飛行受限交通繁忙城區大直徑城際盾構施工技術

摘 要：在復雜城市環境下開展盾構施工，提高施工效率并取得良好的經濟和工期效果，成為盾構施工中面臨的重大挑戰之一。依托珠三角城際軌道交通廣佛環線東環項目，進行了行受限交通繁忙城區大直徑城際盾構施工技術研究，提出限高條件下盾構吊裝、始發技術、配套設備運用技術、渣土轉載技術和泥水處理及再利用技術等關鍵內容，并詳細論述了其施工技術細節和實際應用效果。實踐表明，在飛行受限和繁忙地區采取盾構分體始發技術可以滿足地區限制、顯著縮短工期和節約投資成本，能有效地解決飛行高度限制下的盾構施工難題，為今后類似盾構施工和應用提供寶貴經驗。

關鍵詞：盾構施工；飛行受限；繁忙城區；大直徑盾構；城際軌道

中圖分類號：U231+.2 " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2022）10-0022-04

1 工程概述

珠三角城際廣佛環線東環隧道項目位于珠江三角洲中部，處于廣州中心城區。廣佛環線全線含8站9區間，科學中心站、琶洲站、智慧城站為有配線車站。東環隧道起訖里程為DK20+005.000～DK24+338.000，施工范圍為一段盾構區間、兩段明挖配線及兩個盾構井。金融城站12#、13#工作井盾構區間設計起訖里程DK20+005～DK24+220，全長4 313 m。12#、13#工作井到智慧城站明挖區間設計起訖里程DK24+220～DK24+338，全長118 m（含20 m盾構井）。

本項目施工現場位于廣州市中心天河區智慧城站，施工區域的西南角緊鄰軍事機場，位于飛行受限的核心區域，項目周邊道路、工地環繞，西北方向有岑村居民區（如圖1），人口密集且流動性大，給本項目的盾構施工帶來了不小的挑戰。施工周圍的道路交通7：00～22：00為貨車的限行時間段，因此貨車只能在22：00以后進入，在7：00之前駛出交通限行區。以機場跑道為中心南、北兩側各設置100 m飛行安全距離，屬于飛行禁區管制范圍，所有構筑物控制高度、機械設備不得隨意移動，盾構機吊裝場地完全位于此區域內，將直接影響盾構機吊裝、龍門起重機和攪拌站等關鍵設備的使用，對盾構施工影響較大。本項目以機場智慧城站作為金融城站到智慧城站區間盾構始發井，井口尺寸為16 m×11 m，井深約22 m，采用兩臺直徑9.1 m土壓平衡式盾構機施工。

2 飛行受限繁忙區域盾構施工難點

第一，由于受到西南角岑村軍事機場的飛行限制政策，大型吊裝設備無法在飛行期間使用，擬采用的履帶吊機即使在主桿放平的情況下仍然超過了限高要求，因此需要選擇可行的盾構機吊裝方案，同時滿足吊裝和飛行限高條件。

第二，按照原有的設計方案，智慧城站的明挖段總長為168 m，滿足盾構整體始發條件，但由于始發井口處于岑村軍事機場跑道正前方的凈空禁區內，采取始發井口位置后移50 m變更措施后，始發長度減少到118 m，導致原計劃整機始發無法實現，因此需要實行高效的盾構機分體來解決無法整機始發的情況。

第三，現階段無論是采用常規的龍門吊吊裝出土還是垂直皮帶機進行渣土垂直運輸方案，龍門吊和垂直皮帶機的安裝都無法滿足飛行區域的限高要求。

第四，盾構的挖掘過程中需要及時補充砂漿填充材料，需要建設砂漿攪拌站來滿足全天的砂漿需求，如果采用外購砂漿的技術方案，在周邊交通限制條件下無法實現24 h砂漿的運送需求。

