孫立光鄭州市軌道交通有限公司（450000）

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某地鐵車站高壓線下盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)

孫立光
鄭州市軌道交通有限公司（450000）

摘要：結(jié)合某地鐵車站右線盾構(gòu)始發(fā)，為避讓高壓線下安全施工距離不符合規(guī)定和切實(shí)保障施工安全，采用了首先從左線盾構(gòu)井采用履帶吊抬吊方式完成盾構(gòu)機(jī)的下井組裝，然后從井下左側(cè)平移右側(cè)，完成本盾構(gòu)區(qū)間右線始發(fā)盾構(gòu)機(jī)就位技術(shù)?；诙軜?gòu)平移空間的需要，采用了混凝土結(jié)構(gòu)柱延后施工工藝。該地鐵車站高壓線下盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)得到成功應(yīng)用，豐富了高壓線下盾構(gòu)組裝及始發(fā)的施工實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；高壓線；平移；始發(fā)；抬吊；工作井

某地鐵車站盾構(gòu)區(qū)間采用兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工，均在該站西端頭下井始發(fā)，沿該站所在西站路由東向西掘進(jìn)，到達(dá)建設(shè)西路站。本盾構(gòu)區(qū)間場地較平坦開闊，屬于山前沖洪積緩傾平原，場地30～40 m深度范圍內(nèi)地層主要為第四系上更新統(tǒng)地層，主要地層為砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土。始發(fā)段隧道穿越地層主要為：雜填土、砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土，地下水位埋深為26.0～31.50 m，隧道頂部覆土厚度11～15 m，地表主要為西站路及紡織大世界拆遷區(qū)。西站街站右線盾構(gòu)井正上方距離地面16.24 m為承載22 kV高壓的電線。

1　始發(fā)條件準(zhǔn)備

1.1右線盾構(gòu)始發(fā)的主要特點(diǎn)

本盾構(gòu)區(qū)間右線先行始發(fā)，因其正上方高壓線尚未入地，不能直接采用履帶吊抬吊方式進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組件的下井安裝，需先從左線盾構(gòu)井采用履帶吊抬吊方式完成盾構(gòu)機(jī)的下井組裝后，從井下左側(cè)平移右側(cè)完成本盾構(gòu)區(qū)間右線始發(fā)盾構(gòu)機(jī)就位，其主要特點(diǎn)如下：

因盾構(gòu)井正上方是承載22 kV高壓的電線，需要在盾構(gòu)井左線向右線平移盾構(gòu)機(jī)。利用左線盾構(gòu)井采用履帶吊抬吊方式進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的下井組裝。考慮盾構(gòu)機(jī)平移空間的需要，延后施工盾構(gòu)井中間設(shè)計(jì)布置的混凝土結(jié)構(gòu)柱。

1.2盾構(gòu)始發(fā)施工流程

盾構(gòu)始發(fā)施工流程：始發(fā)井回填鋪鋼板→平移平臺(tái)搭設(shè)→軌道鋪設(shè)→六號(hào)拖車下井平移→五號(hào)拖車下井平移→四號(hào)拖車下井平移→三號(hào)拖車下井平移→二號(hào)拖車下井平移→一號(hào)拖車下井平移→雙軌梁下井平移→螺旋機(jī)下井→始發(fā)臺(tái)架下井安裝→盾構(gòu)主機(jī)下井平移→反力架下井安裝→負(fù)環(huán)管片拼裝→洞門密封安裝→洞門鑿除→開始始發(fā)。

平移施工前需要先按其進(jìn)行后配套組件吊裝，吊裝完成后進(jìn)行盾構(gòu)主機(jī)與托架定位連接：提前調(diào)整拼裝機(jī)的位置，使拼裝機(jī)的前移、定位機(jī)構(gòu)位于正下方；旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)，使螺旋機(jī)內(nèi)部清理干凈；吊裝時(shí)，做好定位，將盾體往前移至完全處于始發(fā)托架上；對(duì)盾體和臺(tái)車之間的水電、液壓管線以及鋼結(jié)構(gòu)做好管線作編號(hào)，并做好清潔保護(hù)，為后期組裝做好準(zhǔn)備；在盾體外殼和始發(fā)托架焊接連接鋼板，將盾體與始發(fā)架連接成一個(gè)整體同時(shí)防止盾構(gòu)機(jī)側(cè)扭，在盾體上焊接牛腿，方便在必要時(shí)候用液壓油缸抬升盾體和托架，焊接防止鉸接活動(dòng)的鋼板。

