鄭飛，李明虎，劉明，席斌斌，涂儒杰

（中國(guó)建筑第四工程局有限公司福州350000）

摘要：針對(duì)狹小風(fēng)井空間內(nèi)盾構(gòu)始發(fā)面臨的挑戰(zhàn)，特別是短距離始發(fā)井條件下的技術(shù)難題，深入分析了雙模盾構(gòu)分體始發(fā)的關(guān)鍵難點(diǎn)，并提出了一系列針對(duì)性的解決措施。通過對(duì)掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化、負(fù)環(huán)拼裝設(shè)計(jì)、始發(fā)掘進(jìn)施工工藝改進(jìn)、碴土改良與出碴量控制策略以及二次注漿技術(shù)的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，豐富了盾構(gòu)機(jī)技術(shù)在有限空間內(nèi)的應(yīng)用策略，特別是形成了在短距離始發(fā)井條件下的分體始發(fā)方案。實(shí)踐應(yīng)用表明，這些措施不僅創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，還優(yōu)化了盾構(gòu)機(jī)在短距離始發(fā)井內(nèi)分體始發(fā)的整體思路，為未來(lái)類似條件下的盾構(gòu)始發(fā)工程提供了有價(jià)值的參考和借鑒。

0引言

      盾構(gòu)機(jī)始發(fā)模式分為兩種：①整體始發(fā)，當(dāng)盾構(gòu)始發(fā)在車站或者大的盾構(gòu)井內(nèi)時(shí)將盾構(gòu)主機(jī)及后配套臺(tái)車一起吊入始發(fā)端，連成整體一起始發(fā)掘進(jìn)［1-2］；②分體始發(fā)，當(dāng)盾構(gòu)始發(fā)不在車站或者始發(fā)井較小時(shí)，將盾構(gòu)主機(jī)及部分拖車吊入到始發(fā)端，另一部分臺(tái)車安裝在地面上，在盾構(gòu)隧道達(dá)到足夠的的長(zhǎng)度后能使所有后配套臺(tái)車吊入到始發(fā)端，再按整體始發(fā)的模式進(jìn)行二次始發(fā)［3-4］。由于本工程始發(fā)井中間風(fēng)井結(jié)構(gòu)尺寸為37.9×31.4m，盾構(gòu)吊裝工作井有效長(zhǎng)度均為10.5m，受始發(fā)空間限制（見圖1），盾構(gòu)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體始發(fā)，需要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)機(jī)械構(gòu)造情況及結(jié)合施工場(chǎng)地條件尋求最佳的分體始發(fā)方案。本文針對(duì)福州市某軌道交通工程地鐵雙模盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)施工過程中遇到的重難點(diǎn)進(jìn)行分析梳理，并就已應(yīng)用的相應(yīng)措施討論，供類似項(xiàng)目參考。

1項(xiàng)目概述

      某風(fēng)井區(qū)間采用雙模盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)從中間風(fēng)井小里程始發(fā)直線掘進(jìn)134m，以R=450m右轉(zhuǎn)進(jìn)入鼓山，下穿某學(xué)院宿舍樓、辦公樓，側(cè)穿古樟樹，下穿某快速路隧道。直線掘進(jìn)約22m后，以R=450m右轉(zhuǎn)下穿廠房，直線掘進(jìn)640m下穿兩隧道，再以R=700m左轉(zhuǎn)下穿某設(shè)備用房，在直線下穿福馬路K7+890-910箱涵，掘進(jìn)約61m接收站礦山法段接收。區(qū)間起訖里程：右線YDK38+173.427~YDK40+014.927，短鏈137.334m，全長(zhǎng)1704.166m；左線ZDK38+170.378~ZDK40+029.036，短鏈158.148m，全長(zhǎng)1700.51m，區(qū)間為單線單洞盾構(gòu)區(qū)間，設(shè)兩處聯(lián)絡(luò)通道（見圖2）。

2盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)重難點(diǎn)及解決措施

      因受場(chǎng)地條件的限制，采用分體組裝與分體始發(fā)方式進(jìn)行施工，其初始掘進(jìn)流程與一般的盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)相比有較大的不同［5］。盾構(gòu)分體始發(fā)管路連接、水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸、盾構(gòu)機(jī)部件吊裝是盾構(gòu)始發(fā)控制關(guān)鍵點(diǎn)。