第五，城市中心環境污染對周邊影響極大，如何進行施工污水排放處理，開展綠色低碳環保施工也是本項目重點研究方向。

3 飛行受限繁忙區域盾構施工關鍵技術

3.1 盾構機吊裝技術

3.1.1 吊裝位置

盾構機吊裝場地在始發井口端部，位于岑村機場東南側，吊裝部件包含盾體、主驅動、臺車、刀盤等，吊裝時吊車最大作業半徑在16.5 m左右，最大起吊構件重量180 t。

3.1.2 起重機選用

在施工過程中要滿足一定的安全系數為前提來選取起重機，并對起重機所占位置進行地面處理，保證吊裝所需的地面承載力。本次吊裝的盾構機部件，按照吊物重量最重并且尺寸大選擇吊裝設備，刀盤重量為180 t，最大作業半徑為16.5 m，刀盤翻身需要雙鉤配合，盾構部件外形尺寸大、作業半徑遠，一般汽車起重機無法滿足吊裝性能要求及安全需求，需采用履帶式起重機進行吊裝。結合安全性、經濟型與吊裝性能對比，選用400 t 履帶吊更優。400 t履帶吊主鉤起吊半徑7 m，副鉤起吊半徑為12.1 m。

400 t履帶吊主臂36 m（配重150 t），半徑7 m的主鉤額定起重量為285 t，副鉤的額定起重量為120 t。285 t×0.8= 228 tgt;90 t；120 t×0.8=96 tgt;90 t，滿足翻身抬吊要求，則選用400 t履帶起重機滿足吊裝需求。

本次吊裝使用的是中聯重科 ZCC5200S 履帶起重機，最大起重量為 400 t，吊機整體起升高度最大為 35 m。在刀盤和主驅動需水平姿態翻轉90°呈豎直狀態后再下井，吊裝高度超過30 m，開展所有吊裝下井作業過程中都將超高，不滿足飛行限高條件。履帶起重機整體趴臂到最低位置時，最高點為桅桿頂部，距離地面約 12 m，再拆除桅桿及配重塊，此時履帶起重機最高點距離地面約 5 m，滿足飛行限高條件。

3.1.3 吊裝期間吊機占位

吊裝作業時，履帶起重機站位與工作井端頭平行，吊車尾部朝西側開展吊裝作業。飛行任務期間，履帶起重機移至東側三角空地，趴臂停放，尾部朝西側，吊車站位處于端凈空區邊角處（如圖2）。

3.1.4 盾構部件吊裝應對

由于施工場地有限，盾構機各部件無法在地面長時間留滯，每個部件剛進場就要及時吊裝下井，部件到場順序和時間需要精準把控。在盾構部件吊裝之前，提前了解機場的飛行任務安排，并提前3 h將準確的吊裝安排（含吊裝部件名稱、吊重、計劃吊裝用時等信息）報備至機場，保障盾構重大部件吊裝。

在盾構吊裝期間，與機場方面保持密切聯系，獲取飛行時間后將吊裝作業分為計劃飛行段與非計劃飛行時間段[1]。

有正常飛行任務通知的情況下，提前將履帶起重機開出端凈空區范圍外，并提前3 h拆卸履帶吊桅桿等部件，將吊車高度降至5 m以內。

在吊裝過程中，若接到緊急飛行任務通知，在10 min內將履帶起重機開出端凈空區范圍外，10 min內收桿并將桅桿高度降低至7 m（此時機械部件最高點），30 min內將起重機機整體高度降至最低 5 m 以內，統一指揮調度。

3.2 盾構分體始發技術

始發井到出土口只有70 m左右，上行線盾構機整機長度為130 m、下行線盾構機整機長度為120 m，導致整機組裝始發同時受到場地長度、始發階段沒有管片吊裝的通道限制，故本項目在始發階段采用盾構機分階段分體始發方式進行施工。

3.2.1 盾構機首次下井后的布置

首次下井后，始發階段盾構機在70 m處井口位置進行分體，連接橋、1號臺車、2號臺車、3號臺車及4號、5號臺車一側進行連接跟隨盾構體行走，剩余4號和5號臺車一側、6號臺車、7號臺車后移至智慧城站結構內存放。該分體方式異于常規分體始發，亮點在于將4號、5號臺車再左右解體，充分利用可連續空間，將供電變壓器、主配電箱等結構緊隨盾構主體，最大程度保持始發主體各系統主要、必備功能完善，減少分體始發延長管線數量。

