地下空間盾構(gòu)機(jī)主機(jī)臺(tái)階式降落施工技術(shù)研究

崔瑤瑤 張瑞亮 龐丕杰

1.中船重工（青島）軌道交通裝備有限公司 山東青島 266111；2.青島德瑞匯豐環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?山東青島 266001

目前，盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，如西氣東輸、公路隧道、水工隧道和城市隧道工程。隨著盾構(gòu)機(jī)技術(shù)和盾構(gòu)施工技術(shù)的日益成熟，盾構(gòu)施工在地下隧道工程中發(fā)揮了非常重要的作用。至于未來地下空間的發(fā)展，隧道的建設(shè)已經(jīng)地下80m，甚至超過110m，主要工程項(xiàng)目包括高速鐵路和地下鐵路。隨著施工工作面深度的增加，施工條件也越來越復(fù)雜，需要穿越各種惡劣的地質(zhì)條件。盾構(gòu)機(jī)的施工能力和盾構(gòu)法施工技術(shù)提出了新的問題，迫使需要開發(fā)新的盾構(gòu)施工技術(shù)。

1 盾構(gòu)施工的前沿技術(shù)

如今，雖然盾構(gòu)機(jī)的內(nèi)部技術(shù)和盾構(gòu)法的施工技術(shù)有了長足的進(jìn)步，但盾構(gòu)機(jī)技術(shù)和盾構(gòu)法仍然面臨著許多問題。

1.1 母子泥水盾構(gòu)機(jī)

母子泥水盾構(gòu)機(jī)將通過子盾構(gòu)機(jī)與母盾機(jī)分離并繼續(xù)挖掘的方式來理解挖掘不同內(nèi)徑的隧道，從而使盾構(gòu)機(jī)完成地鐵站和地鐵隧道的建設(shè)。

1.2 分杈形盾構(gòu)機(jī)技術(shù)

分散式盾構(gòu)機(jī)，其中小型盾構(gòu)機(jī)可以垂直挖掘另一條隧道。可在水平和垂直方向交替調(diào)諧，這種盾構(gòu)機(jī)可以避免切樁的情況出現(xiàn)。

1.3 盾構(gòu)機(jī)常壓換刀技術(shù)

目前，刀具更換在實(shí)際盾構(gòu)法施工的過程中，是一項(xiàng)非常棘手的問題。在復(fù)雜的井下條件下，工具容易磨損，手動(dòng)更換工具不僅需要停機(jī)，而且存在有一定的安全隱患。目前，我國對(duì)人工操作的應(yīng)用廣泛，對(duì)刀具的更換還沒有采用自動(dòng)化技術(shù)。日本雖然開發(fā)了自動(dòng)換刀技術(shù)，但其應(yīng)用范圍有限，只能應(yīng)用于地表以下20m的深度[1]。

1.4 復(fù)雜地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的常規(guī)方法有超前鉆探、地震反射、電磁法、直流法等。但可用于盾構(gòu)施工的預(yù)報(bào)技術(shù)還十分有限，檢測(cè)精度和與施工配合還有待提高。

復(fù)雜地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)在隧道施工中具有成熟的應(yīng)用案例，如TRT（獅子洋水下隧道）反射影像、CT跨孔地震層析成像、先進(jìn)的電監(jiān)測(cè)技術(shù)（射線技術(shù)）、雷達(dá)穿透地面等待。

2 盾構(gòu)機(jī)出洞方法設(shè)計(jì)

三臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)出隧道均在崗廈東北部，崗廈北站東端為地下3層框架結(jié)構(gòu)。兩臺(tái)Φ6980用于剛黃段，一臺(tái)Φ6480用于輸入輸出部分。隨著盾構(gòu)車從隧道中出來，車站主體基本完成。盾構(gòu)機(jī)沿隧道方向12m處鋼下北分配器端壁中間板落差半徑；盾構(gòu)機(jī)必須穿過下降半徑才能到達(dá)上升孔（12m*5m）。一旦底部進(jìn)氣板和右側(cè)進(jìn)氣區(qū)的側(cè)壁和中間板的施工完成，應(yīng)切割4個(gè)格子柱，以提供屏蔽接收位置[2]。