2.1盾構(gòu)分體始發(fā)管路連接難點(diǎn)分析及解決措施

2.1.1重難點(diǎn)分析

      分體始發(fā)，先下放盾構(gòu)機(jī)主機(jī)、連接橋與1#臺(tái)車，操作室和其余后配套置于地面，主機(jī)與后配套采用延長(zhǎng)管線連接［6-7］。分體始發(fā)所有管線需延長(zhǎng)180m，待盾構(gòu)吊裝完成后逐項(xiàng)盤至結(jié)構(gòu)負(fù)二及負(fù)三層，工作量較大，其中主驅(qū)動(dòng)電纜32根，低壓電纜180根，液壓油管108根，弱電控制系統(tǒng)電纜約60根，通訊線約50根，進(jìn)排水管110根，管線布設(shè)較復(fù)雜，管路多等困難。

2.1.2解決措施

      ⑴提前策劃，分步驟組裝。盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，先下放盾構(gòu)機(jī)主機(jī)1號(hào)臺(tái)車，2^#~10^#臺(tái)車后配套置于地面（見圖3），主機(jī)與后配套采用延長(zhǎng)管線連接。掘進(jìn)完成130m，通過起重設(shè)備下放2^#~10^#拖車下井連接盾構(gòu)機(jī)主機(jī)；掘進(jìn)完成130m剩余拖車全部下井連接盾構(gòu)主機(jī)，正常掘進(jìn)。

      ⑵盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)需將管路、電纜、信號(hào)線接長(zhǎng)，其中管路第一次安裝80m，將管路由3^#臺(tái)車的泵站連接在盾體上，后續(xù)每次連接40m，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)130m后拆除管路，2^#~10^#臺(tái)車下井安裝。電纜與通信線路準(zhǔn)備180m，在中間風(fēng)井負(fù)2層存放延長(zhǎng)部分，掘進(jìn)130m到達(dá)停機(jī)位置后拆除線纜，組裝后續(xù)臺(tái)車。負(fù)二層、洞內(nèi)設(shè)置輥軸托架，便于盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)時(shí)的拖拉（見圖4）同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)并降低了拉斷管線的風(fēng)險(xiǎn)。

      ⑶盾構(gòu)機(jī)設(shè)備改造，保證正常油脂供應(yīng)。為了，導(dǎo)致管內(nèi)壓力出現(xiàn)波動(dòng)甚至將油管堵塞，故將盾構(gòu)機(jī)潤(rùn)滑油脂泵、盾尾油脂泵改裝到1^#臺(tái)車尾部，從而減少管內(nèi)阻力，保證正常油脂供應(yīng)，確保盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)順利進(jìn)行。

2.2水平運(yùn)輸重難點(diǎn)分析

2.2.1重難點(diǎn)分析

      始發(fā)階段由于只有主機(jī)在始發(fā)井內(nèi)，由于空間限制只能采用小渣斗進(jìn)行出渣，待盾構(gòu)掘進(jìn)5環(huán)后采用18m3大渣斗進(jìn)行出渣，管線依次延長(zhǎng)，直至掘進(jìn)到25環(huán)時(shí)電瓶車下井，實(shí)現(xiàn)正常出土。由于井口場(chǎng)地有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)皮帶輸送渣土只能采用電瓶車出土模式，另外掘進(jìn)過程中管線需要依次延長(zhǎng)將耽誤較多時(shí)間。

2.2.2解決措施

      拼裝負(fù)環(huán)管片時(shí)，用5t卷?yè)P(yáng)機(jī)做牽引，使用管片車運(yùn)輸管片和實(shí)現(xiàn)小渣斗出渣，負(fù)環(huán)管片拼裝時(shí)采用半環(huán)拼裝以便于有空間下管片及材料。

      由于盾構(gòu)井內(nèi)有小導(dǎo)洞，高度滿足45t電瓶機(jī)車進(jìn)出，因此掘進(jìn)1~25環(huán)時(shí)可采用機(jī)車牽引，使用管片車運(yùn)輸管片，采用大渣斗進(jìn)行出渣。

      在-3環(huán)時(shí)采用整環(huán)拼裝管片并采用加裝頂管的方式加固在反力架上，既保證垂直運(yùn)輸出渣及下管片的需要，也保證了安全掘進(jìn)。

3分體始發(fā)時(shí)盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)

3.1掘進(jìn)參數(shù)

