景海強

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場地受限工況下大直徑盾構(gòu)多次分體始發(fā)工程實踐

景海強

（太原鐵路樞紐西南環(huán)線有限責任公司，山西 太原 030013；太原樞紐建設指揮部，山西 太原 030013）

隨著盾構(gòu)施工在隧道施工領(lǐng)域日漸興起，盾構(gòu)分體始發(fā)技術(shù)研究日趨緊迫。太原鐵路樞紐西南環(huán)線盾構(gòu)區(qū)間φ12.14 m大直徑盾構(gòu)大坡度淺覆土始發(fā)掘進技術(shù)難度大、安全風險突出。在工程實踐中，采用多次分體始發(fā)，在場地受限等復雜工況下安全、高效地完成組裝及始發(fā)掘進工作，對類似工程施工有較好的借鑒意義。

大直徑盾構(gòu)；復雜工況；分體組裝；始發(fā)方案

1 前言

盾構(gòu)始發(fā)掘進是盾構(gòu)掘進施工的第一步，盾構(gòu)機安全順利、精準地始發(fā)對盾構(gòu)區(qū)間的掘進施工至關(guān)重要。一般情況下，盾構(gòu)機采用整體始發(fā)方案，包括盾構(gòu)機吊裝下井、拼裝，盾構(gòu)機調(diào)試，后配套下井、拼裝，盾構(gòu)機始發(fā)四個步驟，既能節(jié)省人力、物力、財力，又能縮短工期。但在某些特殊情況下，大盾構(gòu)機始發(fā)受制于工況環(huán)境、安全性等因素，需分體始發(fā)。本文通過太原鐵路樞紐西南環(huán)線盾構(gòu)項目φ12.14 m大直徑土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)實踐，介紹了特種工況下如何安全、高效地分體始發(fā)大直徑盾構(gòu)機工法。

1.1 一般情況下盾構(gòu)整體始發(fā)場地的布置

一般情況下，盾構(gòu)始發(fā)均采用整體始發(fā)方法，要點如下：①盾構(gòu)始發(fā)前，施工現(xiàn)場地面按照盾構(gòu)機吊裝方案進行盾構(gòu)機吊裝區(qū)域的場地硬化；②按照設計施工圖紙進行端頭加固處理；③根據(jù)出渣量，合理確定渣土池臨時存土量，并規(guī)劃出渣路線；④安裝龍門吊，用于盾構(gòu)掘進消耗材料的垂直運輸；⑤合理布置管片、油脂泡沫等消耗材料的存放區(qū)域和機加工區(qū)域等，使現(xiàn)場整齊劃一；⑥安裝砂漿攪拌站，用于拌制同步注漿砂漿；⑦井下進行始發(fā)導臺、臺車后移軌道安裝等工作。

根據(jù)盾構(gòu)機整機布置，施工現(xiàn)場按照順序依次將后配套臺車、盾體吊放下井后進行組裝調(diào)試，期間進行反力架安裝加固、洞門破除施工。

1.2 特殊情況下盾構(gòu)分體始發(fā)

當施工現(xiàn)場不具備盾體及后配套臺車全部下放后進行整體始發(fā)的條件時，則采用分體始發(fā)方案。

2 本盾構(gòu)段工程概況

本工程為太原鐵路樞紐西南環(huán)線東晉隧道，其中下穿太原市主市區(qū)盾構(gòu)施工，盾構(gòu)始發(fā)井及明挖段采用明挖法施工，盾構(gòu)機包含盾體、設備橋、后配套臺車、旋轉(zhuǎn)平臺在內(nèi)，全長約200 m。

3 盾構(gòu)始發(fā)難點

3.1 盾構(gòu)機多次分體始發(fā)

盾構(gòu)機分體始發(fā)負環(huán)管片質(zhì)量約12 t，且在拆除過程中配套臺車位于其正下方，拆除施工安全控制難度大。二次始發(fā)需拆除盾構(gòu)機管線，此時盾構(gòu)機不具備向刀盤前方、盾體周圍注入膨潤土的能力，對地表沉降控制難度大，對工期要求嚴格。多次分體始發(fā)涉及工序繁多、交叉施工多，施工安全控制難度大。

3.2 -10環(huán)拼裝控制不易

﹣10環(huán)拼裝在盾尾內(nèi)空拼成環(huán)后，整環(huán)后推至反力架，姿態(tài)控制難度大。﹣10脫出盾尾后，由于沒有四周地層的包裹力，成型管片橢圓度控制難度大。

4 設計施組盾構(gòu)始發(fā)方案

本工程所采用“麒麟號”盾構(gòu)機設計長度為220 m，現(xiàn)場明挖段加盾構(gòu)始發(fā)井全長104 m，現(xiàn)場不具備盾構(gòu)整體始發(fā)條件，在盾構(gòu)機首次始發(fā)時，設備橋中部兩節(jié)、3#拖車、后置平臺、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等不進行組裝，暫存地面，其余部件下井組裝進行分體始發(fā)。