3.2.2 盾構機始發轉序位置調整

在3號臺車依次進入始發架后開始臺車轉序，將4號和5號臺車一側管線拆除后進行整體組裝，并與6號臺車一起前移整體組裝調試，井口位置吊裝管片等材料不受影響。

3.2.3 始發卸料裝置安裝調整

分體始發階段，后配套采用電瓶車+管片車+漿車+臨時皮帶機推進。出渣位置設置在3#臺車上，原3#臺車不具備皮帶機主動輪安裝基座，需要在臺車尾部制作新的臨時卸料裝置。延長3#臺車中間縱梁，附加筋板和斜撐作為皮帶機主動輪受力結構，定位后在其下部安裝溜槽到一側，與延伸段皮帶機連接，將渣土從盾構機皮帶上通過卸料裝置轉運到轉載皮帶機系統上。延伸段皮帶機、車站提升段皮帶機1、2、3四段間的渣土轉運，均通過該轉載裝置完成轉運將渣土運送到達地面渣池。始發轉序調整時，皮帶機出渣口由3#臺車尾部調整到5#臺車上安裝后連接臨時轉載皮帶機。

3.3 組合出土轉置技術

本項目在軍用機場飛行限高條件下采用皮帶機作為出土機械。在始發階段，采取臨時轉載皮帶機運輸提升渣土，將儲帶倉布置于地面；正常掘進后采取連續皮帶機出渣，將儲帶倉布置于井下，滿足了出土轉置的需求。

本項目盾構施工中渣土需要在井下提升22 m到達地面渣池，在前期分體始發階段采用臨時轉載皮帶機出土。轉載皮帶機主要由卸載裝置、機尾改向裝置、延伸段、車站提升段1-3、儲帶裝置、放帶裝置、硫化裝置、驅動裝置以及輸送帶等部件組成。土壓平衡盾構采用螺旋機排土，經皮帶機系統將渣土向后運輸到盾構機出土口，在3號臺車尾部安裝盾構機出土口、機尾改向裝置，與皮帶延伸段交接保持渣土隨盾構機推進前移而平穩過渡，經車站提升段1、車站提升段2、車站提升段3接力轉運，將渣土由井下提升22 m輸送到地面渣土池，充分解決了渣土垂直提升的要求。

在盾構掘進110環后隧道內有空間安裝連續皮帶機，輸送帶會通過張緊裝置不斷放帶。當輸送帶放完后，采用硫化裝置將硫化后的輸送帶接入儲帶倉，可以實現輸送帶不斷向前伸長。同時，在皮帶機上同時布置有相應的糾偏裝置以防止輸送過程中出現撒料、落料的現象。經過數值計算，此技術方案基本滿足盾構機掘進速度的要求，若掘進速度在60 mm/min，則渣土輸出量為：

其中r為盾構機半徑，v為盾構機掘進速度， " 為渣土粒度，ρ為渣土密度。

3.4 低空間盾構設備應用

3.4.1 門式起重機

按照限高規避原則以及錯開緊鄰管廊項目的既有門式起重機設備，因此采用一部35 t門式起重機投入盾構施工用于管片等材料垂直運輸。起重機一端設置懸臂10.45 m，另一段不設懸臂，保持主梁在管廊項目門式起重機主梁懸臂下方運行（如圖3），新造35 t門式起重機主梁分為四段，高10.1 m，跨距37.5 m（設計可變跨距22～39.9 m），起升高度為軌上7.7 m+軌下38.3 m。為減小起重機安裝高度，采取下沉式軌道梁，即門式起重機運行軌道梁低于地面1.1～2.3 m，管片吊裝下井運行區域最低有效起重高度5.9 m，保障管片能夠從運輸車上吊下，同時能夠越過井口護欄下井，計劃飛行期間內將起重機移到最北端可避開飛行管控。門式起重機更換前對比如圖4。

3.4.2 攪拌站

經過溝通協調，攪拌站設置于施工場地最北端緊鄰我部地面盾構渣土池，最大限度規避機場限高。原有設備高22 m，4個儲料罐，單個儲料罐最大存量120 t，制漿容積2 m3，滿足大直徑盾構漿料需求；改造后設備高9 m，4個儲料罐，單個儲料罐最大存量60 t，制漿容積1 m3，滿足機場飛行限高條件和設備運行條件。攪拌站改造對比如圖5。