接收港黃段隧道底部距底板約2.24m，盾構(gòu)機(jī)立架不能突出太高，否則盾構(gòu)中心安裝盾構(gòu)機(jī)后機(jī)器太高，總重量增加，平移和破壞安全的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。同時(shí)，汽車防護(hù)罩在踩踏時(shí)，要避免落到結(jié)構(gòu)上的半徑。因此，只能使用常規(guī)的臺(tái)階架，同時(shí)應(yīng)升高1.74m。盾構(gòu)機(jī)主體進(jìn)入行走架后，行走架位于下油缸下沉部分的底部，沿隧道方向向前移動(dòng)9.3m到達(dá)起重機(jī)。出位，先到達(dá)抬升位置再抬出。

到入口線左側(cè)車道，先將行走架抬高約1.751m，待盾構(gòu)完全進(jìn)入行走架后，下至下沉段底部，再向南移動(dòng)約10m，然后坐下回到底部，然后向前移動(dòng)約3.8m；再次移動(dòng)然后抬起，框架將在釋放軸上轉(zhuǎn)動(dòng)并抬起。

穿越崗黃左線，先將行走架抬高1.1m，待盾構(gòu)完全進(jìn)入行走架后，下降至下沉段底部，再向前行走約3.8m；然后將其水平移動(dòng)并抬起，框架從井中返回起點(diǎn)。

由于縱向鄰居對(duì)黃線右側(cè)力場運(yùn)動(dòng)的影響，一開始就建相鄰的柱子是不明智的，柱子應(yīng)該上升1.1米左右。一旦防護(hù)罩完全安裝在底部，它們就會(huì)潛入隧道底部，向北約9.5米，向前移動(dòng)3.8米，然后向上移動(dòng)，然后返回筒倉懸掛。

3 盾構(gòu)機(jī)臺(tái)階式下降設(shè)計(jì)

盾構(gòu)機(jī)取定標(biāo)架下方平放鋼支架φ609，出孔升起臺(tái)階架，使臺(tái)階架中心線與盾構(gòu)機(jī)中心線相等。根據(jù)隧道底部與底板距離的不同，選用0.5m和1m兩種鋼支撐段，在進(jìn)行微調(diào)時(shí)，應(yīng)采用工字鋼進(jìn)行[3]。

盾構(gòu)機(jī)兩側(cè)大沖擊油缸為降落設(shè)計(jì)，使盾構(gòu)機(jī)下降平穩(wěn)平穩(wěn)。由于盾構(gòu)機(jī)總重量600T，受空間尺寸限制，油缸安裝位置不能超過盾構(gòu)機(jī)最大直徑位置。針對(duì)此設(shè)計(jì)盾構(gòu)機(jī)下降油缸的行程，具體如下：

行程L：大于1.5m，盾構(gòu)機(jī)可以一次下降到位。但是油缸零行程的基礎(chǔ)尺寸的關(guān)系，盾構(gòu)機(jī)下面安裝空間尺寸不足，無法采用。

行程L：0.5m＜L＜1m，盾構(gòu)機(jī)需要分多次下降才能到位，工作效率不高，避免采用。

行程L：1m＜L＜1.5m，盾構(gòu)機(jī)分2次下降才能到位，滿足工作狀況，提高效率。

為此，盾構(gòu)下圓柱體的最佳路徑是1.1米，這意味著必須使用連續(xù)下降來構(gòu)建盾構(gòu)。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了管道和油缸的減壓，并引入了潤滑油雙重控制，防止護(hù)罩突然墜落，使得安全隱患得到有效地降低[4]。

4 施工準(zhǔn)備

將盾構(gòu)機(jī)到達(dá)的區(qū)域平整，放置20mm厚的鋼板，將鋼板間的接縫間斷接合，將黃油涂抹至鋼板的表面。

鋼支架檢查：安裝前全面檢查，特別是法蘭面，應(yīng)平整，如有不平整，應(yīng)修整，鋼支架中心用φ12U型鋼拉鉤進(jìn)行焊接。

鋼支撐的第一層安裝完成，在安裝的過程中，在卷揚(yáng)機(jī)的方向安裝拉鉤，并利用水平尺進(jìn)行調(diào)平，針對(duì)進(jìn)架區(qū)域的四周以及過渡區(qū)域的四周采用20#工字鋼三角支撐的方式進(jìn)行固定。

鋼支撐的第二層，其拉鉤同樣在卷揚(yáng)機(jī)的方向進(jìn)行安裝，在進(jìn)行調(diào)平時(shí)，應(yīng)采用水平尺進(jìn)行。

安裝步進(jìn)架，過渡段中心線應(yīng)與盾構(gòu)機(jī)中心線重合。使用工字鋼墊調(diào)整踏板架的水平。用鋼支撐做大斜撐，加固踏框端部，以避免步進(jìn)架主線滑動(dòng)的現(xiàn)象。

