某地鐵車站高壓線下盾構始發技術

孫立光鄭州市軌道交通有限公司（450000）

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某地鐵車站高壓線下盾構始發技術

孫立光
鄭州市軌道交通有限公司（450000）

摘要：結合某地鐵車站右線盾構始發，為避讓高壓線下安全施工距離不符合規定和切實保障施工安全，采用了首先從左線盾構井采用履帶吊抬吊方式完成盾構機的下井組裝，然后從井下左側平移右側，完成本盾構區間右線始發盾構機就位技術。基于盾構平移空間的需要，采用了混凝土結構柱延后施工工藝。該地鐵車站高壓線下盾構始發技術得到成功應用，豐富了高壓線下盾構組裝及始發的施工實踐。

關鍵詞：盾構；高壓線；平移；始發；抬吊；工作井

某地鐵車站盾構區間采用兩臺盾構機掘進施工，均在該站西端頭下井始發，沿該站所在西站路由東向西掘進，到達建設西路站。本盾構區間場地較平坦開闊，屬于山前沖洪積緩傾平原，場地30～40 m深度范圍內地層主要為第四系上更新統地層，主要地層為砂質粉土、黏質粉土、粉質黏土。始發段隧道穿越地層主要為：雜填土、砂質粉土、黏質粉土、粉質黏土，地下水位埋深為26.0～31.50 m，隧道頂部覆土厚度11～15 m，地表主要為西站路及紡織大世界拆遷區。西站街站右線盾構井正上方距離地面16.24 m為承載22 kV高壓的電線。

1　始發條件準備

1.1右線盾構始發的主要特點

本盾構區間右線先行始發，因其正上方高壓線尚未入地，不能直接采用履帶吊抬吊方式進行盾構機組件的下井安裝，需先從左線盾構井采用履帶吊抬吊方式完成盾構機的下井組裝后，從井下左側平移右側完成本盾構區間右線始發盾構機就位，其主要特點如下：

因盾構井正上方是承載22 kV高壓的電線，需要在盾構井左線向右線平移盾構機。利用左線盾構井采用履帶吊抬吊方式進行盾構機的下井組裝。考慮盾構機平移空間的需要，延后施工盾構井中間設計布置的混凝土結構柱。

1.2盾構始發施工流程

盾構始發施工流程：始發井回填鋪鋼板→平移平臺搭設→軌道鋪設→六號拖車下井平移→五號拖車下井平移→四號拖車下井平移→三號拖車下井平移→二號拖車下井平移→一號拖車下井平移→雙軌梁下井平移→螺旋機下井→始發臺架下井安裝→盾構主機下井平移→反力架下井安裝→負環管片拼裝→洞門密封安裝→洞門鑿除→開始始發。

平移施工前需要先按其進行后配套組件吊裝，吊裝完成后進行盾構主機與托架定位連接：提前調整拼裝機的位置，使拼裝機的前移、定位機構位于正下方；旋轉螺旋機，使螺旋機內部清理干凈；吊裝時，做好定位，將盾體往前移至完全處于始發托架上；對盾體和臺車之間的水電、液壓管線以及鋼結構做好管線作編號，并做好清潔保護，為后期組裝做好準備；在盾體外殼和始發托架焊接連接鋼板，將盾體與始發架連接成一個整體同時防止盾構機側扭，在盾體上焊接牛腿，方便在必要時候用液壓油缸抬升盾體和托架，焊接防止鉸接活動的鋼板。

1.3始發端頭井的地層加固

1.3.1端頭井的地層情況

始發端頭的地層情況為：山前沖洪緩傾平原。表層以雜填土、三七灰土、碎石為主，厚0.8～2.7 m，其下為第四系上更新統沖洪積層，主要地層為粉土、粉質黏土、粉細砂，該層厚度大于20 m。

1.3.2端頭井的地層加固

端頭加固采用φ800@650三重管旋噴樁。西站街站西端豎向加固范圍為隧道頂板以上3 m至底板以下3 m，平面加固范圍為盾構隧道結構輪廓線左右各3 m，縱向加固長度為8 m。端頭井加固的作用在于，一是為盾構始發提供穩定的地層條件，保證洞門圍護結構鑿除安全和順利始發；二是為盾構組裝提供足夠的地基承載力，保證盾構組裝時吊機在吊裝作業過程中的安全。

