大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)12‰下坡隧道雙機(jī)同井洞內(nèi)始發(fā)控制技術(shù)

唐衛(wèi)平，趙 林，鄭 勇

(1.鐵四院 (湖北)工程監(jiān)理咨詢有限公司，武漢 430063;2.中鐵十五局集團(tuán)城交公司，廣東深圳 518000)

大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)12‰下坡隧道雙機(jī)同井洞內(nèi)始發(fā)控制技術(shù)

唐衛(wèi)平1，趙 林2，鄭 勇2

(1.鐵四院 (湖北)工程監(jiān)理咨詢有限公司，武漢 430063;2.中鐵十五局集團(tuán)城交公司，廣東深圳 518000)

通過(guò)廣深港客運(yùn)專線深圳至香港連接隧道深港隧道12‰下坡段2臺(tái)9.96m泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，在皇崗公園工作井先后同井始發(fā)的施工實(shí)例，從盾構(gòu)機(jī)的吊裝與井下組裝、洞內(nèi)長(zhǎng)距離空推、反力墻的設(shè)計(jì)及優(yōu)化等方面進(jìn)行重點(diǎn)闡述，采用Midas空間有限元軟件對(duì)3600kN龍門吊基礎(chǔ)受力和變形進(jìn)行檢算，采用Ansys空間有限元程序?qū)炷练戳苓M(jìn)行空間分析和優(yōu)化計(jì)算，解決了2臺(tái)大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在12‰下坡隧道雙機(jī)同井洞內(nèi)始發(fā)難題，為類似工程提供借鑒。

鐵路隧道;大直徑盾構(gòu)機(jī);雙機(jī)同井;洞內(nèi)始發(fā);施工

1 工程概況

深港隧道位于深圳市福田區(qū)會(huì)展中心至保稅區(qū)，線路呈南北走向，地表高樓林立，道路密布，管線眾多，過(guò)深圳河進(jìn)入香港米埔，全長(zhǎng)5 376 m。從皇崗公園工作井由單孔雙線向雙孔單線隧道過(guò)渡，過(guò)渡段礦山法施工374 m，再采取2臺(tái)φ9.96 m泥水平衡盾構(gòu)機(jī)先后(左線先始發(fā))在皇崗公園工作井吊裝下井后組裝，空推374 m后在12‰下坡隧道洞內(nèi)始發(fā)，掘進(jìn)3 346 m后在香港米埔豎井吊出(圖1)。

深港隧道是國(guó)內(nèi)第一座跨境高速鐵路隧道，采用2臺(tái)海瑞克φ9.96 m泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，內(nèi)地段穿越深圳市中心城區(qū)，香港段穿越米埔濕地自然區(qū)，工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)含量高，社會(huì)影響面大;始發(fā)井地處深圳市中心城區(qū)，盾構(gòu)組裝始發(fā)場(chǎng)地狹小，盾構(gòu)機(jī)直徑9.96 m，主機(jī)877 t，吊裝下井和井下組裝難度大;2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)先后同井始發(fā)掘進(jìn)，374 m長(zhǎng)距離空推，施工干擾大，精確就位困難;12‰下坡隧道洞內(nèi)始發(fā)，始發(fā)端左、右線間距小，僅1.91 m，反力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工困難，分次始發(fā)保壓要求高。

圖1 深港隧道9.6 m盾構(gòu)法隧道工程范圍示意(單位:m)

2 盾構(gòu)機(jī)吊裝及組裝

2.1 基本思路

考慮到2臺(tái)大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在皇崗公園工作井同井先后吊裝下井和始發(fā)，根據(jù)豎井結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)機(jī)各構(gòu)件尺寸和質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件和設(shè)備，吊裝及洞內(nèi)組裝基本思路如下:(1)吊裝設(shè)備方面，采用1臺(tái)3 600 kN門式起重機(jī)負(fù)責(zé)垂直運(yùn)輸，1臺(tái)3 500 kN履帶吊和1臺(tái)1 800 kN汽車吊地面配合吊裝，負(fù)責(zé)主驅(qū)動(dòng)、刀盤地面翻轉(zhuǎn)和移位、垂直運(yùn)輸輔助吊裝。(2)吊裝單元?jiǎng)澐址矫妫?號(hào)臺(tái)車總長(zhǎng)26 m分3節(jié)、1號(hào)～4號(hào)臺(tái)車整體吊裝;盾體分6塊吊裝;盾尾和刀盤整體吊裝;所有設(shè)備的安裝，均在不影響主要吊裝工作的前提下穿插進(jìn)行，自下而上安裝，并均在1號(hào)盾體下井前安裝完成。(3)吊裝流程方面，安裝臨時(shí)軌排→5號(hào)臺(tái)車→4號(hào)臺(tái)車→3號(hào)臺(tái)車→2號(hào)臺(tái)車→1號(hào)臺(tái)車→連接橋吊裝→安裝始發(fā)托架→盾體→拼裝機(jī)→刀盤;臺(tái)車在井下組裝，用卷?yè)P(yáng)機(jī)依次拉至小里程方向礦山法隧道洞內(nèi)進(jìn)行連接，在盾體吊裝前拆除井底軌排，安裝始發(fā)托架;連接橋暫不連接。