盾構(gòu)機(jī)從洞口出來，氣推緩緩地放在架子上。觀察前后：例如通道段+支撐架+鋼護(hù)盾緩慢滑動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停止推動(dòng)，完成處理加固后再繼續(xù)。

一旦盾構(gòu)機(jī)到達(dá)縮放框架，將盾尾后面的所有配件和管道分開。

盾構(gòu)機(jī)支架與臺(tái)階架全連接?？梢允褂面滀徎蜾摪搴附?，防止盾構(gòu)機(jī)打開時(shí)機(jī)架掉落。

下降油缸聯(lián)軸器座安裝在盾構(gòu)機(jī)上。焊接三角形連接的底座必須牢固，多層魚面，避免虛焊的情況出現(xiàn)。

安裝起落油缸和連接座及液壓系統(tǒng)。根據(jù)著陸油缸零沖擊長度，在著陸油缸支架下墊下放置長度為0.5m的鋼支架φ609。

檢查液壓系統(tǒng)。多個(gè)下降油缸的油管內(nèi)外方向必須同步。安裝油管使用方便，易于觀察。能及時(shí)發(fā)現(xiàn)油管漏油等緊急情況。

拆下通道段與分體腳架的連接螺栓，拆下過渡段和過渡段的鋼支撐。

5 盾構(gòu)機(jī)下降

拆除第二層鋼支撐四周的用于固定的工字鋼以及步進(jìn)架上前端用于固定的大斜鋼支撐。

除非障礙解除，否則水力站無法啟動(dòng)。聯(lián)合指揮官一起發(fā)出命令，一名特工被觀察員包圍，看著盾牌升起來。在異常的情況下，與指揮官及時(shí)反饋和立即停止升盾。

盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)架與第一層鋼支撐完全分離及停止提升。

檢查液壓系統(tǒng)是否有漏油現(xiàn)象。鎖住操作閥，禁停觀察油缸是否回縮現(xiàn)象。液壓站不能停止工作，時(shí)刻保持電機(jī)運(yùn)行。

確定安全后，采用長勾的方式，勾住第二層鋼支撐，由卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引，從外向內(nèi)逐個(gè)、逐層進(jìn)行拆除。

拆除完成后，確定盾構(gòu)機(jī)+步進(jìn)架下無障礙物后，緩慢回收下降油缸。

檢查第一層鋼支撐穩(wěn)定情況，以及全部液壓系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

檢查下降油缸與盾構(gòu)機(jī)之間三角形連接塊的焊縫，出現(xiàn)裂紋進(jìn)行補(bǔ)焊。

盾構(gòu)機(jī)+步進(jìn)架降落至底板。再進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的步進(jìn)、平移、方向旋轉(zhuǎn)調(diào)整。

6 盾構(gòu)法施工技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)分析

6.1 對(duì)地面影響較小

針對(duì)具體的盾構(gòu)法施工技術(shù)手段的運(yùn)行和實(shí)施過程進(jìn)行分析，可以看出的是，在實(shí)施操作中不需要對(duì)地面相關(guān)場地進(jìn)行處理，盾構(gòu)機(jī)在施工操作中沒有較大的噪聲和震動(dòng)威脅。這樣就不會(huì)對(duì)地表建筑物和周圍的人造成明顯的干擾，以此導(dǎo)致這方面的優(yōu)勢(shì)與開挖處理進(jìn)行比較更加明顯。

6.2 施工精度較高

對(duì)于盾構(gòu)法施工技術(shù)工具的具體操作和應(yīng)用，對(duì)施工精度也能表現(xiàn)出理想的積極作用。這種施工精度檢查主要是為了促進(jìn)相關(guān)誤差得到有效檢查，特別是盾構(gòu)挖掘機(jī)的詳細(xì)檢查和校正，可以檢查0.5mm以內(nèi)的誤差，這將不可避免地避免在施工過程中出現(xiàn)的導(dǎo)流問題，出現(xiàn)過去修建地鐵隧道容易出現(xiàn)的問題。

6.3 機(jī)械化程度高

在地鐵施工中有效利用盾構(gòu)法施工技術(shù)也具有較高的機(jī)械化效果?？蓢?yán)格按照相關(guān)施工組織方案有效實(shí)施，使得施工推進(jìn)的效率得到有效地提升，同時(shí)，其施工效率和水平也明顯有所提升，在很大程度上對(duì)地鐵項(xiàng)目的優(yōu)化起到一定的推動(dòng)作用。

