地鐵盾構分體始發技術探析

李永濤

中煤第三建設（集團）有限責任公司 安徽 宿州 234000

引言

目前，我國眾多城市正在開展城市地下軌道交通建設，其中地鐵車站一般設置于交通要道位置，周邊環境復雜，地面建筑、公共基礎設施眾多，且地質復雜，受施工場地和復雜地質水文條件雙重因素影響下，部分盾構區間采用分體始發的方式進行施工。盾構隧道工程建設的安全性受到極大關注。國內外已發生過多起盾構施工事故，導致重大的人員傷亡與經濟損失[1-3]。因此，從勘察、設計、施工到最終的驗收各個環節都必須嚴格按照國家及行業標準規范操作，才能確保工程建設的可靠性[4-5]。

在分體始發過程中，始發施工工藝難度大，施工效率低、進度緩慢，完成始發洞門封閉的時間延長，始發質量風險高。同時影響施工進度，制約工期。

本文以天津地鐵4號線南段工程第8合同段盾構工程實例為依托，基于盾構隧道分體始發施工過程中遇到的實際問題，并結合現場實際，對制約分體始發施工效率的原因進行分析，為類似工程建設提供相關經驗。

1 工程概況

天津地鐵4號線南段工程第8合同段成林道站～泰昌路站區間為地下區間，區間右線長1083.124m；左線長1088.171m。

區間平面最小曲線R=300m，線路縱斷面呈“V”字形坡，最大縱坡25.73‰，最小縱坡3.81‰，區間頂部覆土埋深約11.8m～22.6m。

區間所處地段屬沖積平原，地貌較平坦，地面高程一般為1.5～3.0m。工程涉及地層主要為第四系全新統人工填土層（人工堆積Qml）、全新統上組（河床～河漫灘相沉積Q34al）、全新統中組（淺海相沉積層Q42m）、全新統下組（沼澤相沉積層Q41h）、全新統下組（河床～河漫灘相沉積Q41al）、上更新統五組（河床～河漫灘相沉積Q3eal）、上更新統四組（濱海～潮汐相沉積層Q3dmc）、上更新統三組（河床～河漫灘相沉積Q3cal）、上更新統二組——淺海～濱海相沉積（Q3bm）。

始發井地層由上到下地層描述為：

雜填土，雜色，松散，稍濕～密實，含磚塊，水泥塊，石子；

素填土，黃褐色，松散，稍濕～密實，含磚塊，水泥塊，石子；

黏土，軟塑～可塑，中壓縮性；

粉質黏土，可塑狀態；

粉質黏土，流塑～軟塑，局部可塑；

粉質黏土，軟塑狀態、土質不均；

粉質黏土，可塑，局部軟塑，中壓縮性；

粉質黏土，密實狀態；

粉質黏土，可塑狀態、土質不均。

區間地下水主要分為以下兩種：

潛水含水層：指埋藏較淺的表層地下水，主要賦存于人工埋土，第Ⅰ陸相及第一海相粉土層、黏性土與粉土互層的空隙中。含水層水平、垂直向滲透性差異較大，當局部地段夾有粉砂薄層時，其富水性、滲透性相應增大。補給方式主要有大氣降水和地表水入滲，地下水有明顯的豐、枯水期變化，7、8月豐水期水位上升，4、5月枯水期水位下降，多年變化平均值在0.8m左右。由于含水介質顆粒較細，水力坡度小，地下水徑流十分緩慢，排泄方式主要有蒸發、人工開采和向地表水體、下部承壓水滲透，第Ⅱ陸相層（Q41h）粉質黏土及第Ⅲ陸相層（Q41aL）粉質黏土層（屬不透水～微透水層）可視為潛水含水層與其下承壓含水層的相對隔水層。場地潛水水位如下：初見水位埋深0.9～1.8m，標高0.8～1.39m，靜止水位埋深0.7～1.5m，相當于標高1.00～1.50m。本場區潛水水位一般年變幅在0.50～1.00m左右。

承壓含水層：第Ⅱ陸相河床～河漫灘相沖積層黏質粉土層及第Ⅲ陸相河床～河漫灘相沉積層粉質黏土，其透水性好，為承壓含水層，以其下透水性較差的粉質黏土層和粉質黏土層作為承壓含水層隔水底板，根據區間兩端成林道站泰昌路站抽水試驗資料，該區間承壓水位埋深3.1m。

