盾构机分体始发施工技术

许坤鹏

【摘  要】盾构法由于施工安全性高、对附近环境的作用小、掘进速度快、机械化程度高等特点，在我国水利电力、市政、城市地铁的隧道修建中得到大量使用。随着我国社会经济的不断发展和城市规划的影响，在城市中心进行施工作业的场地会越来越小，因此很多盾构始发井场地无法满足盾构的相关需求。为此，文章以成都某地铁项目为例，对盾构机分体始发施工技术的应用展开探究。

【关键词】盾构机;分体始发;施工技术

引言

盾构施工以其掘进速度快、安全性能高、环保等特点在地铁隧道施工工法选择中独占优势。盾构始发是盾构施工的关键环节之一，正常始发需要较大的场地且要求车站施工完成。受征拆、迁改、建设投资等因素的影响，盾构整体始发往往条件受限，分体始发以其节约建设投资的优点，在工程设计经常被采用。同样工况下，安全质量有保障、工期短、成本低的分体始发方案以及始发井设计，以及适应于各种始发条件的盾构机设计制造方案，一直是行业研究的重点。

1、工程简介

1#风井～2#风井区间左线区间总长1896.458m，右线区间总长1914.49m，线间距7.9～19m，隧道埋深6～13m，最小曲线半径600m，最大纵坡11‰。区间隧道采用两台Φ8580土压平衡盾构机掘进施工，均在1#风井大里程端始发，于2#风井小里程端接收。区间隧道始发段为直线下坡，坡度为9‰，隧道外径8.3m、内径7.5m，管片长度1.5m，厚0.4m，每环理论出土量约115m3，理论注浆量约12m3。（1）盾构机简介。盾构机由刀盘、盾体及后配套设备三部分组成，盾体与后配套设备由连接桥连接，总重量约为1131.5t（含后配套拖车），盾体（含刀盘）长度为10.845m，后配套（含连接桥）长约93.21m，盾构机总长约105.471m。（2）电瓶车基本情况。电瓶车由电瓶车车头、渣土车、砂浆车、管片车组成，其中渣土斗容量为20m3，砂浆车容量为8m3。（3）分体始发必要性。由于1#风井始发井长度仅有66.6m，而盾构机长度达105m，始发竖井不能满足盾构机整体始发，因此必须采用分体始发技术。

2、工程难点

2.1、始发阶段皮带输送器无法安装

盾构常规分体始发工况，一般都通过改造皮带输送器，加工临时支架或在站内设2节台车（其余各节台车放置于地面），此工况要求出土口与螺旋输送器出渣口净距，大于改造后的皮带输送器末端至螺旋输送器出渣口净距，此距离一般在20m左右。本工程中，盾构吊装孔与出土口净距仅为1.1m（见图1），如此小的净距，国内外无类似分体始发案例可供参考。

2.2、台车设置优势

（1）刀盘电机变频柜：变频柜至电机的电缆需通过连接桥经盾体后连接，电机电缆截面积大，铺设很不方便，若将变频柜设置在后续台车，电缆铺设长度将延长，且面临二次铺设，对施工极为不利。（2）操作室、油脂泵：二者组合刚好满足一节台车空间，操作室置于井下，便于操作人员观察掘进情况，遇到突发问题能快速停机。（3）砂浆系统：管路越短越好，可减少压降及堵管风险。（4）液压系统：管路越短越好，减少压降，降低减少管路渗漏、破裂等风险，减少液压油对环境污染。

