盾構機分體始發技術研究

段耀偉

（太原軌道交通集團有限公司，山西 太原 030031）

1 盾構分體始發總體概述

1.1 工藝原理

分體始發是指始發井在不符合盾構總體始發需要的條件下，將盾構機盾體或將盾體和一些主要的后配套臺車吊入起點端，將整個或部分后配套臺車放置于地面上，將地面的臺車和井內臺車以及盾體之間采用了延長管道相連，同時再按照豎井條件以及盾構前后臺車尺寸和各臺車廂內的主體設施考慮對盾構分體，并對相關設施實行了改造以完成起始階段的挖掘建設，等盾構隧洞挖掘至適合將所有后配套臺車裝入的一定深度后，再按照總體始發的模式實施盾構二次始發、轉正常始發掘進模式。

1.2 工法特點

本工法占有場地小，能夠減少場地征地、拆遷、管線改遷等費用；始發豎井尺寸小，短豎井施工周期短、安全程度高。如用車站始發可在端頭井施做完即可盾構始發，區間可與車站同時施工，工籌合理可以縮短總工期[1]。

2 案例分析

2.1 工程概況

某地鐵區間右線線路起訖里程為YDK31+787.763—YDK32+881.800，右線長度1105.511m（含長鏈3.474m）；左線線路起訖里程為ZDK31+784.808—ZDK32+862.000，左線長度1078.011m（含長鏈0.819m）。區間平面上有2個曲線段，半徑依次為1000m、550m，平均線間距13m，并在中間風井出入洞前后附近漸變為12m；在縱斷面上的2個豎曲線半徑最小為3000m，區間線路縱向偏移坡度最大為8.019‰。隧道頂部覆土厚度約為29.1m，最小覆土厚度約為13.7m。

2.2 始發井結構設計概況

盾構始發井為中間風井兼2#聯絡通道（兼軌排吊裝井）主體結構凈空長38.4m，凈空寬度為25.4m，平均埋深為21.97m；軌排井孔洞長27m，寬8.4m，主體結構為地下兩層三跨現澆鋼筋混凝土框架結構。此中間風井無法滿足盾構整體始發[2]。

2.3 盾構機概況

本區間右線采用海瑞克S241盾構機掘進，左線采用的中鐵裝備83#盾構機掘進。

兩臺盾構機適宜砂土、淤泥質土、花崗巖風化帶、強風化帶等地層的掘進施工；盾構機掘進最小曲率半徑300m，最大坡度42‰。

盾構機設備由刀盤、前體、中體、后體、連接橋及后配套臺車等構成，單臺總長度為80m，單臺總重量約450t。盾構機主要構件參數見表1。

表1 海瑞克S241盾構機主要構件組成及參數

2.4 地質水文情況

2.4.1 地層巖性及特性

始發井大里程端頭地層從上往下為＜1＞素填土、＜4-2A＞淤泥質土、＜3-2＞中砂層、＜5H-2＞砂質黏性土。

2.4.2 水文地質條件

始發井大里程端頭盾構始發穩定地下水位線高度為39.25m，穩定地下水位線位于隧道拱頂上方9.01m標高處，水位線和隧道拱頂之間分布淤泥質土、中粗砂層、花崗巖殘積土。

2.5 周邊環境情況

本次始發階段100m主要位于公路下方，距離兩側房屋最近距離約為18m。其中公路上各種市政管線，其中包括通信、供水水、電力光纜，各管線均埋深較淺，盾構施工不會對其造成大的影響。

2.6 總體施工方案

擬從始發井（中間風井大里程端）先行始發盾構右線，待右線掘進60環（90m）后再行始發左線。

因始發井（中間風井）縱向長度僅有38.4m，采用的海瑞克S241、中鐵裝備83#盾構機總長為80m，故始發井不具備整體始發條件。

根據結構凈空長度和盾構機盾體和臺車長度尺寸考慮，連接橋和1號臺車下井，2號～5號臺車則布置在地面上，待盾構機掘進70環（105m）后，將地面剩余臺車吊裝下井，組裝調試，正常掘進[3]。

盾構始發地層加固在盾構始發前進行了加強措施，攪拌樁加固深度進入〈5H-2〉地層后不小于1m，以確保在盾構始發時前方土體自穩和較高的防水性能。

因始發井圍護結構洞門處連續墻鋼筋采用玻璃纖維筋，左右線盾構始發洞門均不需要人工鑿除。

始發階段電瓶車編組形式為1個機車+1個土箱+1個平板車，平均1個班2環（每天4環），在管片拼裝和移管線期間，將漿液車增加在編組里面運輸漿液，漿液運輸完后，重新將漿液車吊出編組。

3 盾構分體始發階段施工重難點分析及對策

3.1 始發基座安裝

盾構始發基座為盾構始發時為盾構提供的平臺，通常產用鋼結構焊接成整體。始發基座位置要根據設計軸線準確放樣，吊入井下就位，安裝時按照測量放樣的基線吊入井下就位、固定。始發臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角偏差＜±2‰，盾構姿態與設計軸線豎直趨勢偏差＜2‰，水平趨勢偏差＜±3‰。盾構始發鋼軌中心與隧道洞門中心位于同一豎直面內，縱坡比設計坡度大0.3‰，前頭略抬高2cm，底面的工字鋼與預埋的鋼板焊接，并對兩側加設支撐加固，防止盾構推進時發生側移[4]。

