场地受限工况下大直径盾构多次分体始发工程实践

景海强



场地受限工况下大直径盾构多次分体始发工程实践

景海强

（太原铁路枢纽西南环线有限责任公司，山西 太原 030013；太原枢纽建设指挥部，山西 太原 030013）

随着盾构施工在隧道施工领域日渐兴起，盾构分体始发技术研究日趋紧迫。太原铁路枢纽西南环线盾构区间φ12.14 m大直径盾构大坡度浅覆土始发掘进技术难度大、安全风险突出。在工程实践中，采用多次分体始发，在场地受限等复杂工况下安全、高效地完成组装及始发掘进工作，对类似工程施工有较好的借鉴意义。

大直径盾构；复杂工况；分体组装；始发方案

1 前言

盾构始发掘进是盾构掘进施工的第一步，盾构机安全顺利、精准地始发对盾构区间的掘进施工至关重要。一般情况下，盾构机采用整体始发方案，包括盾构机吊装下井、拼装，盾构机调试，后配套下井、拼装，盾构机始发四个步骤，既能节省人力、物力、财力，又能缩短工期。但在某些特殊情况下，大盾构机始发受制于工况环境、安全性等因素，需分体始发。本文通过太原铁路枢纽西南环线盾构项目φ12.14 m大直径土压平衡盾构机分体始发实践，介绍了特种工况下如何安全、高效地分体始发大直径盾构机工法。

1.1 一般情况下盾构整体始发场地的布置

一般情况下，盾构始发均采用整体始发方法，要点如下：①盾构始发前，施工现场地面按照盾构机吊装方案进行盾构机吊装区域的场地硬化；②按照设计施工图纸进行端头加固处理；③根据出渣量，合理确定渣土池临时存土量，并规划出渣路线；④安装龙门吊，用于盾构掘进消耗材料的垂直运输；⑤合理布置管片、油脂泡沫等消耗材料的存放区域和机加工区域等，使现场整齐划一；⑥安装砂浆搅拌站，用于拌制同步注浆砂浆；⑦井下进行始发导台、台车后移轨道安装等工作。

根据盾构机整机布置，施工现场按照顺序依次将后配套台车、盾体吊放下井后进行组装调试，期间进行反力架安装加固、洞门破除施工。

1.2 特殊情况下盾构分体始发

当施工现场不具备盾体及后配套台车全部下放后进行整体始发的条件时，则采用分体始发方案。

2 本盾构段工程概况

本工程为太原铁路枢纽西南环线东晋隧道，其中下穿太原市主市区盾构施工，盾构始发井及明挖段采用明挖法施工，盾构机包含盾体、设备桥、后配套台车、旋转平台在内，全长约200 m。

3 盾构始发难点

3.1 盾构机多次分体始发

盾构机分体始发负环管片质量约12 t，且在拆除过程中配套台车位于其正下方，拆除施工安全控制难度大。二次始发需拆除盾构机管线，此时盾构机不具备向刀盘前方、盾体周围注入膨润土的能力，对地表沉降控制难度大，对工期要求严格。多次分体始发涉及工序繁多、交叉施工多，施工安全控制难度大。

3.2 -10环拼装控制不易

﹣10环拼装在盾尾内空拼成环后，整环后推至反力架，姿态控制难度大。﹣10脱出盾尾后，由于没有四周地层的包裹力，成型管片椭圆度控制难度大。

4 设计施组盾构始发方案

本工程所采用“麒麟号”盾构机设计长度为220 m，现场明挖段加盾构始发井全长104 m，现场不具备盾构整体始发条件，在盾构机首次始发时，设备桥中部两节、3#拖车、后置平台、转向系统等不进行组装，暂存地面，其余部件下井组装进行分体始发。

4.1 设计施组盾构始发

盾构机调试完后开始安装负环管片。拼装前，在千斤顶与盾尾密封刷之间焊接40～50 mm的方钢导轨。管片通过拼装机拖拉至真空吸盘可以吸附的位置后，用拼装机拼装第一块标准块，用推进油缸将管片顶推到固定位置，然后用螺栓将管片与反力架连接紧固。依次拼装完成其他标准块和两块连接块，最后拼装封顶块，完成-10环管片的拼装。依次进行管片拼装施工，在-3环顶进时，盾构机刀盘距离掌子面30 mm，在此之前完成盾构机与连续皮带机的联合调试，保证渣土顺利运输，盾构刀盘到达掌子面后旋转刀盘，并控制好盾构掘进参数及姿态，完成盾构始发段220 m的施工。

4.2 负环整环拆除施工

盾构掘进到达220 m处后，进行负环管片和反力架的拆除施工。在拆除前，先拆除反力架。拆除反力架时，先将反力架上半部分基准环吊装至地面，再将反力架背面的支撑割除吊装。吊装时，采用龙门吊通过φ32 mm的钢丝绳将反力架上半部分，依次从上到下拆除上横梁、左上角撑和右上角撑和右侧立柱四个部分。吊装前，将反力架之间的连接螺栓全部拆除。在反力架拆除完后，依次拆除-10环至-1环。

4.3 设备桥、台车组装施工及正常推进

在井口负环管片拆除施工过程中，洞内将设备桥第四节与第一节分离，并通过2台160 t的卷扬机将二号台车、一号台车以及设备桥第四节整体拉至明挖段内进行设备桥组装，同时地面进行设备桥第三节的组装施工。将设备桥第四节拉至明挖段内后，将设备桥第三节吊装至井下与设备桥第四连接，再将整体继续向后拉，将设备桥第二节吊装至井下与设备桥第三节连接。