2.3、盾构上浮处理

盾构在复合黏土层施工时，易出现上浮现象，随着上浮的不断加剧，也随之带来了管片破损、浆液渗漏、地面沉降等一些系列质量问题，因此，为确保隧道成型质量，需将盾构机姿态控制在规范范围以内。经过分析，导致盾构上浮可能存在管片超前量不足、推理设置不当等原因，为此可采用以下措施：（1）通过管片错点位拼装，或在管片侧面采用石棉垫片，增大管片上部超前量，为盾构机下行提供浮动空间，同时可认为对管片圆度进行调整，过程中增设止水条，防止管片渗水。（2）在盾构穿越隧道投影区域采取钢板和铁块堆载措施。钢板可采用厚为10cm，铁块压重厚度约40cm。（3）调整盾构机顶推油缸的分区压力，如压力差无法满足盾构机转向要求，可采用调整油缸油路的方式，在不影响盾构机左右姿态的前提下，将两侧千斤顶的油路部分并入上部油缸分区，从而加大上部油缸分析的推力，但在此过程中，由于各油缸分区压力差过大，易对管片造成不利影响。（4）为增加盾构自身重量，将配重防止在盾构机下部空挡处，提供盾构自重，客服浮力。

2.4、掘进速度控制

①盾构机的掘进速度不可过快，这是为了确保推进轴线正确、并可保护刀盘，控制在10mm/min以下的掘进速度即可。②盾构启动时，需要检查千斤顶是否靠足，在推进的开始以及结束推进时的速度都应进行管控，控制在一定的范围内，不可过快。当每环开始进行掘进中，可缓慢的提高掘进速度，避免掘进速度过高，产生压力动荡。且掘进中必须保持切口水压的稳定性及送泥管和排泥管的顺畅。③同步开启注浆系统，为了保证工作状态的良好，要求盾构机掘进速度的稳定性，不可忽快忽慢。④盾构机开挖是在地下掘进，受到的压力较大，开挖中必须严格保持开挖面的稳定性。

2.5、无连接桥盾构机分体始发综合技术

在通常情况下，盾构分体始发时将盾体（或盾体及部分台车）下井，其余台车在地面组装后通过管线延长，使地上与地下设备相连，并改造皮带机进行出土。随着盾体掘进，管线随之在洞内向前延伸，待隧道掘进长度大于盾构机总长度后，再将地面台车逐节吊装，最后形成整机掘进，此做法成本高，而且随着管线延长，容易造成压力管线爆裂，当压力管道爆裂时修复难度大、耗时长，且停機维修管线时安全风险大（尤其是当地质较为复杂时）。为解决以上弊端，采取分体始发综合技术，总体步骤如下。（1）始发托架安装：按照要求，将始发托架吊装就位并调整好姿态。（2）1～4号台车下井：分别将4、3、2、1号台车依次吊入车站内（连接桥及5、6号台车暂不下井）。（3）盾体下井：将盾体按照组装顺序依次吊入井下进行组装，并安装反力支架。（4）1～4号台车总长度改造：为压缩1～4号台车总长度以适应车站地下空间长度，盾构机设计阶段，有意缩短两台车之间连接距离。

2.6、延伸管线铺设

延伸管线在井下部分直接置于地面，为保证盾构机正常掘进，不使盾构机直接拉拽管线，每次盾构机掘进前，需要3～4名工人使用手拉葫芦等工具提前将管线往前运送，最少3h，最长达7h，平均3～4h，耗时耗力。同时，大量管线直接与地面接触，极易造成管线磨损，甚至被拉断，存在较大的安全风险。在实际施工过程中，由于延伸电缆的磨损，经常造成盾构机经常的情况。措施：制作专门管线支架，并在支架上布置滑移工字钢，管线使用葫芦吊挂悬空，葫芦连接滑轮，盾构掘进时，靠盾构机牵引滑轮前行。管线悬空，避免了与地面接触摩擦，既能有效保护管线磨损，减小安全风险的同时，又能减少人力投入、节约时间、提高工作效率。

结束语

综上所述，在盾构机掘进水土压力不稳定的情况下，可采取安装钢套筒模式进行掘进施工，通过钢套筒的密闭空间创造出适合盾构掘进的土压平衡环境，从而实现始发掘进，在工期上，质量都满足施工要求，值得借鉴推广。

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