      根據(jù)以前在砂卵石地層的施工經(jīng)驗(yàn)，找出最優(yōu)掘進(jìn)參數(shù)，再根據(jù)地址勘察資料及部勘的地址報(bào)告，確定了分體始發(fā)階段的掘進(jìn)參數(shù)如下：掘進(jìn)推力為8000~12000kN·m；刀盤轉(zhuǎn)速為0.8r/min；刀盤扭矩為2500~3500kN·m；上部土壓為0.6~1.0bar；泡沫劑為25~35L/環(huán)；出渣量為45m3/環(huán)以內(nèi)；每環(huán)注漿量為5m3。

      此段出渣采用小渣斗出渣每斗約5m3，每環(huán)約出渣9斗，操作人員需謹(jǐn)慎控制出渣量。加泥量根據(jù)前10環(huán)總結(jié)量適當(dāng)添加。

3.2負(fù)環(huán)拼裝

      在盾尾安裝第一環(huán)臨時(shí)管為-10環(huán)，安裝在反力架并用管片螺栓固定，繼續(xù)推進(jìn)安裝-9環(huán)管片，采用半環(huán)拼裝，為防止盾構(gòu)機(jī)前移不利于負(fù)環(huán)管片的拼裝必須焊接擋塊限制。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)-8和-7環(huán)時(shí)，采用半環(huán)拼裝，每次掘進(jìn)結(jié)束后都要焊接擋塊。

      掘進(jìn)到-5環(huán)時(shí)，刀盤接觸掌子面并開始切削土體，當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)達(dá)到半倉(cāng)時(shí)關(guān)閉倉(cāng)門，建立土壓0.8~1.0bar進(jìn)行掘進(jìn)并用螺旋機(jī)出渣。

      當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至-3環(huán)時(shí)采用整環(huán)拼裝，盾構(gòu)機(jī)盾尾部尾刷進(jìn)行洞門密封環(huán)位置，此時(shí)停機(jī)開始盾尾注漿，同時(shí)在掘進(jìn)方向兩側(cè)各安裝2根φ325mm的頂管到反力架上，以保證掘進(jìn)的安全。

3.3始發(fā)掘進(jìn)施工

      盾尾完全進(jìn)入、洞門回填注漿完成以后，采用土壓平衡模式掘進(jìn)，土壓根據(jù)實(shí)際情況逐步建立土壓（0.5~1.0bar上部傳感器土壓），盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)應(yīng)控制推力和轉(zhuǎn)速，盡量減小擾動(dòng)，保證橋基附近的安全［8］。在建立土壓過程中要注意對(duì)洞門密封、始發(fā)臺(tái)反力架變形、反力架支撐變形、碴土狀態(tài)等情況進(jìn)行認(rèn)真觀察，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)適當(dāng)調(diào)整土壓力、減小推力、控制推進(jìn)速度。

      掘進(jìn)到15環(huán)位置時(shí)停機(jī)斷開延長(zhǎng)管線，設(shè)備橋與1^#及5^#拖車下井，并在5^#拖車上安裝皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置并硫化皮帶，連接管線后繼續(xù)掘進(jìn)。

3.4碴土改良與出碴量控制

      出碴量控制在45m3以內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整±5mm/m。基于對(duì)盾構(gòu)刀盤自重的影響，盾構(gòu)以高于設(shè)計(jì)軸線25mm進(jìn)洞。防止盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在盾構(gòu)殼體上焊接防側(cè)滾擋塊。分別在中盾中部、盾尾中部?jī)蓚?cè)焊擋塊，必須注意在盾構(gòu)向前推進(jìn)過程中，在到達(dá)洞門密封前，及時(shí)將其割除，避免損壞簾布橡膠板。

3.5二次注漿

      二次注漿對(duì)同步注漿起到進(jìn)一步補(bǔ)充和加強(qiáng)作用［9］。盾尾進(jìn)入洞門以后，在洞門口配一套雙液注漿機(jī)，對(duì)拖出盾尾5環(huán)以后的管片進(jìn)行補(bǔ)充注漿，注漿位置為管片頂部，每環(huán)注漿量由現(xiàn)場(chǎng)值班工程師根據(jù)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和當(dāng)環(huán)同步注漿量確定，注漿過程嚴(yán)格控制壓力，不大于3bar，作業(yè)人員時(shí)刻觀察壓力變化和管片變化，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停機(jī)。