1.3始發(fā)端頭井的地層加固

1.3.1端頭井的地層情況

始發(fā)端頭的地層情況為：山前沖洪緩傾平原。表層以雜填土、三七灰土、碎石為主，厚0.8～2.7 m，其下為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，主要地層為粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂，該層厚度大于20 m。

1.3.2端頭井的地層加固

端頭加固采用φ800@650三重管旋噴樁。西站街站西端豎向加固范圍為隧道頂板以上3 m至底板以下3 m，平面加固范圍為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)輪廓線左右各3 m，縱向加固長度為8 m。端頭井加固的作用在于，一是為盾構(gòu)始發(fā)提供穩(wěn)定的地層條件，保證洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除安全和順利始發(fā)；二是為盾構(gòu)組裝提供足夠的地基承載力，保證盾構(gòu)組裝時(shí)吊機(jī)在吊裝作業(yè)過程中的安全。

盾構(gòu)機(jī)下井組裝采用1臺(tái)SCC2500C履帶吊抬吊方式，考慮盾構(gòu)機(jī)下井組裝的地基承載和吊裝安全，在吊機(jī)吊裝承載區(qū)域，端頭加固后進(jìn)行地表硬化。

1.4始發(fā)架安裝

始發(fā)托架是盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)井底板上的支撐和定位托架，托架總重7.8 t，采用250 t履帶吊吊裝。為保證盾構(gòu)機(jī)始發(fā)托架中心與隧道中心一致，根據(jù)始發(fā)架高度，使用全站儀進(jìn)行測量定位，確定始發(fā)托架位置，在始發(fā)井移交之后進(jìn)行始發(fā)架的安裝。首先依據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸心線確定始發(fā)架中心線，盾構(gòu)機(jī)采取直線始發(fā)，托架中心線與線路中心線重合。通過測量放線，將始發(fā)架中心線刻劃于始發(fā)井底或端墻及側(cè)墻上，以指示始發(fā)架的安裝位置。為防止盾構(gòu)始發(fā)出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象和盾構(gòu)機(jī)駛上導(dǎo)軌困難，將始發(fā)托架抬高20 mm安裝，始發(fā)架安裝采用鋼板墊高找平。托架安裝就位后，開始在托架上組裝盾體。

1.5盾構(gòu)機(jī)組裝平移

1.5.1盾構(gòu)機(jī)的吊裝

影響盾構(gòu)吊裝的作業(yè)環(huán)境因素主要有始發(fā)井的開口尺寸、深度、吊裝作業(yè)場地下管線情況、架空高壓線情況等。由于右線始發(fā)盾構(gòu)井正上方是承載22 kV高壓的電線，不能滿足吊裝操作安全距離要求［1］。因此盾構(gòu)吊裝需在工作井左線進(jìn)行，然后平移到右線進(jìn)行始發(fā)。右線盾構(gòu)區(qū)域現(xiàn)場照片見圖1。

圖1　高壓線位置與盾構(gòu)井現(xiàn)場

圖2　盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場吊裝

本次吊裝采用的SANY公司SCC2500C型履帶吊，其履帶長度9.134 m，整機(jī)寬度7.681 m，吊裝時(shí)主臂長度19.5 m，7 m固定副臂工況。250 t履帶吊從西側(cè)將盾構(gòu)機(jī)相關(guān)部件吊起后，由北向東旋轉(zhuǎn)過程中履帶吊后部鋼絲繩卷筒位置處于離高壓線較近區(qū)域：經(jīng)模擬得出，高壓線與履帶吊極限位置處的最小距離為6.3 m，滿足施工安全距離要求［2］。盾體下井與基坑擋土墻保持1.2 m的安全距離，吊裝刀盤、前盾、中盾的最大工作幅度為9 m，吊裝盾尾、臺(tái)車的工作幅度為11 m（取12 m）。吊裝作業(yè)現(xiàn)場吊裝照片見圖2。