盾構機下井組裝采用1臺SCC2500C履帶吊抬吊方式，考慮盾構機下井組裝的地基承載和吊裝安全，在吊機吊裝承載區域，端頭加固后進行地表硬化。

1.4始發架安裝

始發托架是盾構機在始發井底板上的支撐和定位托架，托架總重7.8 t，采用250 t履帶吊吊裝。為保證盾構機始發托架中心與隧道中心一致，根據始發架高度，使用全站儀進行測量定位，確定始發托架位置，在始發井移交之后進行始發架的安裝。首先依據隧道設計軸心線確定始發架中心線，盾構機采取直線始發，托架中心線與線路中心線重合。通過測量放線，將始發架中心線刻劃于始發井底或端墻及側墻上，以指示始發架的安裝位置。為防止盾構始發出現“栽頭”現象和盾構機駛上導軌困難，將始發托架抬高20 mm安裝，始發架安裝采用鋼板墊高找平。托架安裝就位后，開始在托架上組裝盾體。

1.5盾構機組裝平移

1.5.1盾構機的吊裝

影響盾構吊裝的作業環境因素主要有始發井的開口尺寸、深度、吊裝作業場地下管線情況、架空高壓線情況等。由于右線始發盾構井正上方是承載22 kV高壓的電線，不能滿足吊裝操作安全距離要求［1］。因此盾構吊裝需在工作井左線進行，然后平移到右線進行始發。右線盾構區域現場照片見圖1。

圖1　高壓線位置與盾構井現場

圖2　盾構機現場吊裝

本次吊裝采用的SANY公司SCC2500C型履帶吊，其履帶長度9.134 m，整機寬度7.681 m，吊裝時主臂長度19.5 m，7 m固定副臂工況。250 t履帶吊從西側將盾構機相關部件吊起后，由北向東旋轉過程中履帶吊后部鋼絲繩卷筒位置處于離高壓線較近區域：經模擬得出，高壓線與履帶吊極限位置處的最小距離為6.3 m，滿足施工安全距離要求［2］。盾體下井與基坑擋土墻保持1.2 m的安全距離，吊裝刀盤、前盾、中盾的最大工作幅度為9 m，吊裝盾尾、臺車的工作幅度為11 m（取12 m）。吊裝作業現場吊裝照片見圖2。

1.5.2盾構機的平移

1.5.2.1盾構平移空間的擴備

1）預留集水池的處理

根據將盾構機從左線向右線盾構井平移場地規劃，需要對地板預留集水池進行處理。處理方法是在集水池中填砂并保證密實，上方鋪設鋼板固定。因西站街車站混凝土板面澆筑的平整度并不能完全達到盾構機平移施工的要求，擬采用50 mm砂漿找平并鋪設30 mm鋼板，以保證平移施工中板面的平整度和有效降低平移施工中產生的摩擦力。

鋼板鋪設要求：

接收井底板填充時需要水平尺校準，嚴格控制填充后底板頂面的高程與坡度，保證填充底板頂面平整，鋼板與鋼板接縫處應平順；鋼板接縫處每隔1 m，開坡口焊接，焊接完成后打磨至與鋼板面平齊。

鋼板與鋼板之間緊密靠攏，鋼板之間縫隙需焊接，并打磨處理。

鋼板接縫焊接后，每隔4 m用長200 mm直徑20 mm的螺紋鋼筋植入底板，并與鋼板接縫進行焊接固定鋼板，防止盾構機在水平頂推過程中，鋼板產生水平位移。

2）工作井中間混凝土結構柱的延后施工

盾構機從工作井左線吊裝入井，平移至盾構右線工作井，中間混凝土結構柱需預先留置延后施工，為此編制了平移通道內混凝土結構柱延后施工方案內容。

前期工作井主體結構施工時預留該混凝土結構柱鋼筋，先用臨時鋼柱進行支撐受力，待平移時，拆除臨時鋼柱，快速通過柱體位置后，及時在混凝土結構柱兩邊支撐鋼立柱，實施混凝土結構柱鋼筋綁扎、封模、澆筑混凝土。待結構柱混凝土強度達到設計要求時，拆除兩側臨時鋼柱。

