地下空间盾构机主机台阶式降落施工技术研究

崔瑶瑶 张瑞亮 庞丕杰

1.中船重工（青岛）轨道交通装备有限公司 山东青岛 266111；2.青岛德瑞汇丰环保科技股份有限公司 山东青岛 266001

目前，盾构施工技术的应用非常广泛，如西气东输、公路隧道、水工隧道和城市隧道工程。随着盾构机技术和盾构施工技术的日益成熟，盾构施工在地下隧道工程中发挥了非常重要的作用。至于未来地下空间的发展，隧道的建设已经地下80m，甚至超过110m，主要工程项目包括高速铁路和地下铁路。随着施工工作面深度的增加，施工条件也越来越复杂，需要穿越各种恶劣的地质条件。盾构机的施工能力和盾构法施工技术提出了新的问题，迫使需要开发新的盾构施工技术。

1 盾构施工的前沿技术

如今，虽然盾构机的内部技术和盾构法的施工技术有了长足的进步，但盾构机技术和盾构法仍然面临着许多问题。

1.1 母子泥水盾构机

母子泥水盾构机将通过子盾构机与母盾机分离并继续挖掘的方式来理解挖掘不同内径的隧道，从而使盾构机完成地铁站和地铁隧道的建设。

1.2 分杈形盾构机技术

分散式盾构机，其中小型盾构机可以垂直挖掘另一条隧道。可在水平和垂直方向交替调谐，这种盾构机可以避免切桩的情况出现。

1.3 盾构机常压换刀技术

目前，刀具更换在实际盾构法施工的过程中，是一项非常棘手的问题。在复杂的井下条件下，工具容易磨损，手动更换工具不仅需要停机，而且存在有一定的安全隐患。目前，我国对人工操作的应用广泛，对刀具的更换还没有采用自动化技术。日本虽然开发了自动换刀技术，但其应用范围有限，只能应用于地表以下20m的深度[1]。

1.4 复杂地质超前地质预报技术

超前地质预报的常规方法有超前钻探、地震反射、电磁法、直流法等。但可用于盾构施工的预报技术还十分有限，检测精度和与施工配合还有待提高。

复杂地质超前地质预测在隧道施工中具有成熟的应用案例，如TRT（狮子洋水下隧道）反射影像、CT跨孔地震层析成像、先进的电监测技术（射线技术）、雷达穿透地面等待。

2 盾构机出洞方法设计

三台盾构机的进出隧道均在岗厦东北部，岗厦北站东端为地下3层框架结构。两台Φ6980用于刚黄段，一台Φ6480用于输入输出部分。随着盾构车从隧道中出来，车站主体基本完成。盾构机沿隧道方向12m处钢下北分配器端壁中间板落差半径；盾构机必须穿过下降半径才能到达上升孔（12m*5m）。一旦底部进气板和右侧进气区的侧壁和中间板的施工完成，应切割4个格子柱，以提供屏蔽接收位置[2]。

接收港黄段隧道底部距底板约2.24m，盾构机立架不能突出太高，否则盾构中心安装盾构机后机器太高，总重量增加，平移和破坏安全的风险会增加。同时，汽车防护罩在踩踏时，要避免落到结构上的半径。因此，只能使用常规的台阶架，同时应升高1.74m。盾构机主体进入行走架后，行走架位于下油缸下沉部分的底部，沿隧道方向向前移动9.3m到达起重机。出位，先到达抬升位置再抬出。

到入口线左侧车道，先将行走架抬高约1.751m，待盾构完全进入行走架后，下至下沉段底部，再向南移动约10m，然后坐下回到底部，然后向前移动约3.8m；再次移动然后抬起，框架将在释放轴上转动并抬起。

穿越岗黄左线，先将行走架抬高1.1m，待盾构完全进入行走架后，下降至下沉段底部，再向前行走约3.8m；然后将其水平移动并抬起，框架从井中返回起点。

由于纵向邻居对黄线右侧力场运动的影响，一开始就建相邻的柱子是不明智的，柱子应该上升1.1米左右。一旦防护罩完全安装在底部，它们就会潜入隧道底部，向北约9.5米，向前移动3.8米，然后向上移动，然后返回筒仓悬挂。