6.4 要求較高

對(duì)于盾構(gòu)施工技術(shù)在地鐵施工中的實(shí)施和應(yīng)用，總的來說，對(duì)其有著較高的要求，同時(shí)，在很大程度上對(duì)技術(shù)的有效落實(shí)起到了一定的制約作用，以實(shí)際的施工過程為例，在操作的過程中，它不能后退，只能在施工作業(yè)中前進(jìn)。在操作中使其容易出現(xiàn)一定的故障，并成運(yùn)行偏差的情況出現(xiàn)，形成事故屏障。另外，從質(zhì)量方面來看，盾構(gòu)挖掘機(jī)對(duì)其自身有著較高的要求，應(yīng)確保其精度和整體協(xié)調(diào)的合理可靠性得到保證。

7 盾構(gòu)法在地鐵施工中的應(yīng)用

7.1 始發(fā)豎井

豎井是用來裝配盾構(gòu)機(jī)的，所以在施工前，必須根據(jù)裝配工藝的要求確定建筑物的尺寸。一般井寬比盾構(gòu)機(jī)直徑多1.6-2.0m，長度應(yīng)滿足設(shè)備和工作空間的安裝要求。

7.2 盾構(gòu)拼裝

盾構(gòu)機(jī)頭一般由廠家組裝，然后整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場。但鑒于我國城市道路的運(yùn)輸能力和通過能力，往往采用分體式運(yùn)輸，分為刀盤、上盾殼、下盾殼和車主四部分，然后組裝在豎井上考慮到單個(gè)零件的重量約為30t，在選擇起重設(shè)備時(shí)，可以使用港口起重機(jī)或汽車起重機(jī)。具體安裝時(shí)：安裝防護(hù)罩底座，測(cè)量推力軸和防護(hù)罩初始導(dǎo)軌；將屏蔽殼提起并精確安裝在底座上，以確保牢固抓握；抬起主機(jī)，將刀頭固定在主機(jī)上；將屏蔽罩的上屏蔽罩和屏蔽罩的底殼安裝在一起，組裝完成。其中，反作用力裝置包括兩部分：固定支撐座；臨時(shí)支撐墊。負(fù)環(huán)段通常用作支撐反應(yīng)框架。由預(yù)制隧道管片拼接拼裝而成，均為閉環(huán)。

7.3 進(jìn)發(fā)導(dǎo)口

入口閘門位于開挖方向，其作用包括三個(gè)：保證開挖面的穩(wěn)定性；防止山體滑坡；并防止地下水泄漏。在隧道開挖之前，土壤加固主要采用注漿和凍結(jié)方法。鋼筋的范圍應(yīng)大于屏蔽的長度，直徑應(yīng)檢查在屏蔽直徑的2倍左右。

7.4 洞口止水

隧道洞口外徑與盾構(gòu)外徑之間存在一定的間隙，從而形成環(huán)形間隙，容易造成漏水、漏土及后續(xù)的泥土沉降，使得盾構(gòu)施工影響隧道安全。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，在盾構(gòu)隧道上門地面前部附近安裝橡膠圈和鋼板來堵住縫隙。一旦屏蔽進(jìn)入地面，將鋼環(huán)板和預(yù)埋件連接起來，完全密封開口之間的間隙。

7.5 盾構(gòu)始發(fā)

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，盾構(gòu)機(jī)開始啟動(dòng)工作，推力缸蓋反作用力裝置，啟動(dòng)刀盤和推力缸，即可完成掘進(jìn)和切割工作。當(dāng)盾構(gòu)刀頭斷地時(shí)，為避免截割土壤流失過多，造成斷面坍塌，土壓載艙應(yīng)借助螺旋輸送機(jī)裝滿黏土，以確保艙內(nèi)穩(wěn)定。刀盤啟動(dòng)前，確保處在滿倉狀態(tài)下，對(duì)土體進(jìn)行切削盾構(gòu)進(jìn)入隧道后，必須同時(shí)安裝管片和平面噴涂機(jī)，為后續(xù)施工做好準(zhǔn)備。推進(jìn)油缸推進(jìn)管段，推進(jìn)過程和耦合過程循環(huán)進(jìn)行，直至盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入隧道。

8 結(jié)語

由于地下空間無法使用大型電梯，因此該方法解決了動(dòng)力裝置無需大型起重機(jī)、縫線和鋼支撐即可重復(fù)使用的問題。