盾構機分體始發施工技術

許坤鵬

【摘? 要】盾構法由于施工安全性高、對附近環境的作用小、掘進速度快、機械化程度高等特點，在我國水利電力、市政、城市地鐵的隧道修建中得到大量使用。隨著我國社會經濟的不斷發展和城市規劃的影響，在城市中心進行施工作業的場地會越來越小，因此很多盾構始發井場地無法滿足盾構的相關需求。為此，文章以成都某地鐵項目為例，對盾構機分體始發施工技術的應用展開探究。

【關鍵詞】盾構機;分體始發;施工技術

引言

盾構施工以其掘進速度快、安全性能高、環保等特點在地鐵隧道施工工法選擇中獨占優勢。盾構始發是盾構施工的關鍵環節之一，正常始發需要較大的場地且要求車站施工完成。受征拆、遷改、建設投資等因素的影響，盾構整體始發往往條件受限，分體始發以其節約建設投資的優點，在工程設計經常被采用。同樣工況下，安全質量有保障、工期短、成本低的分體始發方案以及始發井設計，以及適應于各種始發條件的盾構機設計制造方案，一直是行業研究的重點。

1、工程簡介

1#風井～2#風井區間左線區間總長1896.458m，右線區間總長1914.49m，線間距7.9～19m，隧道埋深6～13m，最小曲線半徑600m，最大縱坡11‰。區間隧道采用兩臺Φ8580土壓平衡盾構機掘進施工，均在1#風井大里程端始發，于2#風井小里程端接收。區間隧道始發段為直線下坡，坡度為9‰，隧道外徑8.3m、內徑7.5m，管片長度1.5m，厚0.4m，每環理論出土量約115m3，理論注漿量約12m3。（1）盾構機簡介。盾構機由刀盤、盾體及后配套設備三部分組成，盾體與后配套設備由連接橋連接，總重量約為1131.5t（含后配套拖車），盾體（含刀盤）長度為10.845m，后配套（含連接橋）長約93.21m，盾構機總長約105.471m。（2）電瓶車基本情況。電瓶車由電瓶車車頭、渣土車、砂漿車、管片車組成，其中渣土斗容量為20m3，砂漿車容量為8m3。（3）分體始發必要性。由于1#風井始發井長度僅有66.6m，而盾構機長度達105m，始發豎井不能滿足盾構機整體始發，因此必須采用分體始發技術。

2、工程難點

2.1、始發階段皮帶輸送器無法安裝

盾構常規分體始發工況，一般都通過改造皮帶輸送器，加工臨時支架或在站內設2節臺車（其余各節臺車放置于地面），此工況要求出土口與螺旋輸送器出渣口凈距，大于改造后的皮帶輸送器末端至螺旋輸送器出渣口凈距，此距離一般在20m左右。本工程中，盾構吊裝孔與出土口凈距僅為1.1m（見圖1），如此小的凈距，國內外無類似分體始發案例可供參考。

2.2、臺車設置優勢

（1）刀盤電機變頻柜：變頻柜至電機的電纜需通過連接橋經盾體后連接，電機電纜截面積大，鋪設很不方便，若將變頻柜設置在后續臺車，電纜鋪設長度將延長，且面臨二次鋪設，對施工極為不利。（2）操作室、油脂泵：二者組合剛好滿足一節臺車空間，操作室置于井下，便于操作人員觀察掘進情況，遇到突發問題能快速停機。（3）砂漿系統：管路越短越好，可減少壓降及堵管風險。（4）液壓系統：管路越短越好，減少壓降，降低減少管路滲漏、破裂等風險，減少液壓油對環境污染。

