地下空間盾構機主機臺階式降落施工技術研究

崔瑤瑤 張瑞亮 龐丕杰

1.中船重工（青島）軌道交通裝備有限公司 山東青島 266111；2.青島德瑞匯豐環保科技股份有限公司 山東青島 266001

目前，盾構施工技術的應用非常廣泛，如西氣東輸、公路隧道、水工隧道和城市隧道工程。隨著盾構機技術和盾構施工技術的日益成熟，盾構施工在地下隧道工程中發揮了非常重要的作用。至于未來地下空間的發展，隧道的建設已經地下80m，甚至超過110m，主要工程項目包括高速鐵路和地下鐵路。隨著施工工作面深度的增加，施工條件也越來越復雜，需要穿越各種惡劣的地質條件。盾構機的施工能力和盾構法施工技術提出了新的問題，迫使需要開發新的盾構施工技術。

1 盾構施工的前沿技術

如今，雖然盾構機的內部技術和盾構法的施工技術有了長足的進步，但盾構機技術和盾構法仍然面臨著許多問題。

1.1 母子泥水盾構機

母子泥水盾構機將通過子盾構機與母盾機分離并繼續挖掘的方式來理解挖掘不同內徑的隧道，從而使盾構機完成地鐵站和地鐵隧道的建設。

1.2 分杈形盾構機技術

分散式盾構機，其中小型盾構機可以垂直挖掘另一條隧道。可在水平和垂直方向交替調諧，這種盾構機可以避免切樁的情況出現。

1.3 盾構機常壓換刀技術

目前，刀具更換在實際盾構法施工的過程中，是一項非常棘手的問題。在復雜的井下條件下，工具容易磨損，手動更換工具不僅需要停機，而且存在有一定的安全隱患。目前，我國對人工操作的應用廣泛，對刀具的更換還沒有采用自動化技術。日本雖然開發了自動換刀技術，但其應用范圍有限，只能應用于地表以下20m的深度[1]。

1.4 復雜地質超前地質預報技術

超前地質預報的常規方法有超前鉆探、地震反射、電磁法、直流法等。但可用于盾構施工的預報技術還十分有限，檢測精度和與施工配合還有待提高。

復雜地質超前地質預測在隧道施工中具有成熟的應用案例，如TRT（獅子洋水下隧道）反射影像、CT跨孔地震層析成像、先進的電監測技術（射線技術）、雷達穿透地面等待。

2 盾構機出洞方法設計

三臺盾構機的進出隧道均在崗廈東北部，崗廈北站東端為地下3層框架結構。兩臺Φ6980用于剛黃段，一臺Φ6480用于輸入輸出部分。隨著盾構車從隧道中出來，車站主體基本完成。盾構機沿隧道方向12m處鋼下北分配器端壁中間板落差半徑；盾構機必須穿過下降半徑才能到達上升孔（12m*5m）。一旦底部進氣板和右側進氣區的側壁和中間板的施工完成，應切割4個格子柱，以提供屏蔽接收位置[2]。

接收港黃段隧道底部距底板約2.24m，盾構機立架不能突出太高，否則盾構中心安裝盾構機后機器太高，總重量增加，平移和破壞安全的風險會增加。同時，汽車防護罩在踩踏時，要避免落到結構上的半徑。因此，只能使用常規的臺階架，同時應升高1.74m。盾構機主體進入行走架后，行走架位于下油缸下沉部分的底部，沿隧道方向向前移動9.3m到達起重機。出位，先到達抬升位置再抬出。

到入口線左側車道，先將行走架抬高約1.751m，待盾構完全進入行走架后，下至下沉段底部，再向南移動約10m，然后坐下回到底部，然后向前移動約3.8m；再次移動然后抬起，框架將在釋放軸上轉動并抬起。

穿越崗黃左線，先將行走架抬高1.1m，待盾構完全進入行走架后，下降至下沉段底部，再向前行走約3.8m；然后將其水平移動并抬起，框架從井中返回起點。

由于縱向鄰居對黃線右側力場運動的影響，一開始就建相鄰的柱子是不明智的，柱子應該上升1.1米左右。一旦防護罩完全安裝在底部，它們就會潛入隧道底部，向北約9.5米，向前移動3.8米，然后向上移動，然后返回筒倉懸掛。