      掘進(jìn)到51環(huán)位置后停機(jī)并拆除延長(zhǎng)管線，吊出5^#拖車后依次下2^#~6^#拖車，連接拖車間管路及電纜后實(shí)現(xiàn)正常掘進(jìn)，分體始發(fā)完畢。由于在分體始發(fā)期間渣土運(yùn)輸和施工措施得當(dāng)，管線布置有序，掘進(jìn)參數(shù)選擇合理，并在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加5^#拖車形成連續(xù)出渣能力，提高了掘進(jìn)出渣能力，極大地節(jié)省了時(shí)間，為分體始發(fā)能夠順利完成打下基礎(chǔ)。

4盾構(gòu)機(jī)接收解體

      盾構(gòu)機(jī)接收后按破碎性原則［10］，對(duì)TBM/土壓雙模盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行拆卸，根據(jù)接收站無(wú)預(yù)留拆機(jī)條件實(shí)際情況，其中刀盤、盾構(gòu)主機(jī)需要將其進(jìn)行洞內(nèi)拆卸分解后方，盾構(gòu)拖車后退至始發(fā)井吊出，可進(jìn)行吊裝運(yùn)輸作業(yè)，此分解過程中涉及的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)架、大型結(jié)構(gòu)件的拆卸分解作業(yè)、分解部件的起吊運(yùn)輸?shù)染嬖谳^高的安全風(fēng)險(xiǎn)，所有工序必須在保證人員、設(shè)備安全的前提下進(jìn)行，所以TBM拆機(jī)過程中大型結(jié)構(gòu)件的拆卸解體與吊裝運(yùn)輸作業(yè)，是本次雙模盾構(gòu)機(jī)拆機(jī)工作中的一個(gè)難點(diǎn)和重要控制點(diǎn)。

      ⑴拆除前編制安全專項(xiàng)施工方案，專家評(píng)審后方可進(jìn)行下一步施工。

      ⑵嚴(yán)格加強(qiáng)施工組織管理，成立領(lǐng)導(dǎo)小組，對(duì)參與人員進(jìn)行交底培訓(xùn)，編制專項(xiàng)施工方案，提前進(jìn)行風(fēng)、水、電線路的更改及頂部吊裝體系的架設(shè)等工作。

      ⑶拆機(jī)作業(yè)階段主要進(jìn)行TBM相應(yīng)結(jié)構(gòu)件的拆除，主要?jiǎng)澐譃?個(gè)步驟，即后配套、刀盤、主機(jī)。

      ⑷拆卸結(jié)構(gòu)件重量及吊具的選用，結(jié)合類似工程項(xiàng)目的拆卸經(jīng)驗(yàn)，選擇滿足要求的吊運(yùn)設(shè)備和架體材料。

      ⑸為滿足雙模盾構(gòu)機(jī)的部分大型設(shè)備和部件的拆卸需求，還需要在其相對(duì)應(yīng)的位置施作輔助吊點(diǎn)，用于拆卸時(shí)的起吊和倒運(yùn)工作。

      ⑹解體前編制盾構(gòu)機(jī)拆解應(yīng)急預(yù)案，操作人員佩戴安全防護(hù)用品，施工過程中注意安全隱患。

      ⑺后配套拆解運(yùn)輸采用電瓶車?yán)潦及l(fā)井口。

      ⑻盾構(gòu)機(jī)主體驅(qū)動(dòng)、人倉(cāng)等部件由電瓶車運(yùn)輸至始發(fā)井口，吊裝運(yùn)輸。

5結(jié)語(yǔ)

      針對(duì)狹小風(fēng)井空間受限盾構(gòu)始發(fā)難題，通過分析雙模盾構(gòu)分體始發(fā)重難點(diǎn)并提出相應(yīng)解決措施，對(duì)掘進(jìn)參數(shù)、負(fù)環(huán)拼裝、始發(fā)掘進(jìn)施工、碴土改良與出碴量控制、二次注漿等方面進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，豐富了盾構(gòu)機(jī)技術(shù)在有限空間內(nèi)，特別是短距離始發(fā)井條件下的分體始發(fā)策略，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，優(yōu)化了盾構(gòu)機(jī)在短距離始發(fā)井內(nèi)分體始發(fā)的思路，為以后類似條件始發(fā)提供了參考。