2.2 控制重點(diǎn)和措施

在盾構(gòu)機(jī)吊裝下井及井下組裝階段，重點(diǎn)控制的內(nèi)容有以下方面:(1)3 600 kN龍門吊的基礎(chǔ)驗(yàn)算、安裝及驗(yàn)收;(2)臺(tái)車的吊裝;(3)始發(fā)托架的安裝(4)盾體分塊及主驅(qū)動(dòng)吊裝及連接;(5)刀盤地面焊接及吊裝。

2.2.1 龍門吊基礎(chǔ)檢算及驗(yàn)收

(1)基礎(chǔ)檢算

根據(jù)3 600 kN龍門吊結(jié)構(gòu)及自重、現(xiàn)場(chǎng)地基基礎(chǔ)情況，龍門吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要采取了如下措施:采用φ1.2 m人工挖孔樁，間距4 m，樁長(zhǎng)為15 m，樁頂以下14 m為全風(fēng)化花崗巖層，樁基嵌入中風(fēng)化花崗巖1 m;樁頂采用1.2 m×1.0 m C30鋼筋混凝土冠梁;冠梁上設(shè)置QU100型鋼軌，并與冠梁上預(yù)埋的U型扣件連接牢固(圖2)。

圖2 龍門吊基礎(chǔ)及計(jì)算模型示意(單位:mm)

豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值采用吊車的最大輪壓404 kN，計(jì)算時(shí)按移動(dòng)荷載考慮;縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值按作用在一邊軌道上4個(gè)剎車輪最大輪壓之和的10%，作用點(diǎn)為剎車輪與軌道的接觸點(diǎn)［1］;軌道梁、軌道及樁基質(zhì)量在程序中考慮。

采用Midas空間有限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算時(shí)將軌道梁作為多點(diǎn)支承的連續(xù)梁考慮，將樁基模擬為一個(gè)豎直單元(底部固結(jié))及頂部一個(gè)水平邊界單元，二者在頂部位移等效，并考慮地基豎向支承。經(jīng)檢算，軌道梁鋼筋受拉應(yīng)力為207.3 MPa，混凝土中的最大壓應(yīng)力為4.9 MPa，樁基樁身混凝土壓應(yīng)力為6 MPa，滿足要求。

(2)驗(yàn)收

龍門吊安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制主梁跨中上拱度、下?lián)现怠⒘憾擞行冶厶幍纳下N度、剛性支腿與主梁在跨度方向的垂直度、軌道接頭處高低差和間隙滿足規(guī)范要求，特別是跨度極限偏差≤±8 mm，相對(duì)差≤8 mm［2］，固定軌道的螺栓和壓板固定牢固，確保走行安全。

安裝完畢后，委托具有相應(yīng)資質(zhì)的檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收［3］;驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行載荷試驗(yàn)，分為空載、靜載和動(dòng)載試驗(yàn)［4］。

2.2.2 臺(tái)車吊裝及組裝

(1)除5號(hào)臺(tái)車分3個(gè)單元吊裝外，均整體一次吊裝下井。臺(tái)車吊裝順序:G5.1→G5.2→G5.3→G4→G3→G2→G1，臺(tái)車在井下組裝完成后，用卷?yè)P(yáng)機(jī)依次拉至小里程方向礦山法隧道洞內(nèi)進(jìn)行連接。

(2)臺(tái)車吊裝前，在地面上進(jìn)行預(yù)組裝，包括泥漿管路和水氣管路等，所有部件安裝后均用氣動(dòng)扳手緊固，確保安裝部件連接牢固。

(3)吊裝時(shí)在臺(tái)車橫向和縱向方向上焊接臨時(shí)加固支撐，防止吊裝時(shí)發(fā)生變形;吊耳由螺栓連接于臺(tái)車面層橫梁柱上，鋼絲繩、吊耳螺栓與臺(tái)車質(zhì)量配套使用。

