盾構小傾角始發技術研究

孫石頭 徐 飛

南寧軌道交通集團有限責任公司 廣西 南寧 530029

1 引言

隨著城市軌道交通建設的發展，盾構法作為常用區間隧道施工工法，也遇到越來越多的不同始發方式，因線路走向可能會遇到曲線始發的情況。張建中[1]針對太原地鐵2-1號線聯絡線隧道由于曲線半徑小及穿越穩定性極差的富水粉細砂地層導致盾構進洞安全問題突出的特點，提出了確定盾構合理始發方向的方法，通過端頭井地層加固及洞門變徑密封裝置等技術措施，保證了盾構安全始發。趙強[2]以南寧軌道交通3號線一期工程02標土建8工區金湖廣場站—埌西站區間、青竹立交站—青秀山站區間工程為研究背景，對割線始發與接收施工工藝開展了專項研究。劉大偉[3]以蘇州軌道交通6號線江星路站～清塘路站盾構區間左線割線始發解決周邊淺基礎房屋差異沉降問題。安斌[4]以南昌市軌道交通3號線繩金塔站—六眼井站盾構始發工程為背景，對富水砂層盾構小半徑曲線始發段主要掘進參數進行統計分析,確定相關參數的優勢區間，并基于盾體姿態控制參數和地表沉降進行掘進參數控制效果評價。姜留濤[5]依托工程實例，建立了小半徑曲線段割線始發盾構姿態數值模型，研究盾構始發姿態各影響因素及其關聯性，進而提出沿割線方向預設偏轉角或盾尾預偏移量的小半徑曲線段盾構姿態控制方法，并在北京地鐵19號線區間隧道的應用。

2 工程概況

建設路站～大沙田站區間南起建設路站、北至大沙田站，區間線路大體呈北～南走向，區間沿銀海大道敷設，隧道采用盾構工法施工。左線設計起止里程為ZDK24+843.474～ZDK25+644.707，短鏈6.499m，左線區間長度為794.734m；右線設計起止里程為YDK24+843.474～YDK25+644.023，右線區間長度為800.549m。區間在里程ZDK25+375.000 （YDK25+368.500）處設置一個聯絡通道，不設廢水泵房。

結合勘察報告，建設路站～大沙田站區間左線始發段主要穿越地層依次為雜填土①1、粉土⑥2-1、黏土（粉質黏土）⑥1-1、泥巖粉砂質泥巖⑦1-3⑦3-1、粉砂巖泥質粉砂巖⑦2-1。

建設路站～大沙田站區間右線始發段主要穿越地層依次為雜填土①1、粉土⑥2-1、黏土（粉質黏土）⑥1-1、泥巖粉砂質泥巖⑦1-3⑦3-1、粉砂巖泥質粉砂巖⑦2-1。建設路站每個端頭素樁共計16根（左、右線各8根），樁長為深入隧道底以下3m。素樁混凝土采用C20混凝土，素樁樁徑1000mm，間距為1200mm，施工完成后的素樁應具有良好的完整性。

3 盾構小傾角始發

3.1 按設計軸線始發存在的問題

車站結構干涉影響臺車通過，結構側墻到線路中心線的凈距離為2150mm，而卡特盾構機6#臺車中線到臺車左側配電箱距離為2250mm，2#臺車中線到右側操作室邊距離為2400mm，均大于車站結構側墻到線路中心線的距離2150mm。影響盾構機牽引梁及管片梁的安裝，根據卡特盾構機技術說明文件，鉸接系統水平、垂直最大角度為1.5°。基座按設計隧道中心線擺放，在保證臺車正常通過的條件下，致使臺車中線與設計中心線產生2.86°夾角，超過盾構機鉸接水平、垂直最大角度1.5°，導致臺車牽引梁及管片梁無法安裝。由于施工場地狹小，且工地圍擋外側有未拆除的高壓線桿，致使龍門吊懸挑梁無法加裝，龍門吊大鉤（扁擔鉤）向西側行走位置受限，大鉤無法正常就位，導致盾構出渣困難。

3.2 小傾角始發可行性分析

為解決以上三個問題，項目部決定以小傾角始發中線按設計盾構中心線向東側整體平移50mm后，再以小傾角始發中線與區間起始里程交點為基點向東偏轉1°始發。小傾角原理如圖1所示。

圖1 小傾角原理圖（盾構機現狀）

現盾構機刀盤切口距區間起始里程為2000mm，中盾（鉸接）位置距盾構區間起始里程為7000mm，根據實際中線向東平移50mm，且偏轉1°計算，盾構機中盾（鉸接）位置偏東為172mm，刀盤切口位置偏東85mm。計算書如下：根據三角函數關系Tan1°=0.017mm；中盾位置偏移Tan1°*7000+50=172mm；刀盤切口偏移Tan1°*2000+50=85mm。實際測量為中盾向東偏移157mm，刀盤切口向東偏移85mm，與實際相差15mm，在誤差范圍以內。待盾構向前推進5500mm，中盾（鉸接）位置出基座時，盾構機后端（鉸接）位置偏東75mm，前端（刀盤切口）位置偏東2mm。待中盾（鉸接）位置出基座后，盾構機開始轉彎，如圖2所示。

圖2 小傾角原理圖（鉸接出基座）

圖4 小傾角原理圖（正二環位置）

待盾構機推進至正一環位置時，盾構機中盾（鉸接）位置偏東48mm，刀盤切口位置偏西18mm。計算方法同上。此時盾構機姿態以偏移以進入±50mm以內，可正常掘進。待盾構繼續推進至正二環位置時，盾構機中盾（鉸接）位置偏東30mm，刀盤切口位置偏西14mm，如圖3、4所示。

