基于盾構(gòu)分體始發(fā)施工技術(shù)

楊洲 孟令祥 賈龍 張強(qiáng) 高峰

【摘要】現(xiàn)國(guó)務(wù)院高度重視推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)，沈陽市內(nèi)老城區(qū)地下管線縱橫繁雜，交通規(guī)劃不夠完善，結(jié)合沈陽市地下綜合管廊工程某盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)始發(fā)豎井僅51.4m，不能滿足盾構(gòu)整體始發(fā)，總結(jié)分體始發(fā)施工技術(shù)，為同類城市地下管廊采用盾構(gòu)法分體始發(fā)施工提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】地下管廊;盾構(gòu)施工;分體始發(fā);節(jié)約場(chǎng)地

1、工程概況

沈陽市城市地下綜合管廊（南運(yùn)河段）工程，D1～D2盾構(gòu)區(qū)間使用北方重工的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)掘進(jìn)。區(qū)間隧道最小覆土5.8m，最大覆土約 22.5m，最大縱坡坡度為21‰。

2、盾構(gòu)分體始發(fā)

盾構(gòu)機(jī)設(shè)備總重量約為450T，盾體長(zhǎng)度為9287mm（含刀盤），包括后配套總長(zhǎng)度約為78m，盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為6280mm。盾構(gòu)機(jī)整機(jī)總長(zhǎng)約78m，D1盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)51.4m，盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)尺寸無法滿足盾構(gòu)整機(jī)始發(fā)，故采用盾構(gòu)分體始發(fā)，即盾構(gòu)機(jī)主機(jī)、設(shè)備連接橋、G1車架、及G2車架放置于井下，G3～G6車架放置于地面，井上井下設(shè)備通過延長(zhǎng)管線連接。

（1）將盾構(gòu)機(jī)主機(jī)、連接橋與G1、G2臺(tái)車連接，G3～G6臺(tái)車放置于地面上利用延長(zhǎng)管線與盾構(gòu)機(jī)G2臺(tái)車連接;

（2）臨時(shí)出渣設(shè)備的皮帶輸送機(jī)安裝在連接橋上;

（3）盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)入加固區(qū)，掘進(jìn)速度緩慢，約為10～20mm/min，因?yàn)槎軜?gòu)井尺寸小，只能放置一節(jié)渣土車，用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行水平運(yùn)輸;

（4）在盾尾脫離加固區(qū)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)20m，此時(shí)將電瓶車、砂漿罐車及兩輛管片板車吊下井，編組使用;

（5）在盾構(gòu)掘進(jìn)至60m，盾構(gòu)井底板足夠容納所有臺(tái)車，于是拆掉所有轉(zhuǎn)接管線，臺(tái)車全部下井，安裝好皮帶機(jī)，正常連接管線，電瓶車掛三列渣土車、一列砂漿罐車、兩列管片車，至此，轉(zhuǎn)接始發(fā)掘進(jìn)完成，開始正常掘進(jìn)。

3、端頭降水

在盾構(gòu)井始發(fā)、接收端頭降水，主要利用盾構(gòu)井開挖時(shí)井口周邊打設(shè)的降水井進(jìn)行降水。端頭降水于盾構(gòu)始發(fā)前一個(gè)月開始降水，降水水位需降至豎井底板下1m以下。

4、始發(fā)基座安裝

盾構(gòu)機(jī)重約300t，始發(fā)架為長(zhǎng)度為9.5m，寬4.470m的鋼結(jié)構(gòu)。始發(fā)架基準(zhǔn)標(biāo)高較設(shè)計(jì)軸線標(biāo)高抬高2cm，在確保始發(fā)架與設(shè)計(jì)軸線和標(biāo)高無誤，將始發(fā)架與底板上的預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接，始發(fā)架與端頭結(jié)構(gòu)墻和反力架之間用型鋼進(jìn)行支撐。

5、盾構(gòu)及后配套下井組裝

盾構(gòu)機(jī)的吊裝分兩部分進(jìn)行，首先起吊一號(hào)臺(tái)車、橋架、螺旋輸送機(jī)、盾體及刀盤，最后反力架就位、組裝。在進(jìn)行第二部分的組裝，將G3、G4、G5、G6臺(tái)車按順序在地面端頭井一側(cè)成一字排開并進(jìn)行臺(tái)車之間的連接，最后將G1臺(tái)車和G2臺(tái)車之間的管路連接，G2和G3之間采用延長(zhǎng)管線井上井下連接。

6、始發(fā)洞門準(zhǔn)備

（1）水平探孔檢測(cè)

盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)前，應(yīng)對(duì)端頭加固質(zhì)量進(jìn)行水平超前探孔檢查，若超前探孔有水，則采取降水井降水。

（2）洞門鑿除

洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Ф800@1200mm鉆孔灌注樁施工，洞門直徑為6600mm，盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為6280mm，洞門破除直徑為6600mm。強(qiáng)度等級(jí)過高對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具磨損過大，綜合考慮洞門人工鑿除500mm，預(yù)留300mm為盾構(gòu)掘進(jìn)刀具切除。保護(hù)層的鑿除工作由上至下完成，玻璃纖維筋的割除應(yīng)自下至上切割。

