場地受限工況下大直徑盾構多次分體始發工程實踐

景海強

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場地受限工況下大直徑盾構多次分體始發工程實踐

景海強

（太原鐵路樞紐西南環線有限責任公司，山西 太原 030013；太原樞紐建設指揮部，山西 太原 030013）

隨著盾構施工在隧道施工領域日漸興起，盾構分體始發技術研究日趨緊迫。太原鐵路樞紐西南環線盾構區間φ12.14 m大直徑盾構大坡度淺覆土始發掘進技術難度大、安全風險突出。在工程實踐中，采用多次分體始發，在場地受限等復雜工況下安全、高效地完成組裝及始發掘進工作，對類似工程施工有較好的借鑒意義。

大直徑盾構；復雜工況；分體組裝；始發方案

1 前言

盾構始發掘進是盾構掘進施工的第一步，盾構機安全順利、精準地始發對盾構區間的掘進施工至關重要。一般情況下，盾構機采用整體始發方案，包括盾構機吊裝下井、拼裝，盾構機調試，后配套下井、拼裝，盾構機始發四個步驟，既能節省人力、物力、財力，又能縮短工期。但在某些特殊情況下，大盾構機始發受制于工況環境、安全性等因素，需分體始發。本文通過太原鐵路樞紐西南環線盾構項目φ12.14 m大直徑土壓平衡盾構機分體始發實踐，介紹了特種工況下如何安全、高效地分體始發大直徑盾構機工法。

1.1 一般情況下盾構整體始發場地的布置

一般情況下，盾構始發均采用整體始發方法，要點如下：①盾構始發前，施工現場地面按照盾構機吊裝方案進行盾構機吊裝區域的場地硬化；②按照設計施工圖紙進行端頭加固處理；③根據出渣量，合理確定渣土池臨時存土量，并規劃出渣路線；④安裝龍門吊，用于盾構掘進消耗材料的垂直運輸；⑤合理布置管片、油脂泡沫等消耗材料的存放區域和機加工區域等，使現場整齊劃一；⑥安裝砂漿攪拌站，用于拌制同步注漿砂漿；⑦井下進行始發導臺、臺車后移軌道安裝等工作。

根據盾構機整機布置，施工現場按照順序依次將后配套臺車、盾體吊放下井后進行組裝調試，期間進行反力架安裝加固、洞門破除施工。

1.2 特殊情況下盾構分體始發

當施工現場不具備盾體及后配套臺車全部下放后進行整體始發的條件時，則采用分體始發方案。

2 本盾構段工程概況

本工程為太原鐵路樞紐西南環線東晉隧道，其中下穿太原市主市區盾構施工，盾構始發井及明挖段采用明挖法施工，盾構機包含盾體、設備橋、后配套臺車、旋轉平臺在內，全長約200 m。

3 盾構始發難點

3.1 盾構機多次分體始發

盾構機分體始發負環管片質量約12 t，且在拆除過程中配套臺車位于其正下方，拆除施工安全控制難度大。二次始發需拆除盾構機管線，此時盾構機不具備向刀盤前方、盾體周圍注入膨潤土的能力，對地表沉降控制難度大，對工期要求嚴格。多次分體始發涉及工序繁多、交叉施工多，施工安全控制難度大。

3.2 -10環拼裝控制不易

﹣10環拼裝在盾尾內空拼成環后，整環后推至反力架，姿態控制難度大。﹣10脫出盾尾后，由于沒有四周地層的包裹力，成型管片橢圓度控制難度大。

4 設計施組盾構始發方案

本工程所采用“麒麟號”盾構機設計長度為220 m，現場明挖段加盾構始發井全長104 m，現場不具備盾構整體始發條件，在盾構機首次始發時，設備橋中部兩節、3#拖車、后置平臺、轉向系統等不進行組裝，暫存地面，其余部件下井組裝進行分體始發。