1.5.2盾構(gòu)機(jī)的平移

1.5.2.1盾構(gòu)平移空間的擴(kuò)備

1）預(yù)留集水池的處理

根據(jù)將盾構(gòu)機(jī)從左線向右線盾構(gòu)井平移場地規(guī)劃，需要對(duì)地板預(yù)留集水池進(jìn)行處理。處理方法是在集水池中填砂并保證密實(shí)，上方鋪設(shè)鋼板固定。因西站街車站混凝土板面澆筑的平整度并不能完全達(dá)到盾構(gòu)機(jī)平移施工的要求，擬采用50 mm砂漿找平并鋪設(shè)30 mm鋼板，以保證平移施工中板面的平整度和有效降低平移施工中產(chǎn)生的摩擦力。

鋼板鋪設(shè)要求：

接收井底板填充時(shí)需要水平尺校準(zhǔn)，嚴(yán)格控制填充后底板頂面的高程與坡度，保證填充底板頂面平整，鋼板與鋼板接縫處應(yīng)平順；鋼板接縫處每隔1 m，開坡口焊接，焊接完成后打磨至與鋼板面平齊。

鋼板與鋼板之間緊密靠攏，鋼板之間縫隙需焊接，并打磨處理。

鋼板接縫焊接后，每隔4 m用長200 mm直徑20 mm的螺紋鋼筋植入底板，并與鋼板接縫進(jìn)行焊接固定鋼板，防止盾構(gòu)機(jī)在水平頂推過程中，鋼板產(chǎn)生水平位移。

2）工作井中間混凝土結(jié)構(gòu)柱的延后施工

盾構(gòu)機(jī)從工作井左線吊裝入井，平移至盾構(gòu)右線工作井，中間混凝土結(jié)構(gòu)柱需預(yù)先留置延后施工，為此編制了平移通道內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)柱延后施工方案內(nèi)容。

前期工作井主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)預(yù)留該混凝土結(jié)構(gòu)柱鋼筋，先用臨時(shí)鋼柱進(jìn)行支撐受力，待平移時(shí)，拆除臨時(shí)鋼柱，快速通過柱體位置后，及時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)柱兩邊支撐鋼立柱，實(shí)施混凝土結(jié)構(gòu)柱鋼筋綁扎、封模、澆筑混凝土。待結(jié)構(gòu)柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，拆除兩側(cè)臨時(shí)鋼柱。

1.5.2.2盾構(gòu)機(jī)的平移

盾構(gòu)機(jī)的平移主要使用液壓油缸頂推托架進(jìn)行。盾構(gòu)機(jī)與始發(fā)托架連接后，利用液壓油缸頂推托架整體平移，在平移的鋼板上涂抹黃油以減少移動(dòng)托架和鋼板之間的摩阻力。利用千斤頂將盾構(gòu)機(jī)及始發(fā)托架整體橫向向右線始發(fā)位置前移，盾構(gòu)機(jī)從靜止開始向前移動(dòng)，初始推力控制在1 000 kN以內(nèi)，平移過程中推力控制在300～500 kN。盾構(gòu)機(jī)由工作井左線向右線現(xiàn)場平移見圖3。

圖3　盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場平移

1.6反力架的安裝

反力架的安裝，安排在盾尾安裝完成之后、連接橋連接之前進(jìn)行，盾構(gòu)始發(fā)反力架為拼裝式全鋼架結(jié)構(gòu)，整個(gè)反支架支撐可提供1 500 t的推力。

反力架安裝時(shí)，首先測量反力架位置起始里程斷面的中心線，并刻劃在始發(fā)井側(cè)墻上，以便反力架中心定位，反力架中心隨始發(fā)托架抬高而同時(shí)抬高20 mm。定位關(guān)鍵是反力架緊靠負(fù)環(huán)管片的定位平面，并與此處的隧道軸線垂直。反力架立柱底部焊接在車站預(yù)留鋼板上，上部、底部的橫梁和立柱的上下端，采用螺紋鋼管支頂在后面車站底板臺(tái)階或中板上，位置確定之后，再焊接固定后部兩排斜撐，斜撐采用φ609 mm螺紋鋼管支撐。