1.5.2.2盾構機的平移

盾構機的平移主要使用液壓油缸頂推托架進行。盾構機與始發托架連接后，利用液壓油缸頂推托架整體平移，在平移的鋼板上涂抹黃油以減少移動托架和鋼板之間的摩阻力。利用千斤頂將盾構機及始發托架整體橫向向右線始發位置前移，盾構機從靜止開始向前移動，初始推力控制在1 000 kN以內，平移過程中推力控制在300～500 kN。盾構機由工作井左線向右線現場平移見圖3。

圖3　盾構機現場平移

1.6反力架的安裝

反力架的安裝，安排在盾尾安裝完成之后、連接橋連接之前進行，盾構始發反力架為拼裝式全鋼架結構，整個反支架支撐可提供1 500 t的推力。

反力架安裝時，首先測量反力架位置起始里程斷面的中心線，并刻劃在始發井側墻上，以便反力架中心定位，反力架中心隨始發托架抬高而同時抬高20 mm。定位關鍵是反力架緊靠負環管片的定位平面，并與此處的隧道軸線垂直。反力架立柱底部焊接在車站預留鋼板上，上部、底部的橫梁和立柱的上下端，采用螺紋鋼管支頂在后面車站底板臺階或中板上，位置確定之后，再焊接固定后部兩排斜撐，斜撐采用φ609 mm螺紋鋼管支撐。

1.7始發準備

1.7.1始發洞口圍護結構的破除

洞口圍護結構的破除需在始發端頭地層滿足加固要求以后進行：首先將圍護結構的內層鋼筋以及混凝土先進行鑿除，其次在盾構始發前將剩余的鋼筋混凝土鑿除。鑿除施工完畢后拆除腳手架，快速拼裝負環管片，使盾構機抵達掌子面，避免掌子面暴露太久發生失穩坍塌。

1.7.2洞門密封

洞門密封可分兩部分進行：首先做好始發洞門鋼環的埋設工作，此過程中要注意鋼環必須與車站端頭墻鋼筋連接在一起。然后在盾構始發之前，洞口的折頁式翻板和窗簾橡膠板要安裝完畢，密封環的安裝安排在盾構機下井組裝調試完成、洞門外層混凝土鑿除之后進行。洞門密封裝置安裝時，需注意密封橡膠簾布及扇形壓板的安裝方向，密封橡膠簾布端頭的凸起方向與盾構掘進方向相同。

1.7.3洞門始發導軌的安裝

安裝始發導軌是保證工程順利進行的重要因素。由于盾構始發時刀盤處在懸空的狀態，容易產生叩頭現象。解決此類問題的辦法就是在洞門鋼環的下部安設一節始發導軌，并在末端留出一定的空間，起到防止由于安裝導軌而引起刀盤旋轉的作用。

1.7.4負環管片的安裝

盾構機調試就緒之后，拼裝負環管片，開始盾構機試運轉。由于負環管片外徑處于無約束狀態，管環及管片之間的連接螺栓比較少，為了保證各環管片穩定，盾構組裝完成后向后移動盾構機，使盾尾靠近反力架基準環。

負環管片拼裝的要點是，負環管片與反力架基準環間采用特殊螺栓連接，管片利用管片拼裝機在盾尾內整環拼裝后，利用推進千斤頂將負環管片推出盾尾，并與反力架基準環緊密連接牢固。其它他環管片安裝與正常掘進管片拼裝相同。當繼續拼裝負環管片時，盾尾內的負環管片將陸續移出，利用木楔將管片支墊于始發托架上，在管片外的支撐三角架縱向工字鋼及始發臺軌道上用木制楔子及時進行支墊，將管片壓力均勻地傳遞到三角架和托架上。

