基于盾構分體始發施工技術

楊洲 孟令祥 賈龍 張強 高峰

【摘要】現國務院高度重視推進城市地下綜合管廊建設，沈陽市內老城區地下管線縱橫繁雜，交通規劃不夠完善，結合沈陽市地下綜合管廊工程某盾構區間，盾構始發豎井僅51.4m，不能滿足盾構整體始發，總結分體始發施工技術，為同類城市地下管廊采用盾構法分體始發施工提供技術參考。

【關鍵詞】地下管廊;盾構施工;分體始發;節約場地

1、工程概況

沈陽市城市地下綜合管廊（南運河段）工程，D1～D2盾構區間使用北方重工的土壓平衡盾構機分體始發掘進。區間隧道最小覆土5.8m，最大覆土約 22.5m，最大縱坡坡度為21‰。

2、盾構分體始發

盾構機設備總重量約為450T，盾體長度為9287mm（含刀盤），包括后配套總長度約為78m，盾構機刀盤直徑為6280mm。盾構機整機總長約78m，D1盾構井結構總長51.4m，盾構井結構尺寸無法滿足盾構整機始發，故采用盾構分體始發，即盾構機主機、設備連接橋、G1車架、及G2車架放置于井下，G3～G6車架放置于地面，井上井下設備通過延長管線連接。

（1）將盾構機主機、連接橋與G1、G2臺車連接，G3～G6臺車放置于地面上利用延長管線與盾構機G2臺車連接;

（2）臨時出渣設備的皮帶輸送機安裝在連接橋上;

（3）盾構始發進入加固區，掘進速度緩慢，約為10～20mm/min，因為盾構井尺寸小，只能放置一節渣土車，用卷揚機進行水平運輸;

（4）在盾尾脫離加固區時，盾構機向前掘進20m，此時將電瓶車、砂漿罐車及兩輛管片板車吊下井，編組使用;

（5）在盾構掘進至60m，盾構井底板足夠容納所有臺車，于是拆掉所有轉接管線，臺車全部下井，安裝好皮帶機，正常連接管線，電瓶車掛三列渣土車、一列砂漿罐車、兩列管片車，至此，轉接始發掘進完成，開始正常掘進。

3、端頭降水

在盾構井始發、接收端頭降水，主要利用盾構井開挖時井口周邊打設的降水井進行降水。端頭降水于盾構始發前一個月開始降水，降水水位需降至豎井底板下1m以下。

4、始發基座安裝

盾構機重約300t，始發架為長度為9.5m，寬4.470m的鋼結構。始發架基準標高較設計軸線標高抬高2cm，在確保始發架與設計軸線和標高無誤，將始發架與底板上的預埋鋼板進行焊接，始發架與端頭結構墻和反力架之間用型鋼進行支撐。

5、盾構及后配套下井組裝

盾構機的吊裝分兩部分進行，首先起吊一號臺車、橋架、螺旋輸送機、盾體及刀盤，最后反力架就位、組裝。在進行第二部分的組裝，將G3、G4、G5、G6臺車按順序在地面端頭井一側成一字排開并進行臺車之間的連接，最后將G1臺車和G2臺車之間的管路連接，G2和G3之間采用延長管線井上井下連接。

6、始發洞門準備

（1）水平探孔檢測

盾構始發、到達前，應對端頭加固質量進行水平超前探孔檢查，若超前探孔有水，則采取降水井降水。

（2）洞門鑿除

洞門圍護結構采用Ф800@1200mm鉆孔灌注樁施工，洞門直徑為6600mm，盾構機刀盤直徑為6280mm，洞門破除直徑為6600mm。強度等級過高對盾構機刀具磨損過大，綜合考慮洞門人工鑿除500mm，預留300mm為盾構掘進刀具切除。保護層的鑿除工作由上至下完成，玻璃纖維筋的割除應自下至上切割。

