極小始發井下盾構分體始發問題探討及解決

（中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016）

為減少施工對城市交通的影響，部分隧道線路在規劃時會限制始發井尺寸[1]。然而，在部分特殊地域，隧道始發井會被限制為極小尺寸始發井，例如，在新加坡、中國臺灣地區等地隧道始發井均為極小尺寸始發井。在現有技術中，針對始發場地受限的施工案例，對始發過程中的下井順序及負環拼裝工序有詳細介紹[2]，對始發過程中的推進參數有詳細闡述[3]，對始發過程中的液壓流體管線及電氣線路的連接也均有詳細說明。此外，在針對始發井尺寸受限的情況下，對多種分體始發方案進行了詳細的對比分析，并選取了較優方案[4]。然而，上述施工案例在盾構分體始發時，始發井空間可以容納管片運輸及吊裝、渣土輸送裝置，從而滿足管片拼裝及出渣需要。當始發井為極小始發井時，由于結構空間限制，盾構會面臨嚴峻的出渣工序問題及管片拼裝等問題。另外，為了及時將填充至管片背部的漿液凝固，從而控制管片懸浮及地表沉降，部分盾構會采用雙液注漿系統[5]。當始發井為極小始發井時，為避免雙液注漿在長距離始發時反沖洗管路中的漿液凝固，雙液注漿下放問題也亟待解決。

本文針對極小始發井，對盾構分體始發過程中遇到的問題進行討論，并提出解決方案，為后續極小尺寸始發井下盾構的分體始發提供理論依據。

1 分體始發問題

圖1 為新加坡某項目始發井尺寸圖，井長約30m，出渣口尺寸為7.5m×4m，用于吊運渣箱及下放管片。根據招標要求，管片環寬L=1.4m，開挖直徑D=6.68m，采用土壓平衡盾構施工，正常掘進時采用皮帶機配合礦車出渣。盾構主機長度為14.5m，去除出渣口及邊墻余量尺寸，剩余約6m 長空間。因此，基于此極小尺寸始發井，盾構在采用分體始發時，會面臨下述問題。

圖1 極小始發井尺寸圖

1.1 出渣問題

在常規分體始發案例中，盾構主機下井后，后配套拖車因為尺寸限制不足以全部下井，可將皮帶機出渣口前移，作為臨時皮帶機使用，配合礦車達到運輸渣土的目的，圖2 所示為常規分體始發出渣示意圖。

圖2 常規分體始發出渣示意圖

在極小始發井始發條件下，由于受到結構空間限制，主機下井后，剩余空間不足以放置一個臨時皮帶機進行渣土輸送。為此，只能依靠礦車直接從螺旋輸送機出渣口接收渣土，從而將渣土從始發井出渣口吊出。每環的出土方量Q環為

式中D——盾構開挖直徑，為6.68m；

L——管片環寬，為1.4m；

α——渣土松方系數，參考該項目地質情況，選取為1.5。

由式（1）求得每環的出土方量為73.6m3。如圖1 所示，根據結構尺寸，可采用的最大渣斗方量為6m3。采用該渣斗出渣，每環需出渣13 次，既每環需要頻繁停機13 次，從而極大地增加了運渣時間。

1.2 雙液注漿下放問題

雙液注漿具有凝固時間段、固結強度高的特點，施工中可以有效降低管片上浮并控制地表沉降。然而，由于雙液注漿凝固快的特點，當每環注漿完后，需對雙液注漿混合處管路進行徹底的水沖洗，以防止管路堵塞。根據項目設計需要，雙液注漿罐體放置于二號拖車上，雙液注漿控制系統放置于設備橋上。根據圖1 所示始發井所示，雙液注漿罐體無法隨同主機始發。當進行長距離始發時，為避免因距離過長，導致雙液注漿管路沖洗污水因長距離運輸而堵塞管路，雙液注漿控制系統應跟隨主機進行始發。