3 盾構機臺階式下降設計

盾構機取定標架下方平放鋼支架φ609，出孔升起臺階架，使臺階架中心線與盾構機中心線相等。根據隧道底部與底板距離的不同，選用0.5m和1m兩種鋼支撐段，在進行微調時，應采用工字鋼進行[3]。

盾構機兩側大沖擊油缸為降落設計，使盾構機下降平穩平穩。由于盾構機總重量600T，受空間尺寸限制，油缸安裝位置不能超過盾構機最大直徑位置。針對此設計盾構機下降油缸的行程，具體如下：

行程L：大于1.5m，盾構機可以一次下降到位。但是油缸零行程的基礎尺寸的關系，盾構機下面安裝空間尺寸不足，無法采用。

行程L：0.5m＜L＜1m，盾構機需要分多次下降才能到位，工作效率不高，避免采用。

行程L：1m＜L＜1.5m，盾構機分2次下降才能到位，滿足工作狀況，提高效率。

為此，盾構下圓柱體的最佳路徑是1.1米，這意味著必須使用連續下降來構建盾構。在液壓系統設計過程中，充分考慮了管道和油缸的減壓，并引入了潤滑油雙重控制，防止護罩突然墜落，使得安全隱患得到有效地降低[4]。

4 施工準備

將盾構機到達的區域平整，放置20mm厚的鋼板，將鋼板間的接縫間斷接合，將黃油涂抹至鋼板的表面。

鋼支架檢查：安裝前全面檢查，特別是法蘭面，應平整，如有不平整，應修整，鋼支架中心用φ12U型鋼拉鉤進行焊接。

鋼支撐的第一層安裝完成，在安裝的過程中，在卷揚機的方向安裝拉鉤，并利用水平尺進行調平，針對進架區域的四周以及過渡區域的四周采用20#工字鋼三角支撐的方式進行固定。

鋼支撐的第二層，其拉鉤同樣在卷揚機的方向進行安裝，在進行調平時，應采用水平尺進行。

安裝步進架，過渡段中心線應與盾構機中心線重合。使用工字鋼墊調整踏板架的水平。用鋼支撐做大斜撐，加固踏框端部，以避免步進架主線滑動的現象。

盾構機從洞口出來，氣推緩緩地放在架子上。觀察前后：例如通道段+支撐架+鋼護盾緩慢滑動時，發現異常及時停止推動，完成處理加固后再繼續。

一旦盾構機到達縮放框架，將盾尾后面的所有配件和管道分開。

盾構機支架與臺階架全連接。可以使用鏈鋸或鋼板焊接，防止盾構機打開時機架掉落。

下降油缸聯軸器座安裝在盾構機上。焊接三角形連接的底座必須牢固，多層魚面，避免虛焊的情況出現。

安裝起落油缸和連接座及液壓系統。根據著陸油缸零沖擊長度，在著陸油缸支架下墊下放置長度為0.5m的鋼支架φ609。

檢查液壓系統。多個下降油缸的油管內外方向必須同步。安裝油管使用方便，易于觀察。能及時發現油管漏油等緊急情況。

拆下通道段與分體腳架的連接螺栓，拆下過渡段和過渡段的鋼支撐。

5 盾構機下降

拆除第二層鋼支撐四周的用于固定的工字鋼以及步進架上前端用于固定的大斜鋼支撐。

除非障礙解除，否則水力站無法啟動。聯合指揮官一起發出命令，一名特工被觀察員包圍，看著盾牌升起來。在異常的情況下，與指揮官及時反饋和立即停止升盾。

盾構機步進架與第一層鋼支撐完全分離及停止提升。

檢查液壓系統是否有漏油現象。鎖住操作閥，禁停觀察油缸是否回縮現象。液壓站不能停止工作，時刻保持電機運行。

確定安全后，采用長勾的方式，勾住第二層鋼支撐，由卷揚機進行牽引，從外向內逐個、逐層進行拆除。

拆除完成后，確定盾構機+步進架下無障礙物后，緩慢回收下降油缸。

檢查第一層鋼支撐穩定情況，以及全部液壓系統，發現問題及時處理。

檢查下降油缸與盾構機之間三角形連接塊的焊縫，出現裂紋進行補焊。

盾構機+步進架降落至底板。再進行盾構機的步進、平移、方向旋轉調整。

6 盾構法施工技術應用特點分析

6.1 對地面影響較小

針對具體的盾構法施工技術手段的運行和實施過程進行分析，可以看出的是，在實施操作中不需要對地面相關場地進行處理，盾構機在施工操作中沒有較大的噪聲和震動威脅。這樣就不會對地表建筑物和周圍的人造成明顯的干擾，以此導致這方面的優勢與開挖處理進行比較更加明顯。

