;⑤将扇形压板套在装有薄螺母等的螺栓上。

2)洞门处防水装置安装注意事项:①由于橡胶帘布和扇形压板通过它与管片的密贴防止管片背注浆时的浆液外流,所以安装时螺栓必须进行二次旋紧;②防止安装扇形压板时损坏

橡胶帘布;③检查盾构机盾壳表面是否有凸起物,若有凸起物需清理干净,以免撕裂橡胶帘布。

3.6 负环管片的拼装

盾构机始发时在反力架和车站内正式管片之间安装8环负环管片(全部为闭口环),每环临时管片分块数与标准管片相同,依次安放在托架上。负环管片拼装时用整圆器和控制盾尾间隙来控制管片拼装的真圆度。在内、外侧采取钢丝拉接和钢管支撑等加固措施,以保证在传递推力过程中管片不会旋转浮动。

负环管片拼装后,用木楔将管片与始发架间的间隙塞紧,避免管片脱出盾尾后,管片下沉,反力架倾斜,始发架变形等意想不到的工程事故。

4、盾构小半径曲线始发洞门凿除

4.1洞门检测

在洞门凿除前对端头加固效果进行地面、洞内抽芯检测,察看加固体强度、抗渗性等指标。确认在指标满足要求(洞门外土体能稳定自立相当长一段时间)的情况下再进行凿除搭设脚手架施工,如不满足各项指标要求,采用补强注浆连同坑外降水的措施,保证洞门范围围护结构在凿除前掌子面的稳定,若加固能使掌子面土体稳定,允许凿除洞门。

4.2 洞门凿除

由上往下分层凿除,首先将开挖面桩钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉,然后继续凿至迎土

面钢筋外露为止。当盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0·5~1m时停止掘进,然后再将余下的钢筋割掉,打穿剩余部分桩的桩心及护壁,并检查确定无钢筋。在盾构始发前先对掌子面进行素喷豆石混凝土,封闭掌子面,防止暴露时间过长。

4.3 洞门凿除时测量监测