4.1 設計施組盾構始發

盾構機調試完后開始安裝負環管片。拼裝前，在千斤頂與盾尾密封刷之間焊接40～50 mm的方鋼導軌。管片通過拼裝機拖拉至真空吸盤可以吸附的位置后，用拼裝機拼裝第一塊標準塊，用推進油缸將管片頂推到固定位置，然后用螺栓將管片與反力架連接緊固。依次拼裝完成其他標準塊和兩塊連接塊，最后拼裝封頂塊，完成-10環管片的拼裝。依次進行管片拼裝施工，在-3環頂進時，盾構機刀盤距離掌子面30 mm，在此之前完成盾構機與連續皮帶機的聯合調試，保證渣土順利運輸，盾構刀盤到達掌子面后旋轉刀盤，并控制好盾構掘進參數及姿態，完成盾構始發段220 m的施工。

4.2 負環整環拆除施工

盾構掘進到達220 m處后，進行負環管片和反力架的拆除施工。在拆除前，先拆除反力架。拆除反力架時，先將反力架上半部分基準環吊裝至地面，再將反力架背面的支撐割除吊裝。吊裝時，采用龍門吊通過φ32 mm的鋼絲繩將反力架上半部分，依次從上到下拆除上橫梁、左上角撐和右上角撐和右側立柱四個部分。吊裝前，將反力架之間的連接螺栓全部拆除。在反力架拆除完后，依次拆除-10環至-1環。

4.3 設備橋、臺車組裝施工及正常推進

在井口負環管片拆除施工過程中，洞內將設備橋第四節與第一節分離，并通過2臺160 t的卷揚機將二號臺車、一號臺車以及設備橋第四節整體拉至明挖段內進行設備橋組裝，同時地面進行設備橋第三節的組裝施工。將設備橋第四節拉至明挖段內后，將設備橋第三節吊裝至井下與設備橋第四連接，再將整體繼續向后拉，將設備橋第二節吊裝至井下與設備橋第三節連接。

連接完成后，通過卷揚機將整體向前拉至二號臺車，剛好在洞內進行三號臺車的組裝施工，完成后繼續向前拉，依次組裝臺車后置平臺和砂漿車調轉平臺，完成盾構分體二次始發后的正常推進。

5 實施性施組分體始發方案

5.1 設計施組方案存在的問題

如果按照設計施組始發方案，在盾構繼續向前掘進過程中，在220 m處停機進行盾構機組裝施工將會面臨多種施工困難，具體如下：①在區間220 m處停機處，地面附近有建筑物，如果盾構停機較長，將會引起地層沉降導致建筑物開裂的問題，影響極大；②停機期間內，由于臺車后移，洞內電源被切斷，盾構機刀盤無法轉動，無法向前推進，且無法向刀盤前、盾殼周圍注入膨潤土漿液，以防止盾體“抱死”，造成安全事故；③臺車后移前，需購置大功率卷揚機提供動力，訂做鋼軌作為臺車后移的軌道，但軌道制作成本大，后期無法回收利用。

5.2 優化后實施性施組方案

考慮到以上環境、設備風險和投入成本大等因素，經參建單位論證研究，決定優化設計始發方案為：在盾構始發掘進至17環處拆除-10至-4環上半部分管片，將設備橋第二、三節吊裝下井后進行組裝并二次始發；當盾構掘進至57環位置后進行3#拖車吊裝組裝施工，同時拆除反力架上部橫梁及基準環、東側立柱以及-3、-2環上部，啟動第三次盾構始發掘進至220 m處；此后完成剩余后置平臺和旋轉平臺的吊裝組裝施工，進入正常盾構機推進流程。

5.3 盾構始發具體實施

5.3.1 實施性施組盾構第一始發

按照實施性施組進行盾構第一次始發方案施工，在施工過程中，較好地控制了洞門涌水、涌砂等問題，未發生地層沉降事故，盾構機安全、順利地完成了第一次始發至17環施工任務。

