地铁盾构法施工始发技术分析与研究

地铁盾构法施工始发技术分析与研究

孟凡林

天津城建隧道股份有限公司  天津市   300000

摘要：本文结合具体工程实际，以施工技术管理人员的角度重点介绍了盾构始发阶段的施工技术管理思路与措施，分析了其中的管理要点与重点管理对象，对实际的施工技术管理工作起到了一定的借鉴与指导意义。

关键词：盾构始发；施工；管理

一、引言

盾构法具有安全性好、适应性广、施工速度快、对周边环境影响小等优点，已经得以广泛运用。盾构始发是指在盾构始发工作竖井内利用反力架和临时组装的负环管片等设备或设施，将处于始发基座上的盾构推入端头加固土体，然后进入地层原状土区段，并沿着设计线路掘进的一系列作业过程。盾构始发是盾构隧道建设中风险最集中的地方，本文对端头加固、盾构机组装、反力架、洞门凿除、洞门密封等一系列盾构始发关键施工技术进行阐述。

二、盾构始发工序流程

1.端头加固

进出洞区外土体一般采用SMW 工法、注浆法、深层搅拌法、高压旋喷法和冰冻法等方法进行加固，加固后土体渗透系数降低、抗剪强度提高，在洞圈内封门拆除后能保持自立，不发生滑移，不发生渗流。洞圈外土体加固应该根据工程实际情况计算加固体厚度、宽度和深度，并确定合适的加固后土体物理力学指标。土体经过加固后，可在不采取其他措施的情况下凿除洞门内围护结构，盾构机可以直接切入加固体并开始掘进施工，端头加固的关键在于土体加固的效果，如果土体加固后存在强度达不到设计要求、加固不均匀等问题就可能给盾构出洞施工带来严重后果。

2.始发基座安装

盾构机组装前，依据隧道设计轴线与洞口定出盾构机始发姿态的空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。始发基座的安装需要注意始发、到达段所处的线路平、纵面条件。由于始发基座在盾构机始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构机旋转的扭矩，所以在盾构机始发前，必须对始发基座两侧与盾构机井预埋件及钢支撑进行连接固定。考虑到盾构机可能出现端部下沉的影响，始发基座的安装高度可根据端头地质情况适当抬高 10-20mm。盾构机始发基座需要具有足够的刚度和强度，其上的导轨必须顺直。

3.盾构机的组装与调试

盾构机的组装需根据盾构部件重量情况、场地条件等信息，编制符合现场实际的盾构下井吊装方案，对吊机选型、站位等要重点控制。盾构吊装部件焊接吊耳的质量不仅要满足堆焊高度、宽度等要求，每个吊耳必须进行磁粉探伤试验，以检测吊耳安全。在始发台两侧的盾体外壳上焊接顶推支座，在始发台上用螺栓安装顶推支座，由两个液压油缸将盾体移到合适位置，顶推支座和顶推油缸配置合理，做到一次顶推到位。

盾构的调试阶段，可划分为工厂调试和施工现场调试。工厂调试阶段的工作是对设计、制造质量及主要功能进行调试，验收合格后即可进行空载调试。空载调试的目的是检查盾构各系统是否能正常运转，对于不能正常运转的要找出原因。主要调试内容是配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统、注浆系统以及各种仪表的校正。通过空载调试证明盾构具有工作能力后，即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线、密封及设备的负载能力，对空载调试不能完成的调试工作进一步完善，以使盾构的各个工作系统及其辅助系统达到满足正常施工要求的工作状态，通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。

4.反力架的安装

在盾构主机与后配套连接之前进行反力架的安装，反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度。为了保证盾构推进时反力架横向稳定，用型钢对反力架的支撑进行横向固定。反力架左右偏差控制在±10mm 之内，高程偏差控制在±5mm之内。始发架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±3‰。

5.洞口密封施工

其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土，完成洞口密封固定板、折叶压板及洞门帘布橡胶板的安装。

6.洞门凿除

盾构始发前一个月，用风钻在洞门范围内钻1.5m深的检测孔，观测端头土体加固效果，确保凿除洞门安全。为保证围护结构的稳定，凿洞分两阶段进行。第一阶段在端头井土体加固检验合格后凿除；第二阶段在盾构机到达前和始发准备完成后快速进行。开凿前，搭设双排脚手架，由上往下分层凿除，首先将开挖面墙钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉，然后继续凿至迎土面钢筋外露为止。当盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0.5-1m时停止掘进，然后再将余下的钢筋割掉，并检查确定无钢筋。

洞门破除过程中发现有异常情况后，迅速用木板和型管进行临时支撑，防止洞门掌子面土体发生坍塌，支撑完后确保安全的情况下对洞门掌子面土体进行注浆加固。若土体压力较大时，采用临时支撑完成后迅速用预先制作好的钢筋网片与钻孔桩的钢筋焊接一起后用木板和钢管支撑稳定。然后在围护结构外围进行注浆加固，同时在洞门里面进行注浆加固。 

7.负环管片拼装

在拼装第一环负环管片时，在盾尾管片拼装区180°范围内用木条填垫盾尾内侧与管片间的间隙。在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾。为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座导轨上点焊圆钢，以填充始发支座轨道与管片外侧的空隙，使圆钢将负环管片托起。第二个负环以后，管片将按照正常的安装方式进行安装。在进行始发基座、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制始发基座、反力架和负环的安装精度，确保盾构始发的轴线与设计线路重合，第一环负环管片定位时，管片的后端面与线路中线保持垂直。

8.始发掘进过程注意事项

在始发阶段，地层受加固影响相对较硬，盾构始发基座相对不会变形，要特别注意盾构机姿态控制，尽量避免盾构机低头与偏离。为了减少盾构推进阻力，始发前在基座轨道上涂抹油脂，在刀头和帘布橡胶板上涂抹油脂，同时避免推进时刀头损坏洞门帘布橡胶板。由于盾壳与地层间摩擦力较小，盾构易旋转，宜加强盾构姿态测量，如发现盾构有较大转角，可以采用刀盘正反转的措施进行调整。始发掘进时采取低推力、低速度向前推进，尽量减少对土体的扰动。

始发初始掘进时，盾构机处于始发基座上，盾构在始发基座上向前推进时，通过控制推进油缸行程，使盾构机可以沿始发基座向前推进，在始发基座及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。在盾构机的推进过程中，要对即将进入洞口的防扭支座割除打磨，以免损坏帘布密封。始发阶段要注意对推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。始发掘进的过程中，还必须对后盾支撑进行全程监视，如有异常及时进行处理加固，确保始发顺利。

三、结语

盾构始发是盾构施工中风险较大的环节之一，极易发生安全事故。如何对盾构始发的质量和安全因素进行分析，并形成对策以付诸实施，是确保盾构始发质量与安全必不可少的工作，在施工过程中需根据工程环境选择合理施工方式，加强管理，保证每个施工环节的施工质量，降低始发风险，才能保障盾构始发工作的顺利进行。

参考文献

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[2]张金岭.地铁盾构法施工技术分析[J].运输经理世界, 2021(005):000.

[3]何凤奎.地铁施工中盾构法施工技术要点分析[J].冶金丛刊, 2022(002):007.