1.7始發(fā)準(zhǔn)備

1.7.1始發(fā)洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破除

洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破除需在始發(fā)端頭地層滿足加固要求以后進(jìn)行：首先將圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)層鋼筋以及混凝土先進(jìn)行鑿除，其次在盾構(gòu)始發(fā)前將剩余的鋼筋混凝土鑿除。鑿除施工完畢后拆除腳手架，快速拼裝負(fù)環(huán)管片，使盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)掌子面，避免掌子面暴露太久發(fā)生失穩(wěn)坍塌。

1.7.2洞門密封

洞門密封可分兩部分進(jìn)行：首先做好始發(fā)洞門鋼環(huán)的埋設(shè)工作，此過程中要注意鋼環(huán)必須與車站端頭墻鋼筋連接在一起。然后在盾構(gòu)始發(fā)之前，洞口的折頁式翻板和窗簾橡膠板要安裝完畢，密封環(huán)的安裝安排在盾構(gòu)機(jī)下井組裝調(diào)試完成、洞門外層混凝土鑿除之后進(jìn)行。洞門密封裝置安裝時(shí)，需注意密封橡膠簾布及扇形壓板的安裝方向，密封橡膠簾布端頭的凸起方向與盾構(gòu)掘進(jìn)方向相同。

1.7.3洞門始發(fā)導(dǎo)軌的安裝

安裝始發(fā)導(dǎo)軌是保證工程順利進(jìn)行的重要因素。由于盾構(gòu)始發(fā)時(shí)刀盤處在懸空的狀態(tài)，容易產(chǎn)生叩頭現(xiàn)象。解決此類問題的辦法就是在洞門鋼環(huán)的下部安設(shè)一節(jié)始發(fā)導(dǎo)軌，并在末端留出一定的空間，起到防止由于安裝導(dǎo)軌而引起刀盤旋轉(zhuǎn)的作用。

1.7.4負(fù)環(huán)管片的安裝

盾構(gòu)機(jī)調(diào)試就緒之后，拼裝負(fù)環(huán)管片，開始盾構(gòu)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)。由于負(fù)環(huán)管片外徑處于無約束狀態(tài)，管環(huán)及管片之間的連接螺栓比較少，為了保證各環(huán)管片穩(wěn)定，盾構(gòu)組裝完成后向后移動(dòng)盾構(gòu)機(jī)，使盾尾靠近反力架基準(zhǔn)環(huán)。

負(fù)環(huán)管片拼裝的要點(diǎn)是，負(fù)環(huán)管片與反力架基準(zhǔn)環(huán)間采用特殊螺栓連接，管片利用管片拼裝機(jī)在盾尾內(nèi)整環(huán)拼裝后，利用推進(jìn)千斤頂將負(fù)環(huán)管片推出盾尾，并與反力架基準(zhǔn)環(huán)緊密連接牢固。其它他環(huán)管片安裝與正常掘進(jìn)管片拼裝相同。當(dāng)繼續(xù)拼裝負(fù)環(huán)管片時(shí)，盾尾內(nèi)的負(fù)環(huán)管片將陸續(xù)移出，利用木楔將管片支墊于始發(fā)托架上，在管片外的支撐三角架縱向工字鋼及始發(fā)臺(tái)軌道上用木制楔子及時(shí)進(jìn)行支墊，將管片壓力均勻地傳遞到三角架和托架上。

為了負(fù)環(huán)管片安裝穩(wěn)定，除采用三角支撐架、木楔穩(wěn)定負(fù)環(huán)管片外，每環(huán)管片還采用緊線工具，沿環(huán)向組裝成緊箍負(fù)環(huán)管片繩具。繩具兩端鉤在始發(fā)托架上，將管片環(huán)箍緊。在安裝負(fù)環(huán)管片的同時(shí)，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)，準(zhǔn)備掘進(jìn)。

2　盾構(gòu)始發(fā)試掘進(jìn)

2.1始發(fā)試掘進(jìn)段的目的

結(jié)合本工程的地質(zhì)條件及周邊環(huán)境要求，調(diào)整完善盾構(gòu)機(jī)的操作方法，使其機(jī)械性能到達(dá)最佳。