2.2.3 始發(fā)托架安裝

始發(fā)托架用于支撐和組裝盾構(gòu)機(jī)主機(jī)，使盾構(gòu)機(jī)處于預(yù)定進(jìn)發(fā)位置(高度、方向)上，確保盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)掘進(jìn)穩(wěn)定［5］，同時(shí)始發(fā)托架還可以用于盾構(gòu)機(jī)空推時(shí)的橫移、縱移托架和到達(dá)時(shí)的接收托架。

(1)由于盾構(gòu)機(jī)主機(jī)重達(dá)8 770 kN，承受盾構(gòu)機(jī)的重力、掘進(jìn)扭矩和管片固定及管片重力，托架必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，其由若干榀桁架組成，通過(guò)軌道梁組成整體受力結(jié)構(gòu)。底部支撐采用300×300H型鋼，兩側(cè)重軌支撐采用1塊30 mm和2塊20 mm Q235鋼板焊接形成箱形結(jié)構(gòu)，兩重軌之間的夾角為50°;托架底部需要與始發(fā)井底面的預(yù)埋鋼板焊接在一起，防止盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)托架的移動(dòng)。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)自重、長(zhǎng)度，考慮重軌和其他配件自重，可以得到詳細(xì)的各部位對(duì)托架的荷載作用值［6］，對(duì)箱形結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力檢算，能滿足始發(fā)要求。

(2)考慮盾構(gòu)機(jī)的順利空推，需要將始發(fā)托架臨時(shí)軌道底調(diào)整至與12‰下坡空推段坡度一致，與豎井結(jié)構(gòu)井壁呈41'15″夾角，該坡度和夾角通過(guò)底部托架的立桿長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整;并應(yīng)考慮盾體自重和吊裝沖擊作用下始發(fā)托架變形等因素，盾體中心比設(shè)計(jì)隧道軸線高30 mm。為減小盾體移動(dòng)時(shí)的摩擦力，在導(dǎo)軌上事先涂抹黃油。

(3)在端頭墻結(jié)構(gòu)破除后，盾構(gòu)始發(fā)架端部距離洞口圍巖必然會(huì)產(chǎn)生一定的空隙，為保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)不致于因刀盤懸空而產(chǎn)生盾構(gòu)“叩頭”現(xiàn)象，需要在始發(fā)洞內(nèi)澆筑C30混凝土導(dǎo)臺(tái)，導(dǎo)臺(tái)與盾構(gòu)機(jī)刀盤外邊線預(yù)留2～3 cm空隙，以保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)，不致因?qū)_(tái)而影響刀盤旋轉(zhuǎn)。

2.2.4 盾體吊裝及組裝

(1)盾體吊裝順序:4號(hào)盾體→3號(hào)、5號(hào)盾體→主驅(qū)動(dòng)→2號(hào)、6號(hào)盾體→1號(hào)盾體。盾體分塊吊裝下井后，應(yīng)采用定位銷就位，螺孔對(duì)準(zhǔn)后穿螺栓并利用氣動(dòng)扳手緊固，盾體分塊姿態(tài)調(diào)整后，采用定位鋼板固定盾體。

(2)由于前盾與中盾存在15 mm的錐度，為保證盾尾的順利安裝，在4號(hào)盾體塊完全放下前，在中盾尾部與導(dǎo)軌接觸位置焊接200 mm×200 mm×15 mm的鋼板，在進(jìn)入始發(fā)密封環(huán)時(shí)割除;4號(hào)盾體放到始發(fā)基座上后，調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。

(3)盾體塊吊入豎井前，將與主軸承接觸面清理干凈，涂抹黃油，覆蓋防雨塑料布。

(4)主軸承地面翻轉(zhuǎn)時(shí)，用3 500 kN履帶吊和1 500 kN汽車吊配合裝車，用6軸液壓全掛車運(yùn)至龍門吊下。

(5)起吊前，確認(rèn)盾體塊內(nèi)無(wú)易掉落件，吊耳的固定螺栓用汽動(dòng)扳手緊固，起吊鋼絲繩、螺栓和卸扣要與起吊質(zhì)量相符。

(6)盾尾焊接完畢再進(jìn)行調(diào)圓后，吊裝下井至預(yù)定位置;先用龍門吊進(jìn)行初調(diào)，控制誤差在2～3 cm以內(nèi);再采用打入鋼楔的辦法進(jìn)行精調(diào)，使盾尾的外圓與盾體相同，將盾尾與中盾進(jìn)行焊接。

2.2.5 刀盤的焊接與吊裝

(1)刀盤在地面焊接，將刀盤中心體放到事先準(zhǔn)備好的支墩上，然后分別把4個(gè)分塊對(duì)稱連接到刀盤中心塊，以利于整個(gè)刀盤平衡;焊接時(shí)，將焊縫區(qū)域打磨并清理干凈，在焊接處鋪設(shè)加熱板，確保焊縫和焊槽上的水汽完全揮發(fā);焊接完成后，對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，確保焊縫質(zhì)量。