3.4.3 泥水處理設備

地面壓濾機選址于施工場地西南側，距離機場位置最近，選用設備尺寸為5 570 mm×1 320 mm×1 280 mm，處理量為30 m3/h，壓濾機安裝在高1.2 m鋼結構平臺上，頂部安裝雨棚，控制安裝高度不超過2.5 m。在驅動泵的作用下把泥水壓入壓濾機，自動控制系統讓液壓系統保持壓力，使得泥水中的雜質被壓成泥塊，自動卸落結構平臺下料斗中，清水經過濾水小管匯集到清水池[2]。

3.5 泥水處理及循環利用技術

3.5.1 泥水處理流程

盾構施工設備、隧道、場地清洗等文明施工會產生大量的泥水，不具備直接排放到市政管網的條件，在排放前應進行污水處理措施。洞內盾構泥水1由污水泵匯集到井口污水罐2，經過消泡、沉淀后獲取濃縮泥漿3，再用泥漿泵優先將濃縮泥漿泵入壓濾系統4。在排污量大時，未能及時處理的污水經過污水罐一次處理后溢流到污水儲蓄池5，儲蓄的污水大顆粒含量極大地減少。

抽到壓濾系統的污水，經過擠壓過濾產生的渣土，通過溜槽攤落到連續皮帶上傳送到渣土池6。清水則匯集自流到清水池7，主要供攪拌站用水，并可用于車輛、地面沖洗以及噴淋降塵9，多余的清水排入市政管網8。具體流程如圖6所示。

3.5.2 污水處理設備及管網布置

項目利用始發井口空間可安裝泥水處理設備在井下處理盾構泥水，連續皮帶機在井口一側經過井口，在皮帶架兩側安裝6根立柱，上方搭設操作平臺安裝壓濾機，下方制作集料斗，線性貼近連續皮帶，使壓濾的渣土均勻分布，減少渣土下落對平皮帶的沖擊[3]。在洞門另一側的角落安裝直徑1.5 m、高10 m的水罐，隧道內排出的泥水在水罐里消泡、沉淀、分離。

井口安裝1臺泥漿泵、1臺污水泵、2臺清水泵。污水罐下安裝泥漿泵，可將罐底高濃度泥漿壓入壓濾機，污水蓄水池安裝1臺污水泵，可將水池內的污水抽入壓濾機，清水池內安裝2臺清水泵，可提供施工用水，并將多余的水排入市政管網。設備布置完成后按需布置管路。

3.5.3 污水循環利用

盾構施工中會使用大量的水資源，掘進渣土改良用水、設備冷卻與清洗用水、填充漿液拌制用水、文明施工用水等。經過本技術的應用變廢為寶，在施工過程中實現資源重復利用（如圖7），盡可能降低總的物耗、水耗和能源消費，通過工藝革新、減少有毒有害物質的使用和排放，在城市基礎設施建設中實施全面清潔生產。

4 結語

本文通過對施工環境和特點進行分析，詳細論述了飛行受限交通繁忙城區大直徑城際盾構施工技術在珠三角城際廣佛環線六工區盾構項目的實踐應用，解決了在交通道路及其他場地圍困繁忙城區，且受岑村軍用機場限高影響等難題，通過設備改造與創新，加強組織管理，形成一整套低空運行施工體系，順利開展盾構施工。同時，污水處理及循環利用施工技術不僅改善了盾構施工環境，還通過循環利用技術降低了施工成本，提高了經濟效益。未來盾構法施工應用場景越來越多樣化，本技術研究將對以后類似工程提供重要的參考。

參考文獻

[1] 趙飛.基于復雜穿越條件的盾構掘進技術研究[J].安徽建筑，2022，29（2）：162-164.

[2] 魏磊.地鐵盾構機吊裝安全技術分析[J].設備管理與維修，2022（4）：125-127.

[3] 李虎.大轉接始發盾構施工技術在地鐵建設中的應用[J].設備管理與維修，2022（2）：150-151.