2.3、盾構上浮處理

盾構在復合黏土層施工時，易出現上浮現象，隨著上浮的不斷加劇，也隨之帶來了管片破損、漿液滲漏、地面沉降等一些系列質量問題，因此，為確保隧道成型質量，需將盾構機姿態控制在規范范圍以內。經過分析，導致盾構上浮可能存在管片超前量不足、推理設置不當等原因，為此可采用以下措施：（1）通過管片錯點位拼裝，或在管片側面采用石棉墊片，增大管片上部超前量，為盾構機下行提供浮動空間，同時可認為對管片圓度進行調整，過程中增設止水條，防止管片滲水。（2）在盾構穿越隧道投影區域采取鋼板和鐵塊堆載措施。鋼板可采用厚為10cm，鐵塊壓重厚度約40cm。（3）調整盾構機頂推油缸的分區壓力，如壓力差無法滿足盾構機轉向要求，可采用調整油缸油路的方式，在不影響盾構機左右姿態的前提下，將兩側千斤頂的油路部分并入上部油缸分區，從而加大上部油缸分析的推力，但在此過程中，由于各油缸分區壓力差過大，易對管片造成不利影響。（4）為增加盾構自身重量，將配重防止在盾構機下部空擋處，提供盾構自重，客服浮力。

2.4、掘進速度控制

①盾構機的掘進速度不可過快，這是為了確保推進軸線正確、并可保護刀盤，控制在10mm/min以下的掘進速度即可。②盾構啟動時，需要檢查千斤頂是否靠足，在推進的開始以及結束推進時的速度都應進行管控，控制在一定的范圍內，不可過快。當每環開始進行掘進中，可緩慢的提高掘進速度，避免掘進速度過高，產生壓力動蕩。且掘進中必須保持切口水壓的穩定性及送泥管和排泥管的順暢。③同步開啟注漿系統，為了保證工作狀態的良好，要求盾構機掘進速度的穩定性，不可忽快忽慢。④盾構機開挖是在地下掘進，受到的壓力較大，開挖中必須嚴格保持開挖面的穩定性。

2.5、無連接橋盾構機分體始發綜合技術

在通常情況下，盾構分體始發時將盾體（或盾體及部分臺車）下井，其余臺車在地面組裝后通過管線延長，使地上與地下設備相連，并改造皮帶機進行出土。隨著盾體掘進，管線隨之在洞內向前延伸，待隧道掘進長度大于盾構機總長度后，再將地面臺車逐節吊裝，最后形成整機掘進，此做法成本高，而且隨著管線延長，容易造成壓力管線爆裂，當壓力管道爆裂時修復難度大、耗時長，且停機維修管線時安全風險大（尤其是當地質較為復雜時）。為解決以上弊端，采取分體始發綜合技術，總體步驟如下。（1）始發托架安裝：按照要求，將始發托架吊裝就位并調整好姿態。（2）1～4號臺車下井：分別將4、3、2、1號臺車依次吊入車站內（連接橋及5、6號臺車暫不下井）。（3）盾體下井：將盾體按照組裝順序依次吊入井下進行組裝，并安裝反力支架。（4）1～4號臺車總長度改造：為壓縮1～4號臺車總長度以適應車站地下空間長度，盾構機設計階段，有意縮短兩臺車之間連接距離。

2.6、延伸管線鋪設

延伸管線在井下部分直接置于地面，為保證盾構機正常掘進，不使盾構機直接拉拽管線，每次盾構機掘進前，需要3～4名工人使用手拉葫蘆等工具提前將管線往前運送，最少3h，最長達7h，平均3～4h，耗時耗力。同時，大量管線直接與地面接觸，極易造成管線磨損，甚至被拉斷，存在較大的安全風險。在實際施工過程中，由于延伸電纜的磨損，經常造成盾構機經常的情況。措施：制作專門管線支架，并在支架上布置滑移工字鋼，管線使用葫蘆吊掛懸空，葫蘆連接滑輪，盾構掘進時，靠盾構機牽引滑輪前行。管線懸空，避免了與地面接觸摩擦，既能有效保護管線磨損，減小安全風險的同時，又能減少人力投入、節約時間、提高工作效率。

結束語

綜上所述，在盾構機掘進水土壓力不穩定的情況下，可采取安裝鋼套筒模式進行掘進施工，通過鋼套筒的密閉空間創造出適合盾構掘進的土壓平衡環境，從而實現始發掘進，在工期上，質量都滿足施工要求，值得借鑒推廣。

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