基于盾构分体始发施工技术

杨洲 孟令祥 贾龙 张强 高峰

【摘要】现国务院高度重视推进城市地下综合管廊建设，沈阳市内老城区地下管线纵横繁杂，交通规划不够完善，结合沈阳市地下综合管廊工程某盾构区间，盾构始发竖井仅51.4m，不能满足盾构整体始发，总结分体始发施工技术，为同类城市地下管廊采用盾构法分体始发施工提供技术参考。

【关键词】地下管廊;盾构施工;分体始发;节约场地

1、工程概况

沈阳市城市地下综合管廊（南运河段）工程，D1～D2盾构区间使用北方重工的土压平衡盾构机分体始发掘进。区间隧道最小覆土5.8m，最大覆土约 22.5m，最大纵坡坡度为21‰。

2、盾构分体始发

盾构机设备总重量约为450T，盾体长度为9287mm（含刀盘），包括后配套总长度约为78m，盾构机刀盘直径为6280mm。盾构机整机总长约78m，D1盾构井结构总长51.4m，盾构井结构尺寸无法满足盾构整机始发，故采用盾构分体始发，即盾构机主机、设备连接桥、G1车架、及G2车架放置于井下，G3～G6车架放置于地面，井上井下设备通过延长管线连接。

（1）将盾构机主机、连接桥与G1、G2台车连接，G3～G6台车放置于地面上利用延长管线与盾构机G2台车连接;

（2）临时出渣设备的皮带输送机安装在连接桥上;

（3）盾构始发进入加固区，掘进速度缓慢，约为10～20mm/min，因为盾构井尺寸小，只能放置一节渣土车，用卷扬机进行水平运输;

（4）在盾尾脱离加固区时，盾构机向前掘进20m，此时将电瓶车、砂浆罐车及两辆管片板车吊下井，编组使用;

（5）在盾构掘进至60m，盾构井底板足够容纳所有台车，于是拆掉所有转接管线，台车全部下井，安装好皮带机，正常连接管线，电瓶车挂三列渣土车、一列砂浆罐车、两列管片车，至此，转接始发掘进完成，开始正常掘进。

3、端头降水

在盾构井始发、接收端头降水，主要利用盾构井开挖时井口周边打设的降水井进行降水。端头降水于盾构始发前一个月开始降水，降水水位需降至竖井底板下1m以下。

4、始发基座安装

盾构机重约300t，始发架为长度为9.5m，宽4.470m的钢结构。始发架基准标高较设计轴线标高抬高2cm，在确保始发架与设计轴线和标高无误，将始发架与底板上的预埋钢板进行焊接，始发架与端头结构墙和反力架之间用型钢进行支撑。

5、盾构及后配套下井组装

盾构机的吊装分两部分进行，首先起吊一号台车、桥架、螺旋输送机、盾体及刀盘，最后反力架就位、组装。在进行第二部分的组装，将G3、G4、G5、G6台车按顺序在地面端头井一侧成一字排开并进行台车之间的连接，最后将G1台车和G2台车之间的管路连接，G2和G3之间采用延长管线井上井下连接。

6、始发洞门准备

（1）水平探孔檢测

盾构始发、到达前，应对端头加固质量进行水平超前探孔检查，若超前探孔有水，则采取降水井降水。

（2）洞门凿除

洞门围护结构采用Ф800@1200mm钻孔灌注桩施工，洞门直径为6600mm，盾构机刀盘直径为6280mm，洞门破除直径为6600mm。强度等级过高对盾构机刀具磨损过大，综合考虑洞门人工凿除500mm，预留300mm为盾构掘进刀具切除。保护层的凿除工作由上至下完成，玻璃纤维筋的割除应自下至上切割。

7、负环管片安装

根据D1盾构井始发井长度为15.2m，吊装孔长度尺寸为11.0m，设置反力架的位置，确定负环管片环数。反力架前端中心里程：D=D洞门+始发架长度+端墙厚度。

负环管片拼装：

负环管片拼装前检查手涂盾尾油脂填充量是否达标。第一环负环管片先拼装A2型管片，再依次拼装A1型管片、A3型管片，再拼装邻接块B1、B2及封顶块，拼装时交叉拼装管片;管片拼装就位后用7字型钢焊接在盾体上固定管片，第一环负环管片拼装完成后，用推进油缸把管片推出盾尾，推进时，注意控制四组推进油缸行程，尽量控制四组油缸行程保持一致。

负环管片拼装的要点是，-8环管片与反力架基准环间采用特殊螺栓连接，利用管片拼装机在盾尾内整环拼装后，利用推力千斤顶将-8环管片推出盾尾，并与反力架基准环紧密连接牢固。其他负环管片安装与正常掘进管片拼装相同。

在管片脱出盾尾后，必须在始发架轨面与管片之间焊接具有足够强度和刚度的型钢垫块支撑管片。

始发阶段负环管片拼装形式全部采用通缝拼装，利于快速拆除始发负环，盾构进洞前在尾盾的盾尾油脂注浆管旁焊接直径20的钢筋，有利于隧道管片进洞后盾构姿态调整。为防止负环管片失稳，使用5T钢丝绳将管环紧固在始发基座上。

8、盾构始发参数设置

（1）土仓压力P的设定

主要取决于刀盘前的水土压力，一般在P1=0.05～0.13MPa范围内取值。具体值按下面公式计算：

P=K×h×r

r-土体的容重

h-刀盘顶部的覆土厚度

K-土的侧向静止压力系数

进入加固区后开始逐渐建立土仓压力，直到出加固区前1m，上部土仓压力控制在0.5～0.7bar，下部土仓压力控制在0.9～1.1bar。土仓压力按照公式计算：P=13×0.39×2.03/100=0.103MPa。

（2）推进速度

在初始阶段时，推进速度要慢，速度应控制在10～20mm/min之内，待盾构机完全进入土体后掘进速度逐渐调整为20～40mm/min。

（3）出渣量控制

每环理论出渣量V=πD?/4×L =3.14×6.28?/4×1.2×1.2=44.6m?;盾构掘进时出渣量控制在97%～103%之间，即43m?/环～46m?/环。

（4）同步注浆

同步注浆量：V=π（R?-r?）×L=3.14×（3.14?-3?）×1.2=3.24m?。本区间隧道位于中粗砂、砾砂及圆砾地层，该地层地下水丰富，盾构多次穿越南运河水域，综合考虑实际注浆量充填系数为2.2，实际注浆量为7.1m?。同步注浆压力控制在0.2～0.35MPa。盾尾全部进入土体开始进行同步注浆，刚开始注浆时安排专人在洞外观察，防止压力过大造成盾尾密封失效或地面隆起。

（5）渣土改良

盾构机在掘进时，使用泡沫剂对渣土进行改良，可有效地增强渣土的流动性及止水性能，并能降低渣土内摩擦角、减小对刀具的磨损。泡沫溶液由泡沫添加剂和水组成，其中泡沫添加剂占3%～5%，水占95%～97%;泡沫由压塑空气和泡沫溶液组成，其中压塑空气占90～95%，泡沫溶液占5～10%;泡沫的注入量一般取经验值30～60L/环。

结语：

结合D1盾构井成功的盾构分体始发施工经验，有效节约了施工场地的利用率，显著提升工作效率，工期明显缩短，施工过程得到有效保护，避免灾害发生，产生了显著的经济效益，可为同类盾构分体始发提供参考价值。

作者简介：

杨洲（1994.10-），男，汉，吉林长春，技术员兼助理工程师，本科，中建八局轨道交通建设有限公司，市政工程。