地铁盾构始发施工技术

地铁盾构始发施工技术

王书斌  张志伟 刘智博

中建三局集团有限公司  陕西 西安 710075

[摘要]结合雁鸣湖站区间盾构始发工程实例，介绍了盾构始发施工控制技术，保障施工质量，又能保证施工安全水平，对地铁施工具有重要的意义，提高地铁建设的经济效益和社会效益。

[关键词] 盾构；反力架；轨道；管片；监测

1、工程概况

雁鸣湖站~西安东站区间位于西安市灞桥区，区间自雁鸣湖站出发，上跨东三环，在云扉巷入地下穿半引路，向东地下敷设，下穿绕城高速，向南地下敷设至西安东站。左线长853.402m，右线长825.502m，区间线路采用"V"字坡，线路出盾构始发井后以6‰坡度下坡至最低点，然后以6.315‰坡度上坡到达西安东站。

2、工程地质

盾构区间隧道上覆地层主要为：杂填土、素填土、黄土状土、古土壤、水上老黄土、粉质黏土、卵石；洞身地层主要为：粉质黏土及少量卵石、砂、黄土状土；下伏地层主要为：粉细砂、中砂、粉质黏土。

刘智博

图1 雁鸣湖站盾构区间地质断面图

3、施工重难点

本项目盾构始发位于R400（左线）和R410（右线）的曲线上，因此，盾构始发采用割线始发。始发处于6‰下坡段，拱顶埋深8.238m。盾构隧道局部区域下伏地层为粉细砂，盾构施工如盾尾间隙、背后注浆控制不当，会引起盾尾涌砂、涌水现象，甚至地面沉降，塌陷等问题。盾构施工局部区域穿越卵石层，盾构施工穿越砂卵石地层往往会产生刀盘刀具磨损严重，同时如出土量控制、背后注浆控制不当，会引起地面沉降，甚至塌陷、涌水等问题。

4、盾构始发施工

本工程拟投入2台装备土压平衡盾构机，出厂编号为中铁装备328#及528#，两台盾构机技术参数一致。

1.1工艺流程

始发程序包括盾构始发托架定位安装，始发用反力架的就位，支撑系统、洞门止水装置的安设、洞门破除，盾构组装、盾构机调试验收，其他保证盾构正常掘进的设备、人员、技术准备等，直到始发推进。盾构始发、试掘进施工作业流程见下图。

图2左线盾构始发、试掘进作业流程

1.2施工方法及操作要求

（1）施工准备

1）控制测量和联系测量

主体结构达到始发条件后，进行控制测量和联系测量，在井下布置测量控制点，并做好标识。

（2）主体结构复测

主体结构具备始发条件后，组织测量人员对主体始发段进行复测，测定实际偏差量，为盾构始发提供数据支持。

复测的主要内容有：洞门钢环复测、端头井底板标高、侧墙和端墙位置及倾斜度，正常段底板标高、正常段侧墙净空、中隔墙位置等。

方案中提及的参数主要依靠设计数据进行确定，待复测结果提供后，进行适量调整。

（3）电瓶车和台车轨道铺设

台车下井前铺设电瓶车和盾构机台车轨道，盾构机掘进后应延伸轨道，台车轨道每6.25m接长一次，台车轨道循环使用。

（1）以隧道中心线在底板上的投影作为轨道铺设的中线；

（2）电瓶车轨道（中心轨距970mm）和台车轨道（中心轨距2080mm）均采用43kg/m轨道；

（3）轨枕的铺设位置要准确，固定钢轨的压板、螺栓要坚固，定期检查并复紧；

（4）地面系统调试

地面系统主要包括起吊装运输系统、搅拌站系统、充电系统、通风系统、通信系统等。

（1）吊装运输系统：盾构掘进采用2台45T龙门吊，一台叉车和渣土运载车辆，主要负责管片水平转场、吊运、渣土吊装及装载运输。

（2）搅拌站系统：操控室、搅拌系统、自动送料系统及水泥罐、粉煤灰罐，送浆泵及送浆管路，在始发之前必须组装调试完成。

（3）充电系统：负责为电瓶车充电，始发之前必须调试完毕。

（4）通风系统：包括轴流风机和通风管，可先完成调试，待需要时进行安装。

（5）通信系统：包括内线电话和监控系统，内线电话将直接安装于盾构机内和各办公室之间，监控系统则装于监控室，盾构机各参数可实时传递到办公室电脑上，便于项目管理。

（5）端头加固

盾构始发端头采用二重管旋喷桩加固方式；接收端采用三重管旋喷桩加固方式，加固范围均为：平面范围为盾构隧道结构左、右两侧各3m，沿线路方向8m范围，深度范围为盾构隧道结构上、下各3m。

（6）始发托架定位安装

始发托架用于盾构机始发时固定盾构机方位、承载盾构机的自重，以及调整盾构机中心达到设计标高；在负环管片拆除前，始发托架还起着固定负环管片的作用。

始发井底板自西向东为6‰下坡，盾心标高至主体结构底板顶面的距离右线为3.66m（左线为3.71m）盾构机半径为3.14m，右线盾构机需抬高52cm，左线盾构机需抬高57cm，在洞门位置预留80cm宽的盾构槽。托架位置调整时确保盾构机中心与隧道中心线的重合（盾构机的始发尽量保持抬头始发）。