調(diào)整完善土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)的施工方法。

調(diào)整完善管片拼裝的操作工序，提高拼裝質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。

通過本段施工，加強(qiáng)對(duì)地面變形情況的監(jiān)測分析，反映盾構(gòu)機(jī)出洞時(shí)以及推進(jìn)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響，掌握盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)及同步注漿量的調(diào)整方法，為全線盾構(gòu)推進(jìn)提供技術(shù)參考。

通過對(duì)不均勻斷面土體推進(jìn)施工，摸索出在盾構(gòu)斷面處于不均勻介質(zhì)中，盾構(gòu)推進(jìn)軸線的控制規(guī)律。

2.2盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的初步設(shè)定與控制

1）土倉壓力值P的選定

P值應(yīng)與地層土壓力和靜水壓力相平衡，以表示土體的平均重度，則得到表示土的側(cè)向靜止土壓力系數(shù)。

盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中平衡壓力的設(shè)定值確定后，參考相同地層條件施工經(jīng)驗(yàn)，始發(fā)掘進(jìn)加固體段土倉壓力設(shè)為0.16～0.18 MPa，出加固區(qū)后土壓設(shè)為0.2～0.22 MPa，掘進(jìn)施工時(shí)，根據(jù)盾構(gòu)所在位置的埋深、土層狀況及地表監(jiān)測結(jié)果可有0.01 MPa的調(diào)整。

2）出渣量的控制

盾構(gòu)推進(jìn)出渣量控制在98％～100％，每環(huán)理論出渣量（實(shí)方）為：［（π·D2）÷4］×L=［（π×6.442）÷4］× 1.5=48.86 m3/環(huán)

3）推進(jìn)速度控制

掘進(jìn)速度及推力的選定以保持土倉壓力為目的，根據(jù)施工的實(shí)際情況確定并調(diào)整掘進(jìn)速度及推力，正常情況下為20～40 mm/min。

4）盾構(gòu)軸線及地面沉降控制

始發(fā)階段由于盾構(gòu)機(jī)受始發(fā)臺(tái)約束，不能過多調(diào)向。盾殼與始發(fā)臺(tái)導(dǎo)軌之間的環(huán)向摩擦力也很小，為防止盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)，可在盾殼上焊接防扭裝置，并在進(jìn)入洞門密封前將其割掉。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的測量和地表監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋，嚴(yán)格控制出渣量。盾構(gòu)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線不大于±50 mm，地面隆陷控制在+10～-30 mm。

5）始發(fā)試掘進(jìn)渣土改良

本盾構(gòu)機(jī)配備有泡沫注入系統(tǒng)，泡沫發(fā)生器自動(dòng)運(yùn)行，4根獨(dú)立管路分別把泡沫注入不同位置，一般以注入刀盤前部為主，管路透明段可供觀察。通過膨潤土注入系統(tǒng)往土倉內(nèi)注入聚合物對(duì)高含水量的渣土進(jìn)行改良。

6）始發(fā)試掘進(jìn)同步注漿

首先選擇注入的漿液性質(zhì)和配比，在始發(fā)段應(yīng)適當(dāng)減小漿液的初凝時(shí)間。當(dāng)盾尾進(jìn)入洞內(nèi)、第一環(huán)管片脫出盾尾后，立即啟動(dòng)同步注漿系統(tǒng)進(jìn)行管片背后注漿。由于盾構(gòu)機(jī)抬高了20 mm始發(fā)，橡膠簾布上緊下松，漿液難免從下部滲流損失，注漿壓力不可過大，管片背后空隙無法完全填充盈滿，因此以保證管片背后中下部的空隙被漿液填滿，即可避免管片產(chǎn)生過大的沉降。隨著管片環(huán)數(shù)的增加，同步注漿壓力可逐步增加，保證管片背后上部空隙也被漿液填滿。

3　結(jié)語

因該市自秦嶺路至嵩山北路沿西站路高壓線入地電力隧道工程，嚴(yán)重制約著西站街站高壓線下右線盾構(gòu)組件的入井、組裝、調(diào)試、始發(fā)。西站街站高壓線下盾構(gòu)右線始發(fā)技術(shù)，基于現(xiàn)行規(guī)范［3］規(guī)定及周邊環(huán)境條件，得到了成功應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的工程效果，保障了工程安全，豐富了高壓線下盾構(gòu)組裝及始發(fā)的施工實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

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