(2)吊裝時(shí)，在龍門吊上安裝刀盤的專用橫梁，檢查卸扣、螺栓和鋼絲繩是否與起吊質(zhì)量配套，割除刀盤翻轉(zhuǎn)裝置，跟進(jìn)移動(dòng)吊車吊臂，確保刀盤吊裝平穩(wěn)。

(3)刀盤安裝，刀盤與主驅(qū)動(dòng)和盾體進(jìn)行精密組裝，所有螺栓緊固3次，確保牢固與密封效果。

3 盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)距離空推

盾構(gòu)機(jī)組裝完成后，即進(jìn)行空推作業(yè)?？胀浦饕悸?(1)整機(jī)空推分為2個(gè)部分:盾體空推和后配套空推;(2)首先進(jìn)行左線盾構(gòu)機(jī)空推，盾體空推至距離始發(fā)端墻23 m位置時(shí)，盾構(gòu)機(jī)下臺(tái)階，再將盾構(gòu)機(jī)平移始發(fā)位置，最后將后配套推至盾尾與盾體進(jìn)行連接;(3)左線始發(fā)一定距離后，方可進(jìn)行右線盾構(gòu)機(jī)空推。

3.1 盾體縱向推進(jìn)

采用2只行程1 m的液壓千斤頂頂推移動(dòng)托架，沿臨時(shí)鋪設(shè)的軌道滑移的方式進(jìn)行推進(jìn)。頂推油缸靠螺栓連接固定在臨時(shí)軌道上，軌道梁采取膨脹螺栓及 壓板進(jìn)行固定，軌道梁之間采用型鋼連接加固(圖3)。

圖3 縱向推進(jìn)示意

3.2 盾體下臺(tái)階

距離始發(fā)端墻23 m位置與礦山法隧道底板存在一高差為53 cm的臺(tái)階，首先在臺(tái)階下等間距布置型鋼，高度與礦山法隧道底板一致;然后將盾構(gòu)機(jī)推至型鋼上，最后采用4個(gè)行程1 m的液壓千斤頂，將盾構(gòu)機(jī)頂升，將型鋼依次抽出，完成盾構(gòu)機(jī)下臺(tái)階。

3.3 盾體橫向平移

在盾構(gòu)機(jī)下臺(tái)階同時(shí)，把軌道調(diào)整為橫向，將盾體和托架放下，然后用油缸頂推至始發(fā)位置(圖4)，并對(duì)始發(fā)托架進(jìn)行固定。

圖4 橫向平移示意

3.4 后配套空推

后配套設(shè)備在反力架安裝完成后，用2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)將后配套5節(jié)臺(tái)車和連接橋整體沿設(shè)計(jì)軌道牽引至盾尾與主機(jī)進(jìn)行連接。結(jié)合后配套結(jié)構(gòu)形式，在其空推段需將各臺(tái)車輪架加高，其中5號(hào)、4號(hào)、3號(hào)及2號(hào)臺(tái)車后部輪架均需加高1355 mm，2號(hào)臺(tái)車前部及1號(hào)臺(tái)車均需加高1865 mm，加長(zhǎng)支腿采用與輪架原設(shè)計(jì)相同規(guī)格材料及連接方式進(jìn)行處理，最后在后配套臺(tái)車進(jìn)入負(fù)環(huán)時(shí)拆除加長(zhǎng)支腿。

3.5 控制重點(diǎn)

(1)隧道平移梁鋪設(shè)區(qū)內(nèi)路面平整，橫向及縱向水平度＜1°，因該隧道處于12‰下坡，需要對(duì)路面進(jìn)行開(kāi)槽處理;右線盾構(gòu)機(jī)平移時(shí)，需要將左側(cè)盾構(gòu)機(jī)的電瓶車軌道拆除后方可進(jìn)行。

(2)隧道內(nèi)平移區(qū)域配備三相電源，供液壓千斤頂使用。

(3)頂升、平移所需機(jī)具，在施工前進(jìn)行檢查并確認(rèn)，千斤頂?shù)仍O(shè)備使用前必須進(jìn)行標(biāo)定;頂升或下降過(guò)程中，千斤頂和保護(hù)墩搭設(shè)要垂直，頂升、下降或縱橫向平移時(shí)，各油缸的動(dòng)作要確保同步。