圖3 小傾角原理圖（正一環位置）

3.3 小傾角始發解決的實際問題

小傾角始發盾構實際中線與結構側墻間距為2400mm，成功解決了臺車通過性的問題。盾構實際中線與設計中線夾角為1°，解決盾構機臺車牽引梁及管片梁組裝問題。臺車中線向東偏移40mm，解決盾構出渣問題。盾構小傾角始發即保證了盾構機在始發掘進時姿態控制在規范允許的范圍內，又解決了盾構臺車通過性、盾構機牽引梁管片梁的可組裝性同時保證了龍門吊正常出渣。

4 盾構始發控制措施

4.1 始發盾構參數

土壓設定的理論值按式（1）計算：

其中，P為土壓力（包括地下水），γ：土體的平均重度，取1950Kg/m3，h：隧道埋深，前一百米埋深為12.2m～12.6m（隧道中心埋深），K0：土的側向靜止土壓力系數，按泥巖粉砂質泥巖⑦1-3⑦3-1地層考慮K0=0.35，代入公式后計算得出：P=0.86kg/2，即0.86bar。

刀盤破洞門時的盾構參數：掘進速度：5～15mm/min；盾構推力：800t～1000t；刀盤：0.8～1.0rp/min；螺旋機轉速：3～6rp/min；盾構內壁與管片外側環形空隙不能小于55mm（上75mm、下75mm、左75mm、右75mm）。刀盤進入洞門后，先低速轉動刀盤，防止在進洞門過程中刀盤被卡住，并派專人看護構機進洞情況，由于洞門本身不標準或盾構進洞時中心偏移，可能導致洞門外圈折疊壓板被損壞，盾構應立即停止前移，并處理。根據計算當拼裝完負4環，負3環推進1150mm時，刀盤碰壁。在-2環管片拼裝完成后，-1環管片推進1500mm時，盾構機開始向右轉彎掘進。適當增大盾構機左側千斤頂推力，左側推力較大與右側10t。盾尾進入洞門，止水簾布與管片接觸后，立即啟用盾尾同步注漿，注漿壓力為1.0bar，盾構掘進至+7環后，可逐步增加注漿壓力至1.5bar，并持續的同步注漿；此時需要對+1環和+2環進行二次雙液補漿。

4.2 加強測量監控

盾構姿態監控可通過自動導向系統和人工測量復核進行盾構姿態監測。增加測量監控頻率，對每環管片進行復測。加強對掘進過程中反力架監測及巡視。及時調整各項掘進參數，遵循“及時、連續、限量”的原則，逐環、小量糾偏對盾構姿態進行調整，避免糾偏過猛引起盾構機蛇形前進，加劇刀具磨損、損壞已拼裝管片和盾尾密封。管片拼裝順序按照由下至上左右交叉的順序；管片拼裝均勻擺布；管片拼裝完成及管片脫出盾尾后及時將螺栓擰緊；取保盾尾間隙，鉸接處于自由狀態。及時進行雙液注漿，封堵洞門；待洞門封堵完成后，確保同步注漿足量，按照注漿壓力與注漿量雙控標準。填補管片與土體間空隙，防止管片偏移量。

4.3 管片拼裝

負環共6環。負6環，1.5m標準環、整環安裝，為控制負6環與盾尾的間隙和防止管片拖出盾尾后盾尾刷不被損壞，在安裝負6環前，先在盾構機內底部距盾尾刷0.3m處焊接1.2m長的截面高43mm槽鋼4根見圖5。

圖5 負環管片墊塊

考慮環片的錯位安裝，負6環鍥形塊選擇1號位安裝，因此環片A2塊的第一塊要定好位置見圖6，在A2塊安裝好后，盾構千斤頂靠攏環片面，為了防止因重力產生的環向滑移，在安裝A3塊的前要做好上一塊環片的固定（固定方式：環片穿縱向螺栓與盾構機焊接）然后安裝A3塊，連接環向螺栓，并扶緊螺帽，同樣作縱向的環片的固定，固定方法同A2塊。在安裝A1塊環片時，由于重力當拼裝機撤離后環片有掉落的危險，需作其支撐將其扶住（方法：在反力架和盾構機內焊接管片扶手）。安裝B塊和C塊方法一樣，預留安裝K塊的位置，當其定位調整好后，千斤頂靠攏管片面，連接管片螺栓并扶緊螺帽。當K塊完整安裝好后，千斤頂靠攏管片面。

圖6 楔形塊1號位管片拼裝及扶手位置

當整個負6環安裝完成后，再次扶緊環向螺栓，割除防止管片環向滑移焊接在盾構機外殼的螺栓，同時割除盾構機內的管片扶手，清理有礙于頂移管片的雜物。

本套千斤頂分二十個千斤頂控制，為了使整環管片平穩、無凸塊平移，油壓控制只用下部千斤頂進行控制，在平移過程中要專人觀察，及時調整油壓。在管片拖出盾尾后要在其基座的下部支墊塊見圖7，基本保證管片面的水平，同時用20鋼絲繩將管片外壁給捆綁住，使已完全拖出盾尾的整環管片穩固。

圖7 負環與始發基座空隙處理圖

由于負6環管片已靠攏反力架且受力，為了下環管片安裝時由于受重力不致帶動環片環向轉動負一環縱向螺栓與反力架連接。在安裝完成負6環管片拖出盾尾后割除焊接在盾構機內底部的槽鋼墊塊。其它負環安裝按照正常安裝，拖出盾尾后支墊塊，加木楔字，捆鋼繩。

5 結語

通過以上技術措施，建設路站～大沙田站區間小傾角始發順利實施，區間結構質量優良，說明盾構始發控制措施到位，可為后續其他類似工程提供參考。