4.1 設計施組盾構(gòu)始發(fā)

盾構(gòu)機調(diào)試完后開始安裝負環(huán)管片。拼裝前，在千斤頂與盾尾密封刷之間焊接40～50 mm的方鋼導軌。管片通過拼裝機拖拉至真空吸盤可以吸附的位置后，用拼裝機拼裝第一塊標準塊，用推進油缸將管片頂推到固定位置，然后用螺栓將管片與反力架連接緊固。依次拼裝完成其他標準塊和兩塊連接塊，最后拼裝封頂塊，完成-10環(huán)管片的拼裝。依次進行管片拼裝施工，在-3環(huán)頂進時，盾構(gòu)機刀盤距離掌子面30 mm，在此之前完成盾構(gòu)機與連續(xù)皮帶機的聯(lián)合調(diào)試，保證渣土順利運輸，盾構(gòu)刀盤到達掌子面后旋轉(zhuǎn)刀盤，并控制好盾構(gòu)掘進參數(shù)及姿態(tài)，完成盾構(gòu)始發(fā)段220 m的施工。

4.2 負環(huán)整環(huán)拆除施工

盾構(gòu)掘進到達220 m處后，進行負環(huán)管片和反力架的拆除施工。在拆除前，先拆除反力架。拆除反力架時，先將反力架上半部分基準環(huán)吊裝至地面，再將反力架背面的支撐割除吊裝。吊裝時，采用龍門吊通過φ32 mm的鋼絲繩將反力架上半部分，依次從上到下拆除上橫梁、左上角撐和右上角撐和右側(cè)立柱四個部分。吊裝前，將反力架之間的連接螺栓全部拆除。在反力架拆除完后，依次拆除-10環(huán)至-1環(huán)。

4.3 設備橋、臺車組裝施工及正常推進

在井口負環(huán)管片拆除施工過程中，洞內(nèi)將設備橋第四節(jié)與第一節(jié)分離，并通過2臺160 t的卷揚機將二號臺車、一號臺車以及設備橋第四節(jié)整體拉至明挖段內(nèi)進行設備橋組裝，同時地面進行設備橋第三節(jié)的組裝施工。將設備橋第四節(jié)拉至明挖段內(nèi)后，將設備橋第三節(jié)吊裝至井下與設備橋第四連接，再將整體繼續(xù)向后拉，將設備橋第二節(jié)吊裝至井下與設備橋第三節(jié)連接。

連接完成后，通過卷揚機將整體向前拉至二號臺車，剛好在洞內(nèi)進行三號臺車的組裝施工，完成后繼續(xù)向前拉，依次組裝臺車后置平臺和砂漿車調(diào)轉(zhuǎn)平臺，完成盾構(gòu)分體二次始發(fā)后的正常推進。

5 實施性施組分體始發(fā)方案

5.1 設計施組方案存在的問題

如果按照設計施組始發(fā)方案，在盾構(gòu)繼續(xù)向前掘進過程中，在220 m處停機進行盾構(gòu)機組裝施工將會面臨多種施工困難，具體如下：①在區(qū)間220 m處停機處，地面附近有建筑物，如果盾構(gòu)停機較長，將會引起地層沉降導致建筑物開裂的問題，影響極大；②停機期間內(nèi)，由于臺車后移，洞內(nèi)電源被切斷，盾構(gòu)機刀盤無法轉(zhuǎn)動，無法向前推進，且無法向刀盤前、盾殼周圍注入膨潤土漿液，以防止盾體“抱死”，造成安全事故；③臺車后移前，需購置大功率卷揚機提供動力，訂做鋼軌作為臺車后移的軌道，但軌道制作成本大，后期無法回收利用。

5.2 優(yōu)化后實施性施組方案

考慮到以上環(huán)境、設備風險和投入成本大等因素，經(jīng)參建單位論證研究，決定優(yōu)化設計始發(fā)方案為：在盾構(gòu)始發(fā)掘進至17環(huán)處拆除-10至-4環(huán)上半部分管片，將設備橋第二、三節(jié)吊裝下井后進行組裝并二次始發(fā)；當盾構(gòu)掘進至57環(huán)位置后進行3#拖車吊裝組裝施工，同時拆除反力架上部橫梁及基準環(huán)、東側(cè)立柱以及-3、-2環(huán)上部，啟動第三次盾構(gòu)始發(fā)掘進至220 m處；此后完成剩余后置平臺和旋轉(zhuǎn)平臺的吊裝組裝施工，進入正常盾構(gòu)機推進流程。

5.3 盾構(gòu)始發(fā)具體實施

5.3.1 實施性施組盾構(gòu)第一始發(fā)