為了負環管片安裝穩定，除采用三角支撐架、木楔穩定負環管片外，每環管片還采用緊線工具，沿環向組裝成緊箍負環管片繩具。繩具兩端鉤在始發托架上，將管片環箍緊。在安裝負環管片的同時，進行盾構機試運轉，準備掘進。

2　盾構始發試掘進

2.1始發試掘進段的目的

結合本工程的地質條件及周邊環境要求，調整完善盾構機的操作方法，使其機械性能到達最佳。

調整完善土壓平衡式盾構掘進的施工方法。

調整完善管片拼裝的操作工序，提高拼裝質量，加快施工進度。

通過本段施工，加強對地面變形情況的監測分析，反映盾構機出洞時以及推進時對周圍環境的影響，掌握盾構推進參數及同步注漿量的調整方法，為全線盾構推進提供技術參考。

通過對不均勻斷面土體推進施工，摸索出在盾構斷面處于不均勻介質中，盾構推進軸線的控制規律。

2.2盾構掘進參數的初步設定與控制

1）土倉壓力值P的選定

P值應與地層土壓力和靜水壓力相平衡，以表示土體的平均重度，則得到表示土的側向靜止土壓力系數。

盾構在掘進過程中平衡壓力的設定值確定后，參考相同地層條件施工經驗，始發掘進加固體段土倉壓力設為0.16～0.18 MPa，出加固區后土壓設為0.2～0.22 MPa，掘進施工時，根據盾構所在位置的埋深、土層狀況及地表監測結果可有0.01 MPa的調整。

2）出渣量的控制

盾構推進出渣量控制在98％～100％，每環理論出渣量（實方）為：［（π·D2）÷4］×L=［（π×6.442）÷4］× 1.5=48.86 m3/環

3）推進速度控制

掘進速度及推力的選定以保持土倉壓力為目的，根據施工的實際情況確定并調整掘進速度及推力，正常情況下為20～40 mm/min。

4）盾構軸線及地面沉降控制

始發階段由于盾構機受始發臺約束，不能過多調向。盾殼與始發臺導軌之間的環向摩擦力也很小，為防止盾構機旋轉，可在盾殼上焊接防扭裝置，并在進入洞門密封前將其割掉。同時，應加強盾構機姿態的測量和地表監測數據的反饋，嚴格控制出渣量。盾構軸線偏離設計軸線不大于±50 mm，地面隆陷控制在+10～-30 mm。

5）始發試掘進渣土改良

本盾構機配備有泡沫注入系統，泡沫發生器自動運行，4根獨立管路分別把泡沫注入不同位置，一般以注入刀盤前部為主，管路透明段可供觀察。通過膨潤土注入系統往土倉內注入聚合物對高含水量的渣土進行改良。

6）始發試掘進同步注漿

首先選擇注入的漿液性質和配比，在始發段應適當減小漿液的初凝時間。當盾尾進入洞內、第一環管片脫出盾尾后，立即啟動同步注漿系統進行管片背后注漿。由于盾構機抬高了20 mm始發，橡膠簾布上緊下松，漿液難免從下部滲流損失，注漿壓力不可過大，管片背后空隙無法完全填充盈滿，因此以保證管片背后中下部的空隙被漿液填滿，即可避免管片產生過大的沉降。隨著管片環數的增加，同步注漿壓力可逐步增加，保證管片背后上部空隙也被漿液填滿。

3　結語

因該市自秦嶺路至嵩山北路沿西站路高壓線入地電力隧道工程，嚴重制約著西站街站高壓線下右線盾構組件的入井、組裝、調試、始發。西站街站高壓線下盾構右線始發技術，基于現行規范［3］規定及周邊環境條件，得到了成功應用，達到了預期的工程效果，保障了工程安全，豐富了高壓線下盾構組裝及始發的施工實踐。

參考文獻：

［1］JGJ276- 2012，建設施工起重吊裝工程安全技術現范［S］.

［2］JGJ46- 2005，施工現場臨時用電安全技術規范［S］.

［3］GB 50446- 2008，盾構法隧道施工與驗收規范［S］.