1.3 管片拼裝問題

如圖3 所示，管片從始發井出渣口下放至管片小車，并通過礦車運輸至拼裝區域。在常規始發井始發時，由于始發井尺寸足夠，管片吊裝系統既管片吊機和管片運輸系統以及管片運輸小車可跟隨主機一同始發，管片可正常完成拼裝。

圖3 管片轉運示意圖

當在極小始發井始發時，由于管片運輸小車和管片吊機無法隨同主機一起始發，管片在跟隨礦車運輸至拼裝區域時，因方向垂直于正常拼裝方向，無法完成拼裝。為了拼裝管片，需在螺旋輸送機尾部懸掛吊點，依靠手動吊運裝置將待拼裝管片吊起并通過人工將待拼裝管片旋轉至拼裝方向，然后將待拼裝管片下放至編組軌道上，通過管片拼裝機拖拽至拼裝區域完成管片拼裝。

上述管片吊運及旋轉方法雖可完成管片拼裝，但因其需要人工操作，且工序復雜，會極大增加管片拼裝時間。此外，由于人工參與程度較高，會極大地提高施工風險。

2 解決方案

針對上述極小始發井下分體始發問題，可采用在螺旋輸送機出渣口處連接排渣箱體、主機后部拖拉臨時平臺以及管片臨時轉運小車轉運管片工序，如圖4 所示。

圖4 極小始發井下始發工序示意圖

2.1 排渣箱體

如圖5 所示為排渣箱體結構示意圖，排渣箱體連接在螺旋輸送機出渣口，渣土通過螺旋輸送機出渣口進入排渣箱體，然后經過延伸管路排出。其上設計有渣土改良孔，可以通過改良孔對排渣箱體內的渣土進行潤滑改良，從而促進渣土的排出。

圖5 排渣箱體結構示意圖

經排渣箱體與延伸管路對渣土進行延伸后，接渣區域空間增大。根據結構空間尺寸要求，可采用15m3或18m3渣車進行接渣，根據每環的出土方量Q環為73.6m3，每環運渣4～5 次即可完成渣土運輸，從而大大縮短渣土運輸時間，提高掘進效率。

2.2 臨時平臺

臨時平臺通過連桿連接于管片拼裝機尾部，可以跟隨主機一起始發，臨時平臺可根據始發井尺寸要求設計合適的尺寸。臨時平臺上放置雙液注漿控制系統，包括雙液以及反沖洗水控制閥塊和流量計，并通過管路連接于主機上的注漿管路。當每環注漿完成后，可通過雙液注漿控制系統對主機上的注漿管路進行沖洗，沖洗污水可直接通過管路排出，降低管路因漿液凝固而堵塞的風險。

2.3 管片臨時轉運小車

如圖6 所示為管片臨時轉運小車結構示意圖，可跟隨礦車將管片轉運至管片拼裝區域。其上設計有轉動油缸，可帶動管片進行旋轉。當管片跟隨管片臨時轉運小車轉運至管片拼裝區域后，管片臨時轉運小車轉動油缸帶動管片旋轉至拼裝方向，通過管片拼裝機完成管片拼裝。通過上述裝置可在始發時減小管片拼裝過程中人工參與程度，縮短管片拼裝時間，提高掘進效率。

圖6 管片臨時轉運小車結構示意圖

3 結論

本文針對極小始發井，對盾構分體始發過程中遇到的問題進行討論，并提出解決方案，得到下述結論。

1）在極小始發井下，盾構在螺旋輸送機出渣口可安裝排渣箱體及延伸管路來增加容納大方量渣車的空間，從而提高始發掘進效率。

2）在盾構始發時，雙液注漿控制系統應跟隨主機同步始發，以防止管路堵塞的風險。

3）在極小始發井下，盾構可采用特殊裝置——管片臨時轉運小車來旋轉管片，縮短管片拼裝時間，提高掘進效率。