場(chǎng)地受限工況下大直徑盾構(gòu)多次分體始發(fā)工程實(shí)踐

景海強(qiáng)

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場(chǎng)地受限工況下大直徑盾構(gòu)多次分體始發(fā)工程實(shí)踐

景海強(qiáng)

（太原鐵路樞紐西南環(huán)線有限責(zé)任公司，山西 太原 030013；太原樞紐建設(shè)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(jìn)技術(shù)難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)突出。在工程實(shí)踐中，采用多次分體始發(fā)，在場(chǎng)地受限等復(fù)雜工況下安全、高效地完成組裝及始發(fā)掘進(jìn)工作，對(duì)類似工程施工有較好的借鑒意義。

大直徑盾構(gòu)；復(fù)雜工況；分體組裝；始發(fā)方案

1 前言

盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)是盾構(gòu)掘進(jìn)施工的第一步，盾構(gòu)機(jī)安全順利、精準(zhǔn)地始發(fā)對(duì)盾構(gòu)區(qū)間的掘進(jìn)施工至關(guān)重要。一般情況下，盾構(gòu)機(jī)采用整體始發(fā)方案，包括盾構(gòu)機(jī)吊裝下井、拼裝，盾構(gòu)機(jī)調(diào)試，后配套下井、拼裝，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)四個(gè)步驟，既能節(jié)省人力、物力、財(cái)力，又能縮短工期。但在某些特殊情況下，大盾構(gòu)機(jī)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(xiàng)目φ12.14 m大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)實(shí)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(jī)工法。

1.1 一般情況下盾構(gòu)整體始發(fā)場(chǎng)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(diǎn)如下：①盾構(gòu)始發(fā)前，施工現(xiàn)場(chǎng)地面按照盾構(gòu)機(jī)吊裝方案進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)吊裝區(qū)域的場(chǎng)地硬化；②按照設(shè)計(jì)施工圖紙進(jìn)行端頭加固處理；③根據(jù)出渣量，合理確定渣土池臨時(shí)存土量，并規(guī)劃出渣路線；④安裝龍門吊，用于盾構(gòu)掘進(jìn)消耗材料的垂直運(yùn)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(jī)加工區(qū)域等，使現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行始發(fā)導(dǎo)臺(tái)、臺(tái)車后移軌道安裝等工作。

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)整機(jī)布置，施工現(xiàn)場(chǎng)按照順序依次將后配套臺(tái)車、盾體吊放下井后進(jìn)行組裝調(diào)試，期間進(jìn)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(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)不具備盾體及后配套臺(tái)車全部下放后進(jìn)行整體始發(fā)的條件時(shí)，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(jī)包含盾體、設(shè)備橋、后配套臺(tái)車、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)在內(nèi)，全長(zhǎng)約200 m。

3 盾構(gòu)始發(fā)難點(diǎn)

3.1 盾構(gòu)機(jī)多次分體始發(fā)

盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)負(fù)環(huán)管片質(zhì)量約12 t，且在拆除過程中配套臺(tái)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(jī)管線，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)不具備向刀盤前方、盾體周圍注入膨潤(rùn)土的能力，對(duì)地表沉降控制難度大，對(duì)工期要求嚴(yán)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(shè)計(jì)施組盾構(gòu)始發(fā)方案

本工程所采用“麒麟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為220 m，現(xiàn)場(chǎng)明挖段加盾構(gòu)始發(fā)井全長(zhǎng)104 m，現(xiàn)場(chǎng)不具備盾構(gòu)整體始發(fā)條件，在盾構(gòu)機(jī)首次始發(fā)時(shí)，設(shè)備橋中部?jī)晒?jié)、3#拖車、后置平臺(tái)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等不進(jìn)行組裝，暫存地面，其余部件下井組裝進(jìn)行分體始發(fā)。

4.1 設(shè)計(jì)施組盾構(gòu)始發(fā)

盾構(gòu)機(jī)調(diào)試完后開始安裝負(fù)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(dǎo)軌。管片通過拼裝機(jī)拖拉至真空吸盤可以吸附的位置后，用拼裝機(jī)拼裝第一塊標(biāo)準(zhǔn)塊，用推進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行管片拼裝施工，在-3環(huán)頂進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)刀盤距離掌子面30 mm，在此之前完成盾構(gòu)機(jī)與連續(xù)皮帶機(jī)的聯(lián)合調(diào)試，保證渣土順利運(yùn)輸，盾構(gòu)刀盤到達(dá)掌子面后旋轉(zhuǎn)刀盤，并控制好盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及姿態(tài)，完成盾構(gòu)始發(fā)段220 m的施工。

4.2 負(fù)環(huán)整環(huán)拆除施工

盾構(gòu)掘進(jìn)到達(dá)220 m處后，進(jìn)行負(fù)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(shí)，先將反力架上半部分基準(zhǔn)環(huán)吊裝至地面，再將反力架背面的支撐割除吊裝。吊裝時(shí)，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(gè)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(shè)備橋、臺(tái)車組裝施工及正常推進(jìn)