1）始发托架梁及始发托架中线与盾构始发中线重合；

2）盾构始发前对始发架两侧进行必要的加固，利用H型钢两边支撑保证左右稳定。并用垫薄钢板调节始发架的标高，达到要求的位置；

3）盾构机与始发托架接触处焊接防扭转牛腿，以防止盾构始发阶段由于盾构机刀盘受到土体的反力而发生盾体的滚动。

4）始发架前端，与洞门空隙处设置导台，以使盾构机顺利进入土体。导台分为两段，始发架前端到洞门密封处为第一段，视现场情况优先采用砼导台的形式；洞门钢环内为第二段，采用钢导轨形式。钢导轨与始发架钢轨对接，并在底部采取加固支撑措施，洞门钢环内的导轨范围为钢环底部50度。

（7）反力架安装

1）反力架定位

反力架的位置根据洞门宽度和负环的环数确定，洞门宽度根据距离洞门最近的联络通道中心位置到洞门的长度来确定，即联络通道至洞门的长度等于管片的设计管片长度加上洞门的宽度。

②根据洞门设计要求，洞门宽度控制在40～80cm，左线始发洞门取值为60cm.

左线洞门宽度为60cm，-1环在始发井内的宽度为140cm，负环数为7环，反力架基准环距离洞门的长度为10.4m；雁～西区间右线洞门宽度为60cm，0环在始发井内宽度为26cm，负环数为7环，反力架基准环距离洞门的长度为10.76m。负环拼装不得选择下部点位。

根据始发管片排版反力架基准环靠近洞门的表面中心精确定位于基准环起点中心坐标处。

2）反力架下横梁架设四道水平支撑，在两侧竖梁相应位置架设2道水平支撑和2道斜支撑，在上梁布置2道直撑和3道斜撑。

3）反力架安装质量检测

已施工完成的反力架需确保固定充分牢固，外观质量良好。在掘进过程中受力均匀，不跑偏，不侧移。反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内。始发托架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±3‰。

（8）盾构机组装调试

1）盾构机组装

按照施工方案进行盾构机吊装，反力架安装完成后，连接设备桥和盾体，完成盾构机组装。

2）空载调试

盾构机拼装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试主要是检查设备是否正常运转。

3）负载调试

试掘进即为对设备负载调试。负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。负载调试待安装好负环管片、洞门凿除和洞门密封环板完成后进行。

（9）洞门密封安装

在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环形密封橡胶板止水装置。

由于洞口与盾构(或衬砌)存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降，因此，须在洞口安装进、出洞装置，装置包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈。安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致，并清理螺孔内螺纹。安装顺序为帘布橡胶板→圆形板→扇形板，自上而下进行。安装时圆形板的压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构施工时洞门漏水、漏浆。

当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在Φ6240mm的盾体外径处，止住水向始发井内流入。当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向盾构井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢。在试掘进100m完成后、拆除负环管片后，将B压板、扇形压板、密封橡胶帘布和螺栓依次拆除。

（10）负环管片安装

1）负环管片下井

管片经检验合格后，使用45t龙门吊，平稳地吊往井下，并从台车间经轨道运输进入负环管片拼装区。地面指挥确认井下无人站立和行走后，方可指挥司机进行运作，同时按下报警器，示意有重物进入施工井口。

2）负环管片拼装

负环管片支撑系统采用钢反力架，负环管片拼装为直线拼装，拼装时遵循管片平面与钢反力架接触面保持平行的原则。

在盾构内拼装负环，负环管片为普通混凝土管片，在拼装混凝土管片之前，在反力架与混凝土管片间加塞传力衬垫，防止损伤混凝土负环管片。用盾构机的拼装机进行安装负环管片。拼装完成第-7、-6环管片后，推顶至反力架处。继续拼装-5环负环管片，管片连接采用管片螺栓连接，以后的负环管片按错缝拼装。

在安装反力架时，须严格以里程控制，反力架两立柱的支座，采用预埋钢板焊接连接的方式，控制其表面标高，并且在支座上弹出反力架里程控制线。采用加设传力衬垫的方法，使反力架形成的平面与管片的平面严格吻合。

负环管片脱出盾尾过程中，托架与负环管片之间放置钢楔和木楔支撑管片，并采用φ16钢丝绳整环拉结措施，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。负环管片拼装方式采用错缝拼装，第1环负环拼装点位应选择上部。

（11）盾构机入洞门掘进

完全清除洞门砼后，确认洞门环板、活动压板和橡胶帘板与盾构机刀盘不冲突，盾构机即可向前推进，尽快使用推进千斤顶使盾构机进入洞门，在盾构机进入洞门的过程中，需延长导向轨道，并注意活动压板和橡胶帘板的安全，盾构正环掘进，盾构始发基本完成，可进行盾构正环掘进及正环管片安装。

5、结语      

总的来讲，地铁隧道盾构始发法施工进行分析，可以起到优化施工效果的重要作用。在今后的地铁隧道施工当中，应对盾构始发环节的各种复杂工况和未知的地质条件及风险进行更细致的考虑。必须加强对盾构始发法施工关键内容的重视，并结合新型技术的施工需求对盾构始发法施工进行调控，提高该项施工效率，本地铁盾构施工为同类型施工提供借鉴。

参考文献：

（1）秦汉礼，盾构施工技术（J），隧道建设，2016(09)

作者简介：张志伟（1981-），男，高级工程师，2004年毕业内蒙古大学土木工程系，（daobo888@126.com）。

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