7、負環管片安裝

根據D1盾構井始發井長度為15.2m，吊裝孔長度尺寸為11.0m，設置反力架的位置，確定負環管片環數。反力架前端中心里程：D=D洞門+始發架長度+端墻厚度。

負環管片拼裝：

負環管片拼裝前檢查手涂盾尾油脂填充量是否達標。第一環負環管片先拼裝A2型管片，再依次拼裝A1型管片、A3型管片，再拼裝鄰接塊B1、B2及封頂塊，拼裝時交叉拼裝管片;管片拼裝就位后用7字型鋼焊接在盾體上固定管片，第一環負環管片拼裝完成后，用推進油缸把管片推出盾尾，推進時，注意控制四組推進油缸行程，盡量控制四組油缸行程保持一致。

負環管片拼裝的要點是，-8環管片與反力架基準環間采用特殊螺栓連接，利用管片拼裝機在盾尾內整環拼裝后，利用推力千斤頂將-8環管片推出盾尾，并與反力架基準環緊密連接牢固。其他負環管片安裝與正常掘進管片拼裝相同。

在管片脫出盾尾后，必須在始發架軌面與管片之間焊接具有足夠強度和剛度的型鋼墊塊支撐管片。

始發階段負環管片拼裝形式全部采用通縫拼裝，利于快速拆除始發負環，盾構進洞前在尾盾的盾尾油脂注漿管旁焊接直徑20的鋼筋，有利于隧道管片進洞后盾構姿態調整。為防止負環管片失穩，使用5T鋼絲繩將管環緊固在始發基座上。

8、盾構始發參數設置

（1）土倉壓力P的設定

主要取決于刀盤前的水土壓力，一般在P1=0.05～0.13MPa范圍內取值。具體值按下面公式計算：

P=K×h×r

r-土體的容重

h-刀盤頂部的覆土厚度

K-土的側向靜止壓力系數

進入加固區后開始逐漸建立土倉壓力，直到出加固區前1m，上部土倉壓力控制在0.5～0.7bar，下部土倉壓力控制在0.9～1.1bar。土倉壓力按照公式計算：P=13×0.39×2.03/100=0.103MPa。

（2）推進速度

在初始階段時，推進速度要慢，速度應控制在10～20mm/min之內，待盾構機完全進入土體后掘進速度逐漸調整為20～40mm/min。

（3）出渣量控制

每環理論出渣量V=πD?/4×L =3.14×6.28?/4×1.2×1.2=44.6m?;盾構掘進時出渣量控制在97%～103%之間，即43m?/環～46m?/環。

（4）同步注漿

同步注漿量：V=π（R?-r?）×L=3.14×（3.14?-3?）×1.2=3.24m?。本區間隧道位于中粗砂、礫砂及圓礫地層，該地層地下水豐富，盾構多次穿越南運河水域，綜合考慮實際注漿量充填系數為2.2，實際注漿量為7.1m?。同步注漿壓力控制在0.2～0.35MPa。盾尾全部進入土體開始進行同步注漿，剛開始注漿時安排專人在洞外觀察，防止壓力過大造成盾尾密封失效或地面隆起。

（5）渣土改良

盾構機在掘進時，使用泡沫劑對渣土進行改良，可有效地增強渣土的流動性及止水性能，并能降低渣土內摩擦角、減小對刀具的磨損。泡沫溶液由泡沫添加劑和水組成，其中泡沫添加劑占3%～5%，水占95%～97%;泡沫由壓塑空氣和泡沫溶液組成，其中壓塑空氣占90～95%，泡沫溶液占5～10%;泡沫的注入量一般取經驗值30～60L/環。

結語：

結合D1盾構井成功的盾構分體始發施工經驗，有效節約了施工場地的利用率，顯著提升工作效率，工期明顯縮短，施工過程得到有效保護，避免災害發生，產生了顯著的經濟效益，可為同類盾構分體始發提供參考價值。

作者簡介：

楊洲（1994.10-），男，漢，吉林長春，技術員兼助理工程師，本科，中建八局軌道交通建設有限公司，市政工程。