圖5 反力結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

(4)主機(jī)重心與平移系統(tǒng)的承載中心、左右兩組平移梁前后兩端頭的中心距和上表面高差誤差均應(yīng)≤±10 mm。

(5)選擇具有足夠動(dòng)力的千斤頂，并應(yīng)考慮同步要求。根據(jù)滑靴與平移梁之間的接觸面類型確定動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)，計(jì)算平移時(shí)所需要提供的推力，采用2臺(tái)千斤頂進(jìn)行平移，其推力達(dá)到1 000 kN/臺(tái);考慮到盾構(gòu)機(jī)自重8 770 kN，頂升時(shí)采用4臺(tái)4 000 kN千斤頂，千斤頂負(fù)荷率為56%，滿足負(fù)荷率不大于70% ～80%要求。

4 反力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

反力結(jié)構(gòu)包括基準(zhǔn)環(huán)、反力架、反力支撐和反力墻［7］(圖5);盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)，荷載傳遞路徑為:盾構(gòu)機(jī)水平推力→負(fù)環(huán)管片→基準(zhǔn)環(huán)→反力架→鋼支撐→反力墻;為保證始發(fā)環(huán)與反力架的連接和密封，負(fù)環(huán)與反力架基準(zhǔn)環(huán)通過(guò)M36螺栓相連。反力墻與反力架通過(guò)DN600×10 mm鋼管作為傳力支撐。

4.1 反力架

(1)采用異型反力架，分解成小塊后運(yùn)輸至始發(fā)端，通過(guò)始發(fā)端拱頂預(yù)埋倒鏈和2臺(tái)500 kN汽車吊配合進(jìn)行洞內(nèi)安裝;左線反力架上、下、左側(cè)支撐固定在始發(fā)段的二襯上，右側(cè)采用斜向支撐固定在隧道底部;右線反力架左側(cè)通過(guò)DN600×10 mm鋼管與反力墻立柱連接，右側(cè)通過(guò)DN600×10 mm鋼管與礦山法擴(kuò)大端墻體連接。

(2)考慮到該段處于12‰下坡隧道，反力架豎直受力面與盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)軸線的垂直面存在41'15″夾角，即反力架基準(zhǔn)環(huán)豎直面與首環(huán)負(fù)環(huán)管片背千斤頂面在底部與反力架基準(zhǔn)環(huán)接觸面呈41'15″夾角，安裝時(shí)采用鋼楔進(jìn)行調(diào)整。

(3)為保證盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)，安裝首環(huán)負(fù)環(huán)與反力架和始發(fā)臺(tái)時(shí)，反力架左右偏差≤±10 mm，高程偏差≤±5 mm，上下偏差≤±10 mm。始發(fā)臺(tái)水平軸線的垂直方向與反力架的夾角＜±2‰，盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線豎直趨勢(shì)偏差＜2‰，水平偏差＜±3‰。

4.2 反力墻

反力墻設(shè)計(jì)基本思路:(1)在礦山法隧道內(nèi)施工一厚2 m的鋼筋混凝土墻作為反力架支撐的承力墻，縱、橫向均為雙層φ28 mm鋼筋，間距100 mm;(2)線路中線側(cè)設(shè)1 m厚鋼筋混凝土縱向斜撐，縱、橫向φ28 mm鋼筋，間距200 mm;(3)反力架和承力墻之間采取DN600×10 mm的鋼管作為連接，反力墻靠近中線側(cè)采用斜撐墻體支撐水平反力，反力墻和斜撐與二襯和混凝土底板均采用植筋方式進(jìn)行連接。反力墻結(jié)構(gòu)、與隧道斷面關(guān)系及支撐示意如圖6所示。

圖6 反力墻結(jié)構(gòu)與隧道斷面及計(jì)算模型示意(單位:mm)

4.2.1 基本參數(shù)及邊界條件

盾構(gòu)始發(fā)推力:50 000 kN，由各組油缸均勻提供;鋼支撐:DN600×10 mm，共計(jì)11個(gè)，均勻受力，按集中荷載考慮;反力墻、斜撐與二襯和底板混凝土植φ25 mm鋼筋，間距100 mm，縱向4排，均按固結(jié)考慮。

4.2.2 計(jì)算結(jié)論

通過(guò)空間有限元程序Ansys進(jìn)行空間分析，采用solid45單元，經(jīng)模型計(jì)算，反力墻與隧道砌襯相交處角點(diǎn)應(yīng)力達(dá)12.2 MPa，位移最大在Z軸縱向0.001 385 m，均滿足要求?？紤]到反力墻與隧道砌襯處受力最大，在始發(fā)時(shí)，采取了如下加強(qiáng)措施:(1)在反力墻與二襯端頭處豎向間距3～3.5 m處加設(shè)1道DN600×10 mm鋼支撐共8根(圖7，從反力墻向盾構(gòu)機(jī)方向);(2)反力墻墻體與變截面隧道之間，下部采取混凝土填充，使其與礦山法隧道連為整體，填充高度為變截面臺(tái)階面。