按照實施性施組進行盾構(gòu)第一次始發(fā)方案施工，在施工過程中，較好地控制了洞門涌水、涌砂等問題，未發(fā)生地層沉降事故，盾構(gòu)機安全、順利地完成了第一次始發(fā)至17環(huán)施工任務。

5.3.2 負環(huán)拆除前加固施工

通過施工模擬，盾構(gòu)掘進至17環(huán)時，設備橋1#車尾部剛好進入-3環(huán)，而設備橋僅長12 m，現(xiàn)場只需拆除-10環(huán)至-4環(huán)7環(huán)管片共計14 m，即可滿足設備橋2#、3#吊裝下放條件。由于盾構(gòu)掘進距離較短，在進行二次始發(fā)施工時，已拼裝管片不能提供足夠的摩擦阻力來保證負環(huán)管片拆除過程的施工安全，因此，在負環(huán)管片上半部分拆除前，除進行同步注漿、管片背部二次注漿施工外，還在負環(huán)底部通過鋼絲繩與導臺拉緊。在設備橋組裝完成后，盾構(gòu)掘進過程中盾構(gòu)上部沒有推力，因此通過在拆除后的負環(huán)管片上架設鋼支撐即可滿足盾構(gòu)掘進施工需求。

5.3.3 -10到-4環(huán)上半環(huán)拆除施工

本臺盾構(gòu)機的連接橋最寬尺寸為9.78 m，為保證連接橋在可以順利下井進行組裝完成二次始發(fā)，在負環(huán)管片拆除過程，需至少滿足9.9 m的凈空，且在拆除時保證下井前后內(nèi)部空間一致，即-10、-7、-6、-5、-4環(huán)管片拆除上面部分4塊，-9、-8環(huán)管片拆除上面5塊，且在拆除過程中及時對負環(huán)管片外側(cè)進行加固，保證施工安全，此后進行盾構(gòu)的二次始發(fā)至17環(huán)位置。

5.3.4 設備橋組裝吊裝

在設備橋吊裝之前，先將第一節(jié)設備橋與第四節(jié)設備橋分離，并通過卷揚機將2#拖車與第四節(jié)設備橋整體拖拉至明挖段內(nèi)部。設備橋在地面組裝完成后，用160 t汽車吊使設備橋第三節(jié)從負環(huán)頂部下井，后端與設備橋第四節(jié)連接。在前端做好支撐工作和吊車摘鉤。地面組裝設備橋第二節(jié)，完成后吊至井下與設備橋第三節(jié)進行連接，該過程與第三節(jié)組裝下井過程相同，注意過程中的安全及質(zhì)量監(jiān)控。

5.3.5 負環(huán)拆除后加固

在設備橋組裝完成后即進行盾構(gòu)掘進施工，為防止盾構(gòu)機千斤頂上部油缸在頂推過程中-3環(huán)上半部分管片因受力而向后移動發(fā)生安全風險，在反力架與-3環(huán)管片之間用5根φ609 mm的鋼管撐進行支撐。

5.3.6 2#、3#臺車組裝施工

盾構(gòu)機掘進拼裝完成57環(huán)后，此時2#臺車剛好進行洞內(nèi)進行3#臺車組裝施工，本工程盾構(gòu)機第3#臺車總質(zhì)量為97 t，3#拖車零部件在地面進行整體組裝，組裝完成后，采用400 t吊車進行整體起吊下井，在井下與2#拖車連接，完成整機組裝工作。

5.4 后置平臺、回轉(zhuǎn)平臺組裝

在3#臺車組裝完成后，3#臺車尾部已進入+3環(huán)位置，即可用200 t汽車將后置平臺吊裝組裝施工，與此同時進行倒?jié){地泵和膨潤土發(fā)酵池安裝，然后盾構(gòu)繼續(xù)掘進至隧道內(nèi)25 m后進行回轉(zhuǎn)平臺下井工作，使用200 t吊車將回轉(zhuǎn)平臺中部吊入隧道內(nèi)，與回轉(zhuǎn)平臺前部連接。連接完成后，將回轉(zhuǎn)平臺后部吊至井下，順序與前部相反，待全部連接工作完成后，開始調(diào)試工作，調(diào)試無誤后恢復正常掘進。

6 結(jié)語

太原鐵路樞紐西南環(huán)線盾構(gòu)區(qū)間φ12.14 m大直徑土壓平衡盾構(gòu)機多次分體始發(fā)的成功實施，為類似的大直徑盾構(gòu)機分體始發(fā)、淺埋掘進、長時間停機等關(guān)鍵工序提供了可靠的工程實踐。

［1］陳饋，楊延棟.中國盾構(gòu)制造新技術(shù)與發(fā)展趨勢［J］.隧道建設，2017，37（3）：276-284.

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2095－6835（2019）02－0118－02

U455.43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.118

〔編輯：王霞〕