1.1 分體始發方案

成泰區間始發受出土井口限制，無法滿足盾構出土、材料運輸等施工要求，只能利用盾構吊裝口進行出土及材料吊運，因此采用分體始發。始發時前將臺車及盾構機分別吊裝下井，臺車拉進至車站內部，臺車及盾構機之間橋架、雙梁、皮帶機等設備不進行安裝，臺車及盾構機之間采用管路連接，延伸的管路提前捋順放置于中板。始發時，臺車不隨盾體向前推進，待掘進距離大于后背臺車長度后，將臺車拉進洞內進行轉接，安裝臺車及盾構機之間的橋架、雙梁、皮帶機等設備。

2 分體始發中遇到的問題

通過對天津地鐵4號線8標成泰區間左線分體始發掘進施工過程各施工工序與正常始發掘進進行對比發現，制約分體始發施工效率的問題主要集中在以下幾個方面。

2.1 無法使用皮帶機，出土效率低

分體始發期間盾構機輸送皮帶無法正常安裝，因此只能從螺旋機出土口直接出土，受螺旋機出土口高度限制，正常大土箱（長6m×寬1.5m×高2m，容量18m3）無法使用，現場采用小土斗（1.5m3）進行出土，一次出土量小，出土次數較多，耽誤時間長，導致出土效率低下。

圖1 采用小土斗進行出土施工

2.2 管片拼裝困難

受井口運輸條件限制，雙梁無法安裝，管片必須一塊一塊從地面運輸至井下，再水平運輸至拼裝區域，管片運輸效率大大降低；同時又因為無法安裝雙梁，水平運輸電動葫蘆高度不夠，單塊管片通過平板車無法直接運輸至電動葫蘆下方，需要人工采用手拉葫蘆將管片送至電動葫蘆下方，再通過電動葫蘆二次倒運至拼裝區，延長了管片運輸時間，管片拼裝效率低下。

圖2 管片單片運輸

圖3 管片二次倒運

2.3 管線延伸困難

盾構分體始發期間臺車無法前移，隨著盾體不斷前進，盾構機管路需不斷延伸加長，管路加長后接頭增多，薄弱點多，但隨著管路接長，因管路拖拽造成損壞、漏油等現象；同時管線線路較長，管路混亂繁多，延伸過程較為煩瑣，耽誤時間較長，且延伸過程也會對管片造成一定污染。

圖4 盾構機管路整理、延伸

3 應對措施和控制要點

3.1 定制加工土箱

根據現場情況定制加工了長3.4m×寬1.4m×高1.3m、容量為6m3的土箱，該土箱尺寸為項目部深思研究后既能保證土箱所有角落均能裝滿土，又能滿足出土高度要求的容量最大、最合理的尺寸。

原分體始發采用小土斗（容量1.5m3）進行出土時，1.2m管片每推進一環出土約38m3，使用小土斗需吊土25次，每次吊土耗時約8分鐘，每推進一環渣土運輸時間為200min；采用定制加工土箱后完成一環出土所需時間只要50min，大大提高了出土效率。

3.2 定制小皮帶機

根據盾構機螺旋機高度、井口長度等各項尺寸專門提前設計了一個尺寸合理、滿足出土目標要求的小皮帶機。待盾構機推進一定距離后，立即進行安裝，以加快后序始發掘進效率。

小皮帶機安裝完成后，正常大土箱（容量18m3）恢復使用，每推進一環渣土運輸時間縮短為25min，極大地提高了分體始發效率。

3.3 制作小平板車

根據現場實際情況提前加工制作了一節小平板車，該平板車比正常平板車高度低，水平運輸管片能一次到位，省去采用手拉葫蘆二次倒運管片這道工序，大大提高了管片運輸效率。

3.4 定制盾構機管路接頭卡環及管路輸送滾筒支架

已按對策要求定制購買了尺寸合適的盾構機管路接頭卡環及管路輸送滾筒支架，在右線始發后隨著掘進及時安裝，將所有管路、管線整齊的鋪設在兩側滾筒上。在之后的始發掘進過程中，管路延伸接長的施工效率明顯提高，因管路維修耽誤的時間大大減少，同時還能保證管路整齊美觀、保證隧道外觀質量、降低爆管風險，滿足安全文明施工要求。

4 結束語

通過對天津地鐵4號線南段工程第8合同段分體始發整體過程進行把控、分析。在分體始發過程中存在許多制約施工進度的因素，因此在施工過程中，合理制定一系列施工措施，可以極大提高分體始發效率，縮短始發時間，避免洞門滲漏風險。