5.3.2 負環拆除前加固施工

通過施工模擬，盾構掘進至17環時，設備橋1#車尾部剛好進入-3環，而設備橋僅長12 m，現場只需拆除-10環至-4環7環管片共計14 m，即可滿足設備橋2#、3#吊裝下放條件。由于盾構掘進距離較短，在進行二次始發施工時，已拼裝管片不能提供足夠的摩擦阻力來保證負環管片拆除過程的施工安全，因此，在負環管片上半部分拆除前，除進行同步注漿、管片背部二次注漿施工外，還在負環底部通過鋼絲繩與導臺拉緊。在設備橋組裝完成后，盾構掘進過程中盾構上部沒有推力，因此通過在拆除后的負環管片上架設鋼支撐即可滿足盾構掘進施工需求。

5.3.3 -10到-4環上半環拆除施工

本臺盾構機的連接橋最寬尺寸為9.78 m，為保證連接橋在可以順利下井進行組裝完成二次始發，在負環管片拆除過程，需至少滿足9.9 m的凈空，且在拆除時保證下井前后內部空間一致，即-10、-7、-6、-5、-4環管片拆除上面部分4塊，-9、-8環管片拆除上面5塊，且在拆除過程中及時對負環管片外側進行加固，保證施工安全，此后進行盾構的二次始發至17環位置。

5.3.4 設備橋組裝吊裝

在設備橋吊裝之前，先將第一節設備橋與第四節設備橋分離，并通過卷揚機將2#拖車與第四節設備橋整體拖拉至明挖段內部。設備橋在地面組裝完成后，用160 t汽車吊使設備橋第三節從負環頂部下井，后端與設備橋第四節連接。在前端做好支撐工作和吊車摘鉤。地面組裝設備橋第二節，完成后吊至井下與設備橋第三節進行連接，該過程與第三節組裝下井過程相同，注意過程中的安全及質量監控。

5.3.5 負環拆除后加固

在設備橋組裝完成后即進行盾構掘進施工，為防止盾構機千斤頂上部油缸在頂推過程中-3環上半部分管片因受力而向后移動發生安全風險，在反力架與-3環管片之間用5根φ609 mm的鋼管撐進行支撐。

5.3.6 2#、3#臺車組裝施工

盾構機掘進拼裝完成57環后，此時2#臺車剛好進行洞內進行3#臺車組裝施工，本工程盾構機第3#臺車總質量為97 t，3#拖車零部件在地面進行整體組裝，組裝完成后，采用400 t吊車進行整體起吊下井，在井下與2#拖車連接，完成整機組裝工作。

5.4 后置平臺、回轉平臺組裝

在3#臺車組裝完成后，3#臺車尾部已進入+3環位置，即可用200 t汽車將后置平臺吊裝組裝施工，與此同時進行倒漿地泵和膨潤土發酵池安裝，然后盾構繼續掘進至隧道內25 m后進行回轉平臺下井工作，使用200 t吊車將回轉平臺中部吊入隧道內，與回轉平臺前部連接。連接完成后，將回轉平臺后部吊至井下，順序與前部相反，待全部連接工作完成后，開始調試工作，調試無誤后恢復正常掘進。

6 結語

太原鐵路樞紐西南環線盾構區間φ12.14 m大直徑土壓平衡盾構機多次分體始發的成功實施，為類似的大直徑盾構機分體始發、淺埋掘進、長時間停機等關鍵工序提供了可靠的工程實踐。

［1］陳饋，楊延棟.中國盾構制造新技術與發展趨勢［J］.隧道建設，2017，37（3）：276-284.

［2］朱滬生，鄭世興，易宏.復合式土壓平衡盾構機穿越閩江強透水砂層技術研究［J］.城市軌道交通研究，2017（1）：31-36.

2095－6835（2019）02－0118－02

U455.43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.118

〔編輯：王霞〕