3 盾构机台阶式下降设计

盾构机取定标架下方平放钢支架φ609，出孔升起台阶架，使台阶架中心线与盾构机中心线相等。根据隧道底部与底板距离的不同，选用0.5m和1m两种钢支撑段，在进行微调时，应采用工字钢进行[3]。

盾构机两侧大冲击油缸为降落设计，使盾构机下降平稳平稳。由于盾构机总重量600T，受空间尺寸限制，油缸安装位置不能超过盾构机最大直径位置。针对此设计盾构机下降油缸的行程，具体如下：

行程L：大于1.5m，盾构机可以一次下降到位。但是油缸零行程的基础尺寸的关系，盾构机下面安装空间尺寸不足，无法采用。

行程L：0.5m＜L＜1m，盾构机需要分多次下降才能到位，工作效率不高，避免采用。

行程L：1m＜L＜1.5m，盾构机分2次下降才能到位，满足工作状况，提高效率。

为此，盾构下圆柱体的最佳路径是1.1米，这意味着必须使用连续下降来构建盾构。在液压系统设计过程中，充分考虑了管道和油缸的减压，并引入了润滑油双重控制，防止护罩突然坠落，使得安全隐患得到有效地降低[4]。

4 施工准备

将盾构机到达的区域平整，放置20mm厚的钢板，将钢板间的接缝间断接合，将黄油涂抹至钢板的表面。

钢支架检查：安装前全面检查，特别是法兰面，应平整，如有不平整，应修整，钢支架中心用φ12U型钢拉钩进行焊接。

钢支撑的第一层安装完成，在安装的过程中，在卷扬机的方向安装拉钩，并利用水平尺进行调平，针对进架区域的四周以及过渡区域的四周采用20#工字钢三角支撑的方式进行固定。

钢支撑的第二层，其拉钩同样在卷扬机的方向进行安装，在进行调平时，应采用水平尺进行。

安装步进架，过渡段中心线应与盾构机中心线重合。使用工字钢垫调整踏板架的水平。用钢支撑做大斜撑，加固踏框端部，以避免步进架主线滑动的现象。

盾构机从洞口出来，气推缓缓地放在架子上。观察前后：例如通道段+支撑架+钢护盾缓慢滑动时，发现异常及时停止推动，完成处理加固后再继续。

一旦盾构机到达缩放框架，将盾尾后面的所有配件和管道分开。

盾构机支架与台阶架全连接。可以使用链锯或钢板焊接，防止盾构机打开时机架掉落。

下降油缸联轴器座安装在盾构机上。焊接三角形连接的底座必须牢固，多层鱼面，避免虚焊的情况出现。

安装起落油缸和连接座及液压系统。根据着陆油缸零冲击长度，在着陆油缸支架下垫下放置长度为0.5m的钢支架φ609。

检查液压系统。多个下降油缸的油管内外方向必须同步。安装油管使用方便，易于观察。能及时发现油管漏油等紧急情况。

拆下通道段与分体脚架的连接螺栓，拆下过渡段和过渡段的钢支撑。

5 盾构机下降

拆除第二层钢支撑四周的用于固定的工字钢以及步进架上前端用于固定的大斜钢支撑。

除非障碍解除，否则水力站无法启动。联合指挥官一起发出命令，一名特工被观察员包围，看着盾牌升起来。在异常的情况下，与指挥官及时反馈和立即停止升盾。

盾构机步进架与第一层钢支撑完全分离及停止提升。

检查液压系统是否有漏油现象。锁住操作阀，禁停观察油缸是否回缩现象。液压站不能停止工作，时刻保持电机运行。

确定安全后，采用长勾的方式，勾住第二层钢支撑，由卷扬机进行牵引，从外向内逐个、逐层进行拆除。

拆除完成后，确定盾构机+步进架下无障碍物后，缓慢回收下降油缸。

检查第一层钢支撑稳定情况，以及全部液压系统，发现问题及时处理。

检查下降油缸与盾构机之间三角形连接块的焊缝，出现裂纹进行补焊。

盾构机+步进架降落至底板。再进行盾构机的步进、平移、方向旋转调整。

6 盾构法施工技术应用特点分析

6.1 对地面影响较小

针对具体的盾构法施工技术手段的运行和实施过程进行分析，可以看出的是，在实施操作中不需要对地面相关场地进行处理，盾构机在施工操作中没有较大的噪声和震动威胁。这样就不会对地表建筑物和周围的人造成明显的干扰，以此导致这方面的优势与开挖处理进行比较更加明显。