圖7 反力墻加固示意(單位:mm)

4.3 反力墻優(yōu)化

從左線盾構(gòu)機(jī)始發(fā)情況來(lái)看，考慮到工期和洞內(nèi)施工的難易程度，可以對(duì)反力墻進(jìn)行如下方面的優(yōu)化。(1)調(diào)整始發(fā)推力控制值。根據(jù)左線盾構(gòu)始發(fā)段1～5環(huán)推力監(jiān)測(cè)，推力在12 740～20 420 kN，右線始發(fā)推力可按25 000 kN進(jìn)行控制。(2)簡(jiǎn)化反力墻左側(cè)結(jié)構(gòu)，取消混凝土斜撐，用立柱代替墻體。立柱鋼筋與左線反力墻鋼筋焊接，充分利用左線反力墻及斜撐，平衡右線始發(fā)時(shí)水平反力。(3)為簡(jiǎn)化施工，反力墻底部用地梁代替墻體，地梁與立柱同時(shí)澆筑，取消上部墻體結(jié)構(gòu)。(4)取消右側(cè)反力墻結(jié)構(gòu)。鋼支撐直接支撐在既有礦山法二襯端頭上，提供始發(fā)時(shí)的水平反力。

經(jīng)優(yōu)化后的右線反力墻設(shè)計(jì):(1)立柱寬1.35 m，厚2.0 m，高11.0 m，豎、橫向均配φ25 mm鋼筋，間距150 mm;(2)地梁長(zhǎng)9.65 m，厚2.0 m，高1.0 m，豎、橫向均配φ25 mm鋼筋，間距200 mm;(3)立柱與既有反力墻之間通過(guò)預(yù)留鋼筋連接，地梁與立柱一起澆筑(圖8)(從盾構(gòu)機(jī)方向)。

圖8 反力墻與隧道及計(jì)算模型示意(單位:mm)

4.3.1 基本參數(shù)及邊界條件

盾構(gòu)始發(fā)推力:25 000 kN，由各組油缸均勻提供;鋼支撐:DN600×10 mm，共計(jì)11個(gè)，均勻受力，按集中荷載考慮;反力墻立柱與既有反力墻鋼筋焊接，地梁與混凝土底板混凝土植φ25 mm鋼筋，間距100 mm，縱向4排，均按固結(jié)考慮。

4.3.2 計(jì)算結(jié)論

左線反力墻與在右線始發(fā)時(shí)整體受力，通過(guò)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化和方便施工，應(yīng)力和變形均得到有效改善。經(jīng)模型計(jì)算，順線路方向最大拉應(yīng)力為0.98 MPa，垂直線路方向最大拉應(yīng)力為1.72 MPa，位移最大在立柱頂部Z軸縱向0.000 919 m，均滿足規(guī)范要求。從對(duì)始發(fā)時(shí)反力墻的監(jiān)測(cè)來(lái)看，最大位移在立柱頂部，與計(jì)算結(jié)論基本一致。

5 洞門密封裝置的安裝

洞門密封裝置由橡膠簾布、扇形壓板、防翻板、墊片和螺栓等組成［8］。為了防止盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)時(shí)泥漿、地下水從盾殼和洞門的間隙處流失，以及盾尾通過(guò)洞門后，管片外徑與刀盤開(kāi)挖輪廓之間同步注漿漿液的流失，安裝雙道洞門臨時(shí)密封裝置。

5.1 加工要求

洞門鋼環(huán)板加工時(shí)內(nèi)徑允許誤差Da=±10 mm;環(huán)板寬度允許誤差0～+3 mm;整個(gè)平面不平整度≤6 mm;焊縫需連續(xù)焊，不漏焊，焊縫高度為8 mm，且不允許出現(xiàn)滲漏;翻板、螺孔要均布，相鄰孔間距誤差≤2 mm;洞門鋼環(huán)板分塊數(shù)不宜多于4塊［9］。

5.2 安裝控制

盾構(gòu)始發(fā)處于1.2%的縱坡上，為了使洞門鋼環(huán)的縱軸線和線路縱坡一致，簾布橡膠板、壓板到盾體距離相同，保證洞門密封及防水效果，必須使洞門鋼環(huán)所形成的端面與線路中線垂直，即與豎直方向呈41'15″夾角。安裝時(shí)，豎直公差≤±10 mm;水平公差≤±10 mm;內(nèi)徑誤差≤±10 mm;中心偏差≤10 mm(圖9)。