3.2 反力架安裝

反立架是給盾構始發提供反作用力，由于反力架和始發基座為盾構始發時提供初始的推力以及初始的空間姿態，在安裝反力架和始發基座時，反力架左右偏差控制在±10mm之內，高程偏差控制在±5mm以內。安裝反力架時，與始發井連接部位的間隙要充實，保證反力架腳板有足夠的抗壓強度。安裝反力架時，用全站儀雙向校正兩根立柱的垂直度，使其形成的平面與推進軸線垂直。然后，在反力架上測出最后一環負環管片的位置，彈好控制線，確認高程及左右位置與始發環管片一致后，用螺栓將其與反力架固定[5]。

3.3 運輸組織

由于盾構分體始發階段，盾構機無法全部下井，運輸系統不能常規布置，局限了運輸效率，則井內運輸組織是盾構分體始發的關鍵。

3.3.1 運輸軌道布置

（1）運輸軌道內軌距（鋼軌內側）為900mm，采用30kg/m鋼軌；盾構機后備車架軌道走行在外側軌道上，外軌中心軌距為2080mm，采用30kg/m鋼軌；編組列車在內軌上運行。

（2）始發井內軌枕采用20號H型鋼（200mm×100mm×7mm），軌枕長為3400mm，軌枕間距為1000～1200mm。

隧道內軌枕采用弧形軌枕。

（3）始發階段采用單線運輸軌道；盾構機進入正常掘進狀態后，根據出碴及供料需要，在始發井內布設雙線會車道。

3.3.2 運輸設備配置

隧道每環掘進的土石方量V按下式計算：

式中：V——每環掘進的土方量；D——刀盤外徑，m；L——管片寬度，m；K1——松方系數，一般情況下為1.5，在此取1.5。

管片同步注漿量計算：

式中：V1——每環掘進的土方量；D——刀盤開挖直徑，m；d——管片外徑，m；T——管片寬度，m；K2——擴散系數，取1.5。

盾構機始發階段運輸系統配置圍繞出碴、供料等施工需要。在充分考慮始發階段施工難度情況下，作了以下考慮安排：①盾構機始發階段，始發階段電瓶車編組形式為1個機車+1個土箱+1個平板車，平均1個班2環（每天4環），在管片拼裝和移管線期間，將漿液車增加在編組里面運輸漿液，漿液運輸完后，重新將漿液車吊出編組。②盾構機進入正常掘進狀態后，設兩個編組，始發井內設雙線會車道，隧道內設雙線運輸軌道。

3.4 始發掘進參數控制

根據不同的情況選用合理的參數，始發掘進建議參數控制見表2。

表2 始發掘進的掘進參數

4 盾構分體始發可能遇到的問題及處理對策

分體始發是指在盾構機始發空間不足的特殊情境下，能夠預先將部分或整個先下到井內的始發模式，設置好主機后，保證盾構機順利掘進最少液壓管道并將部分臺車連接在主機上，接著進行試車和始發，并配合盾構機的挖掘最后再將盾構機上剩下的臺車放在井里進行連接并完成整個步驟進行作業。

4.1 盾構分體始發可能遇到的問題

主要論述與分析以下五點問題：在洞口范圍打水平探孔，觀測孔內出現漏水涌砂的現象，在盾構機貼近土體后，在盾構機螺旋輸送器口漏水涌砂或在洞門防水裝置處出現漏水的現象，因推力大使負環管片出現變形破損或破裂，由于摩擦小而造成的盾構機滾動以及因刀盤懸空導致的盾構機低頭的五點問題。

4.2 處理對策

4.2.1 孔內出現漏水涌砂的處理對策

在現場準備一臺注漿設備并準備好注漿的材料，當發現孔出現滲水的情境時，不要慌張，先利用石頭和水泥對其他的孔口進行封閉，在封閉最后一個孔口使先要達到一定的壓強，然后進行注漿，控制壓強，使其≤0.3MPa，使孔口穩定的進行封堵，然后將向基坑內的水進行集中排出。

4.2.2 盾構機輸送器口出現漏水處理對策

先檢查好其防水裝置有沒有出現故障，其螺栓是否緊閉，橡膠板是否正常，閘門是否關閉，然后向倉內注入類似泡沫土體，觀察是否出現漏水，然后將向基坑內的水運用水泵集中排出基坑。

4.2.3 管片出現變形破損的現象處理對策

管片出現變形破損的現象主要由于油缸的推力過大導致的，因此應該立刻將推進終止，加固已經出現損壞和有破裂傾向的管片，預防其出現問題，影響施工作業進程。

4.2.4 盾構機滾動處理對策

由于盾構機與地層間摩擦力較小，導致盾構出現旋轉，因此應對盾構機的轉角進行定時檢測，如果發現異常，立即利用刀盤慢速調整，保證其處在正確的角度。

4.2.5 盾構機出現刀盤懸空的處理對策

由于盾構機的刀盤出現懸空的現象，因此這就導致了盾構機旋轉能力喪失產生低頭的結果，如果想要解決這一問題，就需要在始發的洞口安裝導軌，并在末端流出刀盤的位置空間，從而保證刀盤正常旋轉，從而將刀盤位置固定，改善盾構機出現低頭的現象。

5 結語

盾構分體始發當下已是對于緩解城市日益擁擠現狀、節省寸土寸金的城市占地、減少建設投資的不二選擇。但對于施工單位來說，解決分體始發帶來的諸多不便，提高分體始發功效，還需繼續探索研究。探孔漏水，輸送器漏水，管片出現磨損，機體不固定以及刀盤懸空等問題，對其處理對策展開了分析與探討，希望能夠將盾構分體始發過程中出現問題的可能性降到最低，順利完成作業任務。