6.2 施工精度较高

对于盾构法施工技术工具的具体操作和应用，对施工精度也能表现出理想的积极作用。这种施工精度检查主要是为了促进相关误差得到有效检查，特别是盾构挖掘机的详细检查和校正，可以检查0.5mm以内的误差，这将不可避免地避免在施工过程中出现的导流问题，出现过去修建地铁隧道容易出现的问题。

6.3 机械化程度高

在地铁施工中有效利用盾构法施工技术也具有较高的机械化效果。可严格按照相关施工组织方案有效实施，使得施工推进的效率得到有效地提升，同时，其施工效率和水平也明显有所提升，在很大程度上对地铁项目的优化起到一定的推动作用。

6.4 要求较高

对于盾构施工技术在地铁施工中的实施和应用，总的来说，对其有着较高的要求，同时，在很大程度上对技术的有效落实起到了一定的制约作用，以实际的施工过程为例，在操作的过程中，它不能后退，只能在施工作业中前进。在操作中使其容易出现一定的故障，并成运行偏差的情况出现，形成事故屏障。另外，从质量方面来看，盾构挖掘机对其自身有着较高的要求，应确保其精度和整体协调的合理可靠性得到保证。

7 盾构法在地铁施工中的应用

7.1 始发竖井

竖井是用来装配盾构机的，所以在施工前，必须根据装配工艺的要求确定建筑物的尺寸。一般井宽比盾构机直径多1.6-2.0m，长度应满足设备和工作空间的安装要求。

7.2 盾构拼装

盾构机头一般由厂家组装，然后整体运输到现场。但鉴于我国城市道路的运输能力和通过能力，往往采用分体式运输，分为刀盘、上盾壳、下盾壳和车主四部分，然后组装在竖井上考虑到单个零件的重量约为30t，在选择起重设备时，可以使用港口起重机或汽车起重机。具体安装时：安装防护罩底座，测量推力轴和防护罩初始导轨；将屏蔽壳提起并精确安装在底座上，以确保牢固抓握；抬起主机，将刀头固定在主机上；将屏蔽罩的上屏蔽罩和屏蔽罩的底壳安装在一起，组装完成。其中，反作用力装置包括两部分：固定支撑座；临时支撑垫。负环段通常用作支撑反应框架。由预制隧道管片拼接拼装而成，均为闭环。

7.3 进发导口

入口闸门位于开挖方向，其作用包括三个：保证开挖面的稳定性；防止山体滑坡；并防止地下水泄漏。在隧道开挖之前，土壤加固主要采用注浆和冻结方法。钢筋的范围应大于屏蔽的长度，直径应检查在屏蔽直径的2倍左右。

7.4 洞口止水

隧道洞口外径与盾构外径之间存在一定的间隙，从而形成环形间隙，容易造成漏水、漏土及后续的泥土沉降，使得盾构施工影响隧道安全。为避免这种现象的发生，在盾构隧道上门地面前部附近安装橡胶圈和钢板来堵住缝隙。一旦屏蔽进入地面，将钢环板和预埋件连接起来，完全密封开口之间的间隙。

7.5 盾构始发

各项准备工作完成后，盾构机开始启动工作，推力缸盖反作用力装置，启动刀盘和推力缸，即可完成掘进和切割工作。当盾构刀头断地时，为避免截割土壤流失过多，造成断面坍塌，土压载舱应借助螺旋输送机装满黏土，以确保舱内稳定。刀盘启动前，确保处在满仓状态下，对土体进行切削盾构进入隧道后，必须同时安装管片和平面喷涂机，为后续施工做好准备。推进油缸推进管段，推进过程和耦合过程循环进行，直至盾构机完全进入隧道。

8 结语

由于地下空间无法使用大型电梯，因此该方法解决了动力装置无需大型起重机、缝线和钢支撑即可重复使用的问题。