6.2 施工精度較高

對于盾構法施工技術工具的具體操作和應用，對施工精度也能表現出理想的積極作用。這種施工精度檢查主要是為了促進相關誤差得到有效檢查，特別是盾構挖掘機的詳細檢查和校正，可以檢查0.5mm以內的誤差，這將不可避免地避免在施工過程中出現的導流問題，出現過去修建地鐵隧道容易出現的問題。

6.3 機械化程度高

在地鐵施工中有效利用盾構法施工技術也具有較高的機械化效果。可嚴格按照相關施工組織方案有效實施，使得施工推進的效率得到有效地提升，同時，其施工效率和水平也明顯有所提升，在很大程度上對地鐵項目的優化起到一定的推動作用。

6.4 要求較高

對于盾構施工技術在地鐵施工中的實施和應用，總的來說，對其有著較高的要求，同時，在很大程度上對技術的有效落實起到了一定的制約作用，以實際的施工過程為例，在操作的過程中，它不能后退，只能在施工作業中前進。在操作中使其容易出現一定的故障，并成運行偏差的情況出現，形成事故屏障。另外，從質量方面來看，盾構挖掘機對其自身有著較高的要求，應確保其精度和整體協調的合理可靠性得到保證。

7 盾構法在地鐵施工中的應用

7.1 始發豎井

豎井是用來裝配盾構機的，所以在施工前，必須根據裝配工藝的要求確定建筑物的尺寸。一般井寬比盾構機直徑多1.6-2.0m，長度應滿足設備和工作空間的安裝要求。

7.2 盾構拼裝

盾構機頭一般由廠家組裝，然后整體運輸到現場。但鑒于我國城市道路的運輸能力和通過能力，往往采用分體式運輸，分為刀盤、上盾殼、下盾殼和車主四部分，然后組裝在豎井上考慮到單個零件的重量約為30t，在選擇起重設備時，可以使用港口起重機或汽車起重機。具體安裝時：安裝防護罩底座，測量推力軸和防護罩初始導軌；將屏蔽殼提起并精確安裝在底座上，以確保牢固抓握；抬起主機，將刀頭固定在主機上；將屏蔽罩的上屏蔽罩和屏蔽罩的底殼安裝在一起，組裝完成。其中，反作用力裝置包括兩部分：固定支撐座；臨時支撐墊。負環段通常用作支撐反應框架。由預制隧道管片拼接拼裝而成，均為閉環。

7.3 進發導口

入口閘門位于開挖方向，其作用包括三個：保證開挖面的穩定性；防止山體滑坡；并防止地下水泄漏。在隧道開挖之前，土壤加固主要采用注漿和凍結方法。鋼筋的范圍應大于屏蔽的長度，直徑應檢查在屏蔽直徑的2倍左右。

7.4 洞口止水

隧道洞口外徑與盾構外徑之間存在一定的間隙，從而形成環形間隙，容易造成漏水、漏土及后續的泥土沉降，使得盾構施工影響隧道安全。為避免這種現象的發生，在盾構隧道上門地面前部附近安裝橡膠圈和鋼板來堵住縫隙。一旦屏蔽進入地面，將鋼環板和預埋件連接起來，完全密封開口之間的間隙。

7.5 盾構始發

各項準備工作完成后，盾構機開始啟動工作，推力缸蓋反作用力裝置，啟動刀盤和推力缸，即可完成掘進和切割工作。當盾構刀頭斷地時，為避免截割土壤流失過多，造成斷面坍塌，土壓載艙應借助螺旋輸送機裝滿黏土，以確保艙內穩定。刀盤啟動前，確保處在滿倉狀態下，對土體進行切削盾構進入隧道后，必須同時安裝管片和平面噴涂機，為后續施工做好準備。推進油缸推進管段，推進過程和耦合過程循環進行，直至盾構機完全進入隧道。

8 結語

由于地下空間無法使用大型電梯，因此該方法解決了動力裝置無需大型起重機、縫線和鋼支撐即可重復使用的問題。