7、負(fù)環(huán)管片安裝

根據(jù)D1盾構(gòu)井始發(fā)井長(zhǎng)度為15.2m，吊裝孔長(zhǎng)度尺寸為11.0m，設(shè)置反力架的位置，確定負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)。反力架前端中心里程：D=D洞門+始發(fā)架長(zhǎng)度+端墻厚度。

負(fù)環(huán)管片拼裝：

負(fù)環(huán)管片拼裝前檢查手涂盾尾油脂填充量是否達(dá)標(biāo)。第一環(huán)負(fù)環(huán)管片先拼裝A2型管片，再依次拼裝A1型管片、A3型管片，再拼裝鄰接塊B1、B2及封頂塊，拼裝時(shí)交叉拼裝管片;管片拼裝就位后用7字型鋼焊接在盾體上固定管片，第一環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝完成后，用推進(jìn)油缸把管片推出盾尾，推進(jìn)時(shí)，注意控制四組推進(jìn)油缸行程，盡量控制四組油缸行程保持一致。

負(fù)環(huán)管片拼裝的要點(diǎn)是，-8環(huán)管片與反力架基準(zhǔn)環(huán)間采用特殊螺栓連接，利用管片拼裝機(jī)在盾尾內(nèi)整環(huán)拼裝后，利用推力千斤頂將-8環(huán)管片推出盾尾，并與反力架基準(zhǔn)環(huán)緊密連接牢固。其他負(fù)環(huán)管片安裝與正常掘進(jìn)管片拼裝相同。

在管片脫出盾尾后，必須在始發(fā)架軌面與管片之間焊接具有足夠強(qiáng)度和剛度的型鋼墊塊支撐管片。

始發(fā)階段負(fù)環(huán)管片拼裝形式全部采用通縫拼裝，利于快速拆除始發(fā)負(fù)環(huán)，盾構(gòu)進(jìn)洞前在尾盾的盾尾油脂注漿管旁焊接直徑20的鋼筋，有利于隧道管片進(jìn)洞后盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整。為防止負(fù)環(huán)管片失穩(wěn)，使用5T鋼絲繩將管環(huán)緊固在始發(fā)基座上。

8、盾構(gòu)始發(fā)參數(shù)設(shè)置

（1）土倉(cāng)壓力P的設(shè)定

主要取決于刀盤前的水土壓力，一般在P1=0.05～0.13MPa范圍內(nèi)取值。具體值按下面公式計(jì)算：

P=K×h×r

r-土體的容重

h-刀盤頂部的覆土厚度

K-土的側(cè)向靜止壓力系數(shù)

進(jìn)入加固區(qū)后開始逐漸建立土倉(cāng)壓力，直到出加固區(qū)前1m，上部土倉(cāng)壓力控制在0.5～0.7bar，下部土倉(cāng)壓力控制在0.9～1.1bar。土倉(cāng)壓力按照公式計(jì)算：P=13×0.39×2.03/100=0.103MPa。

（2）推進(jìn)速度

在初始階段時(shí)，推進(jìn)速度要慢，速度應(yīng)控制在10～20mm/min之內(nèi)，待盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入土體后掘進(jìn)速度逐漸調(diào)整為20～40mm/min。

（3）出渣量控制

每環(huán)理論出渣量V=πD?/4×L =3.14×6.28?/4×1.2×1.2=44.6m?;盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)出渣量控制在97%～103%之間，即43m?/環(huán)～46m?/環(huán)。

（4）同步注漿

同步注漿量：V=π（R?-r?）×L=3.14×（3.14?-3?）×1.2=3.24m?。本區(qū)間隧道位于中粗砂、礫砂及圓礫地層，該地層地下水豐富，盾構(gòu)多次穿越南運(yùn)河水域，綜合考慮實(shí)際注漿量充填系數(shù)為2.2，實(shí)際注漿量為7.1m?。同步注漿壓力控制在0.2～0.35MPa。盾尾全部進(jìn)入土體開始進(jìn)行同步注漿，剛開始注漿時(shí)安排專人在洞外觀察，防止壓力過大造成盾尾密封失效或地面隆起。

（5）渣土改良

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)，使用泡沫劑對(duì)渣土進(jìn)行改良，可有效地增強(qiáng)渣土的流動(dòng)性及止水性能，并能降低渣土內(nèi)摩擦角、減小對(duì)刀具的磨損。泡沫溶液由泡沫添加劑和水組成，其中泡沫添加劑占3%～5%，水占95%～97%;泡沫由壓塑空氣和泡沫溶液組成，其中壓塑空氣占90～95%，泡沫溶液占5～10%;泡沫的注入量一般取經(jīng)驗(yàn)值30～60L/環(huán)。

結(jié)語：

結(jié)合D1盾構(gòu)井成功的盾構(gòu)分體始發(fā)施工經(jīng)驗(yàn)，有效節(jié)約了施工場(chǎng)地的利用率，顯著提升工作效率，工期明顯縮短，施工過程得到有效保護(hù)，避免災(zāi)害發(fā)生，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，可為同類盾構(gòu)分體始發(fā)提供參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

楊洲（1994.10-），男，漢，吉林長(zhǎng)春，技術(shù)員兼助理工程師，本科，中建八局軌道交通建設(shè)有限公司，市政工程。