圖9 洞門密封及鋼環(huán)安裝示意(單位:mm)

5.3 始發(fā)措施

考慮線路縱坡影響，洞門鋼環(huán)與豎井結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻不平行，存在41'15″的夾角，在洞門鋼環(huán)頂部和底部，存在一個(gè)6 cm的偏差間隙。為保證洞門密封效果，要求在預(yù)埋洞門鋼環(huán)時(shí)考慮此偏差間隙，并備足應(yīng)急物資。

6 負(fù)環(huán)管片的安裝

本盾構(gòu)隧道設(shè)置0～-7共8環(huán)負(fù)環(huán)，負(fù)環(huán)管片利用盾構(gòu)機(jī)自帶的管片拼裝機(jī)進(jìn)行拼裝，成環(huán)后依次脫出盾尾。負(fù)環(huán)管片采用標(biāo)準(zhǔn)通用環(huán)管片。

6.1 首環(huán)負(fù)環(huán)的定位

綜合考慮隧道聯(lián)絡(luò)通道處封頂塊設(shè)置位置及避免管片施工通縫等因素，擬將首環(huán)負(fù)環(huán)的封頂塊定在1號(hào)油缸的位置，則B3塊管片1/6處剛好在隧道正下方，B3拼裝到位后在不影響B(tài)2塊拼裝的前提下可穿入管片螺栓，將B3塊進(jìn)行固定;在拼裝-7環(huán)管片前，在盾尾管片拼裝區(qū)至盾尾下部180°范圍內(nèi)每30°設(shè)1根長(zhǎng)3 m的［6.5型鋼(盾尾內(nèi)壁與管片環(huán)的間隙為75 mm)，共設(shè)5根，與盾體焊接。

6.2 首環(huán)負(fù)環(huán)管片與反力架鋼環(huán)間隙的處理

管片在盾尾拼裝完成后利用盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂緩慢推出盾尾，由于始發(fā)托架軌道與管片外側(cè)有150 mm的空隙，為了避免負(fù)環(huán)管片全部推出盾尾后下沉，在始發(fā)臺(tái)托架上焊接鋼楔塊，以填充始發(fā)導(dǎo)軌與管片外側(cè)的空隙。

6.3 負(fù)環(huán)管片的加固

調(diào)整好姿態(tài)后，在反力架鋼環(huán)上半圓加焊倒“7”字型鋼，托住首環(huán)負(fù)環(huán)管片內(nèi)側(cè)，防止管片下沉。-7至0環(huán)管片依次進(jìn)行拼裝，負(fù)環(huán)外側(cè)用鋼絲繩進(jìn)行捆綁。底部用鋼楔塊填塞，并焊接在軌道支撐上。

7 始發(fā)控制措施

(1)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)參數(shù)、洞門密封保壓及始發(fā)段地質(zhì)情況，確定始發(fā)參數(shù)，采用欠壓始發(fā)。

(2)空載調(diào)試完成后，即可進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的負(fù)載調(diào)試(即試掘進(jìn))。

(3)為控制推進(jìn)軸線、保護(hù)刀盤，推進(jìn)速度不宜過(guò)快，使盾構(gòu)緩慢穩(wěn)步前進(jìn)，推進(jìn)速度控制在10～15 mm/min。

(4)一環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)速度值應(yīng)盡量保持衡定，減少波動(dòng)，并保證切口水壓穩(wěn)定和送、排泥管的暢通。

(5)盾構(gòu)啟動(dòng)時(shí)，防止啟動(dòng)速度過(guò)大、壓力過(guò)大，盾體隨刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。

(6)盾尾刷油脂的涂抹要均勻飽滿;洞門密封2道簾布橡膠板之間通過(guò)注脂孔注滿油脂，做好洞門密封防水工作。

(7)調(diào)整掘進(jìn)速度的過(guò)程中，應(yīng)保持開(kāi)挖面水土壓力平衡，確保開(kāi)挖面土體穩(wěn)定。

(8)盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)應(yīng)對(duì)刀盤予以保護(hù)，防止刀盤切割簾布橡膠板，破壞洞門密封。

(9)管片拼裝采用錯(cuò)縫拼裝形式，錯(cuò)縫拼裝由于縱向接頭引起襯砌圓環(huán)的咬合作用，剛度增強(qiáng)而產(chǎn)生的變形被相鄰管片約束，增強(qiáng)了管片穩(wěn)定和防水效果。