连接完成后，通过卷扬机将整体向前拉至二号台车，刚好在洞内进行三号台车的组装施工，完成后继续向前拉，依次组装台车后置平台和砂浆车调转平台，完成盾构分体二次始发后的正常推进。

5 实施性施组分体始发方案

5.1 设计施组方案存在的问题

如果按照设计施组始发方案，在盾构继续向前掘进过程中，在220 m处停机进行盾构机组装施工将会面临多种施工困难，具体如下：①在区间220 m处停机处，地面附近有建筑物，如果盾构停机较长，将会引起地层沉降导致建筑物开裂的问题，影响极大；②停机期间内，由于台车后移，洞内电源被切断，盾构机刀盘无法转动，无法向前推进，且无法向刀盘前、盾壳周围注入膨润土浆液，以防止盾体“抱死”，造成安全事故；③台车后移前，需购置大功率卷扬机提供动力，订做钢轨作为台车后移的轨道，但轨道制作成本大，后期无法回收利用。

5.2 优化后实施性施组方案

考虑到以上环境、设备风险和投入成本大等因素，经参建单位论证研究，决定优化设计始发方案为：在盾构始发掘进至17环处拆除-10至-4环上半部分管片，将设备桥第二、三节吊装下井后进行组装并二次始发；当盾构掘进至57环位置后进行3#拖车吊装组装施工，同时拆除反力架上部横梁及基准环、东侧立柱以及-3、-2环上部，启动第三次盾构始发掘进至220 m处；此后完成剩余后置平台和旋转平台的吊装组装施工，进入正常盾构机推进流程。

5.3 盾构始发具体实施

5.3.1 实施性施组盾构第一始发

按照实施性施组进行盾构第一次始发方案施工，在施工过程中，较好地控制了洞门涌水、涌砂等问题，未发生地层沉降事故，盾构机安全、顺利地完成了第一次始发至17环施工任务。

5.3.2 负环拆除前加固施工

通过施工模拟，盾构掘进至17环时，设备桥1#车尾部刚好进入-3环，而设备桥仅长12 m，现场只需拆除-10环至-4环7环管片共计14 m，即可满足设备桥2#、3#吊装下放条件。由于盾构掘进距离较短，在进行二次始发施工时，已拼装管片不能提供足够的摩擦阻力来保证负环管片拆除过程的施工安全，因此，在负环管片上半部分拆除前，除进行同步注浆、管片背部二次注浆施工外，还在负环底部通过钢丝绳与导台拉紧。在设备桥组装完成后，盾构掘进过程中盾构上部没有推力，因此通过在拆除后的负环管片上架设钢支撑即可满足盾构掘进施工需求。

5.3.3 -10到-4环上半环拆除施工

本台盾构机的连接桥最宽尺寸为9.78 m，为保证连接桥在可以顺利下井进行组装完成二次始发，在负环管片拆除过程，需至少满足9.9 m的净空，且在拆除时保证下井前后内部空间一致，即-10、-7、-6、-5、-4环管片拆除上面部分4块，-9、-8环管片拆除上面5块，且在拆除过程中及时对负环管片外侧进行加固，保证施工安全，此后进行盾构的二次始发至17环位置。

5.3.4 设备桥组装吊装

在设备桥吊装之前，先将第一节设备桥与第四节设备桥分离，并通过卷扬机将2#拖车与第四节设备桥整体拖拉至明挖段内部。设备桥在地面组装完成后，用160 t汽车吊使设备桥第三节从负环顶部下井，后端与设备桥第四节连接。在前端做好支撑工作和吊车摘钩。地面组装设备桥第二节，完成后吊至井下与设备桥第三节进行连接，该过程与第三节组装下井过程相同，注意过程中的安全及质量监控。

5.3.5 负环拆除后加固

在设备桥组装完成后即进行盾构掘进施工，为防止盾构机千斤顶上部油缸在顶推过程中-3环上半部分管片因受力而向后移动发生安全风险，在反力架与-3环管片之间用5根φ609 mm的钢管撑进行支撑。

5.3.6 2#、3#台车组装施工

盾构机掘进拼装完成57环后，此时2#台车刚好进行洞内进行3#台车组装施工，本工程盾构机第3#台车总质量为97 t，3#拖车零部件在地面进行整体组装，组装完成后，采用400 t吊车进行整体起吊下井，在井下与2#拖车连接，完成整机组装工作。

5.4 后置平台、回转平台组装

在3#台车组装完成后，3#台车尾部已进入+3环位置，即可用200 t汽车将后置平台吊装组装施工，与此同时进行倒浆地泵和膨润土发酵池安装，然后盾构继续掘进至隧道内25 m后进行回转平台下井工作，使用200 t吊车将回转平台中部吊入隧道内，与回转平台前部连接。连接完成后，将回转平台后部吊至井下，顺序与前部相反，待全部连接工作完成后，开始调试工作，调试无误后恢复正常掘进。

6 结语

太原铁路枢纽西南环线盾构区间φ12.14 m大直径土压平衡盾构机多次分体始发的成功实施，为类似的大直径盾构机分体始发、浅埋掘进、长时间停机等关键工序提供了可靠的工程实践。

［1］陈馈，杨延栋.中国盾构制造新技术与发展趋势［J］.隧道建设，2017，37（3）：276-284.

［2］朱沪生，郑世兴，易宏.复合式土压平衡盾构机穿越闽江强透水砂层技术研究［J］.城市轨道交通研究，2017（1）：31-36.

2095－6835（2019）02－0118－02

U455.43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.118

〔编辑：王霞〕