在井口負(fù)環(huán)管片拆除施工過程中，洞內(nèi)將設(shè)備橋第四節(jié)與第一節(jié)分離，并通過2臺(tái)160 t的卷揚(yáng)機(jī)將二號(hào)臺(tái)車、一號(hào)臺(tái)車以及設(shè)備橋第四節(jié)整體拉至明挖段內(nèi)進(jìn)行設(shè)備橋組裝，同時(shí)地面進(jìn)行設(shè)備橋第三節(jié)的組裝施工。將設(shè)備橋第四節(jié)拉至明挖段內(nèi)后，將設(shè)備橋第三節(jié)吊裝至井下與設(shè)備橋第四連接，再將整體繼續(xù)向后拉，將設(shè)備橋第二節(jié)吊裝至井下與設(shè)備橋第三節(jié)連接。

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

5 實(shí)施性施組分體始發(fā)方案

5.1 設(shè)計(jì)施組方案存在的問題

如果按照設(shè)計(jì)施組始發(fā)方案，在盾構(gòu)繼續(xù)向前掘進(jìn)過程中，在220 m處停機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝施工將會(huì)面臨多種施工困難，具體如下：①在區(qū)間220 m處停機(jī)處，地面附近有建筑物，如果盾構(gòu)停機(jī)較長(zhǎng)，將會(huì)引起地層沉降導(dǎo)致建筑物開裂的問題，影響極大；②停機(jī)期間內(nèi)，由于臺(tái)車后移，洞內(nèi)電源被切斷，盾構(gòu)機(jī)刀盤無法轉(zhuǎn)動(dòng)，無法向前推進(jìn)，且無法向刀盤前、盾殼周圍注入膨潤(rùn)土漿液，以防止盾體“抱死”，造成安全事故；③臺(tái)車后移前，需購(gòu)置大功率卷揚(yáng)機(jī)提供動(dòng)力，訂做鋼軌作為臺(tái)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(shí)施性施組方案

考慮到以上環(huán)境、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)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(shè)計(jì)始發(fā)方案為：在盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)至17環(huán)處拆除-10至-4環(huán)上半部分管片，將設(shè)備橋第二、三節(jié)吊裝下井后進(jìn)行組裝并二次始發(fā)；當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至57環(huán)位置后進(jìn)行3#拖車吊裝組裝施工，同時(shí)拆除反力架上部橫梁及基準(zhǔn)環(huán)、東側(cè)立柱以及-3、-2環(huán)上部，啟動(dòng)第三次盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)至220 m處；此后完成剩余后置平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的吊裝組裝施工，進(jìn)入正常盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)流程。

5.3 盾構(gòu)始發(fā)具體實(shí)施

5.3.1 實(shí)施性施組盾構(gòu)第一始發(fā)

按照實(shí)施性施組進(jìn)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(jī)安全、順利地完成了第一次始發(fā)至17環(huán)施工任務(wù)。

5.3.2 負(fù)環(huán)拆除前加固施工

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

5.3.3 -10到-4環(huán)上半環(huán)拆除施工

本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)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(jìn)行組裝完成二次始發(fā)，在負(fù)環(huán)管片拆除過程，需至少滿足9.9 m的凈空，且在拆除時(shí)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(shí)對(duì)負(fù)環(huán)管片外側(cè)進(jìn)行加固，保證施工安全，此后進(jìn)行盾構(gòu)的二次始發(fā)至17環(huán)位置。

5.3.4 設(shè)備橋組裝吊裝

在設(shè)備橋吊裝之前，先將第一節(jié)設(shè)備橋與第四節(jié)設(shè)備橋分離，并通過卷揚(yáng)機(jī)將2#拖車與第四節(jié)設(shè)備橋整體拖拉至明挖段內(nèi)部。設(shè)備橋在地面組裝完成后，用160 t汽車吊使設(shè)備橋第三節(jié)從負(fù)環(huán)頂部下井，后端與設(shè)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(shè)備橋第二節(jié)，完成后吊至井下與設(shè)備橋第三節(jié)進(jìn)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(fù)環(huán)拆除后加固

在設(shè)備橋組裝完成后即進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工，為防止盾構(gòu)機(jī)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(dòng)發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)，在反力架與-3環(huán)管片之間用5根φ609 mm的鋼管撐進(jìn)行支撐。

5.3.6 2#、3#臺(tái)車組裝施工

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

5.4 后置平臺(tái)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)組裝

在3#臺(tái)車組裝完成后，3#臺(tái)車尾部已進(jìn)入+3環(huán)位置，即可用200 t汽車將后置平臺(tái)吊裝組裝施工，與此同時(shí)進(jìn)行倒?jié){地泵和膨潤(rùn)土發(fā)酵池安裝，然后盾構(gòu)繼續(xù)掘進(jìn)至隧道內(nèi)25 m后進(jìn)行回轉(zhuǎn)平臺(tái)下井工作，使用200 t吊車將回轉(zhuǎn)平臺(tái)中部吊入隧道內(nèi)，與回轉(zhuǎn)平臺(tái)前部連接。連接完成后，將回轉(zhuǎn)平臺(tái)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(fù)正常掘進(jìn)。

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(jī)多次分體始發(fā)的成功實(shí)施，為類似的大直徑盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)、淺埋掘進(jìn)、長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)等關(guān)鍵工序提供了可靠的工程實(shí)踐。

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

［2］朱滬生，鄭世興，易宏.復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)穿越閩江強(qiáng)透水砂層技術(shù)研究［J］.城市軌道交通研究，2017（1）：31-36.

2095－6835（2019）02－0118－02

U455.43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.118

〔編輯：王霞〕