(10)防止和減少地層沉陷，保證地層壓力較為均勻地徑向作用于管片，限制管片位移和變形，加強(qiáng)隧道防水，用同步注漿作為隧道第一防水層。

(11)為保證始發(fā)端頭墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保分次始發(fā)時(shí)，先始發(fā)盾構(gòu)機(jī)不漏漿、不漏水、不漏氣，在左線掘進(jìn)一定距離后方可進(jìn)行右線洞門鑿除。洞門鑿除前，對(duì)右線端頭墻進(jìn)行鉆孔察看，確認(rèn)無(wú)涌水、涌漿和漏氣后開(kāi)始對(duì)右線端頭墻進(jìn)行鑿除。

(12)始發(fā)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)32個(gè)液壓油缸分成6組提供推力，為保證始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)，防止盾體離開(kāi)始發(fā)托架后產(chǎn)生“叩頭”現(xiàn)象，處于盾構(gòu)底部的D組油缸提供較大推力，反力架不均勻受力，鋼支撐所承受的軸力不均衡，而計(jì)算模型按均勻受力考慮，與現(xiàn)場(chǎng)情況不一致;礦山法二襯和反力墻施工時(shí)，預(yù)埋鋼支撐鋼板并應(yīng)準(zhǔn)確定位，確保鋼支撐安裝質(zhì)量，避免出現(xiàn)鋼支撐軸線偏移產(chǎn)生應(yīng)力集中的不利情況，并應(yīng)對(duì)鋼支撐進(jìn)行失穩(wěn)檢算。

(13)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整時(shí)必須逐環(huán)、小量糾偏，必須防止過(guò)量糾偏而損壞已拼裝管片和盾尾密封［10］。

8 結(jié)語(yǔ)

目前，深港隧道2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均已成功始發(fā)，左、右線月掘進(jìn)均能達(dá)到120～180 m，達(dá)到了設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)度要求，能確?，F(xiàn)場(chǎng)施工的節(jié)點(diǎn)工期，為港鐵與內(nèi)地高速鐵路的順利貫通創(chuàng)造了良好的條件。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］ 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JGJ/160—2008 施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備檢查技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］ 中華人民共和國(guó)中央人民政府.建筑起重機(jī)械安全監(jiān)督管理規(guī)定［Z］.北京:中華人民共和國(guó)中央人民政府，2008.

［4］ 徐建標(biāo)，張家明.建筑起重機(jī)械安全技術(shù)與管理［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［5］ 牛清山，陳鳳英，徐華.盾構(gòu)法的調(diào)查·設(shè)計(jì)·施工［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［6］ 李偉傳.盾構(gòu)機(jī)受力計(jì)算及始發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［EB］.(2006)［2013-01-20］.http://wenku.baidu.comview6d1ffdd850e2524de 5187e06.html

［7］ 武艷霞.盾構(gòu)機(jī)反力架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2009(2):64-66.

［8］ 陳饋，洪開(kāi)榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［9］ 鄭勇.盾構(gòu)隧道穿越水底淺覆蓋土施工技術(shù)對(duì)策［J］.城市建設(shè)理論研究，2013(2).

［10］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50446—2008 盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

Launching Technology of Two Large-diameter Slurry Shield Machines in the Same Working Shaft on a 12‰Downhill Tunnel

TANG Wei-ping1，ZHAO Lin2，ZHENG Yong2
(1.Engineering Supervision and Consulting(Hubei)Co.，Ltd.，China Railway Siyuan Survey and Design Group，Wuhan 430063，China;2.Urban Rail Transit Engineering Company，China Railway 15th Bureau Group，Shenzhen 518000，China)

This paper concerns the case of two 9.96-m slurry shield machines which were launched one after the other in the same working shaft at Huanggang Park located on a 12‰downhill section of Shenzhen-Hong Kong Tunnel of Guangzhou-Shenzhen-Hong Kong Railway passenger dedicated line.This paper expounded emphatically how to hoist and assemble the shield machine in the working shaft，how to advance without excavation in working shaft for a long distance，and how to design the reaction frame and other optimization issues.Especially，the stress state and deformation behavior of the foundation of the 3600kN gantry crane were calculated and checked by using spatial finite element software Midas，and then spatial analysis and optimization calculation for concrete reaction frame were conducted by using spatial finite element software Ansys.As a result，the problem of two large-diameter slurry shield machines launching in the same working shaft on a 12‰downhill tunnel was able to be solved successfully，serving as a reference for similar projects.

railway tunnel;large-diameter shield machine;two shield machines in the same working shaft;shield launching from working shaft;construction

U455.43

A

1004-2954(2013)09-0075-07

2013-01-31;

2013-03-10

唐衛(wèi)平(1972—)，男，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院土木工程系鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士;2008年畢業(yè)于中南大學(xué)土木學(xué)院建筑與土木工程專業(yè)，工程碩士，E-mail:tsyjlgstwp@126.com。