盾構(gòu)機(jī)曲線接收、過站及二次始發(fā)施工技術(shù)

王位

摘 要：該文以南京地鐵6號(hào)線項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)完成圓曲線接收、始發(fā)及平移為例，詳細(xì)闡述了盾構(gòu)機(jī)曲線過站及始發(fā)、接收施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，通過對(duì)接收托架布設(shè)，完成盾構(gòu)機(jī)安全接收，并通過整個(gè)盾構(gòu)平移，完成盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整，避免了盾構(gòu)機(jī)在圓曲線段始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)不可調(diào)整造成的姿態(tài)超限的情況發(fā)生，保證了成型隧道軸線，間接的保證了施工隧道質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：曲線接收;過站;二次始發(fā);平移

1 工程概況

南京地鐵六號(hào)線隧道區(qū)間長3.7km，本區(qū)間設(shè)6座聯(lián)絡(luò)通道，其中2座兼廢水泵房，1座區(qū)間中間風(fēng)井兼聯(lián)絡(luò)通道;另在2#聯(lián)絡(luò)通道及中央風(fēng)井之間設(shè)置一座區(qū)間電纜隧道豎井。

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)出十月廣場站后沿恒競路敷設(shè)，以半徑R=700m向北行進(jìn)，途中下穿眾多建構(gòu)筑物，側(cè)穿220kV港石線2M48港石06號(hào)電桿后到達(dá)過中間風(fēng)井。

風(fēng)井主體采用地下二層雙柱三跨結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，基坑長32m，寬26.8m，區(qū)間中間位于本項(xiàng)目區(qū)間R=700m圓曲線上，盾構(gòu)機(jī)處于曲線狀態(tài)進(jìn)行始發(fā)、接收和過站，為達(dá)到盾構(gòu)機(jī)安全準(zhǔn)確的接收和始發(fā)，就對(duì)本項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)過中間風(fēng)井的施工提出了嚴(yán)格要求，已達(dá)到施工效率的高效、安全、精準(zhǔn)。

2 盾構(gòu)機(jī)過站施工

2.1 盾構(gòu)機(jī)過站前的技術(shù)措施

考慮到中間風(fēng)井平面結(jié)構(gòu)尺寸為26.8m*32m且接收和始發(fā)均處于隧道曲線段，為滿足項(xiàng)目施工的安全性，項(xiàng)目接收、平移及始發(fā)均采用鋼托架結(jié)構(gòu)，接收1號(hào)和平移2號(hào)托架采用2套長8.6米寬6.1米托架，始發(fā)3號(hào)托架采用長4.6米寬3.61米托架，接收1號(hào)托架與隧道中心自洞門位置相切布設(shè)，平移2號(hào)托架與接收1號(hào)托架處于統(tǒng)一軸線，始發(fā)3號(hào)托架與隧道中心線于始發(fā)洞門位置相割布設(shè)，下一個(gè)割點(diǎn)距離始發(fā)洞門16米，具體布設(shè)示意圖如下：

待盾構(gòu)機(jī)主機(jī)部分全部上2號(hào)接收托架之后，用盾構(gòu)機(jī)下部3根推進(jìn)油缸將盾構(gòu)機(jī)前移至2號(hào)接收托架指定位置，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)盾體整個(gè)到底2號(hào)接收托架指定位置后，開始進(jìn)行2號(hào)接收托架頭尾旋轉(zhuǎn)，將2號(hào)接收托架與始發(fā)托架軸線進(jìn)行重合，當(dāng)2號(hào)接收托架與始發(fā)托架距離70cm時(shí)，2個(gè)托架軸線進(jìn)行重合，此時(shí)2號(hào)接收托架尾部距盾構(gòu)機(jī)線路中心線偏差277mm，考慮到洞門始發(fā)時(shí)安裝40cm洞門延伸鋼環(huán)，始發(fā)托架擺放位置需距離始發(fā)洞門位置不小于60cm，滿足盾構(gòu)始發(fā)尺寸要求。

按此狀態(tài)布設(shè)，始發(fā)托架頭部布設(shè)完成后托架尾部距隧道中心線偏差65mm，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)直線掘進(jìn)至12米時(shí)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與隧道中心線重合，期間盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與隧道中心線最大偏差+26mm，盾構(gòu)機(jī)行自12米進(jìn)至16米時(shí)與隧道中心線偏差最大為-33mm，掘進(jìn)每環(huán)盾構(gòu)機(jī)相對(duì)于隧道軸線偏移量數(shù)據(jù)如下表：

滿足盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)≤50mm的要求。

2.2 盾構(gòu)機(jī)接收施工

下放托架前，于平移托架下方滿鋪1.6cm鋼板，鋼板之間進(jìn)行滿焊并打磨焊縫，保證底板面的極度平順為后續(xù)盾構(gòu)機(jī)連同盾構(gòu)機(jī)整體平移工作做準(zhǔn)備，鋼板四周與底板混凝土之間每隔2米做一根φ18的鋼筋地錨，以固定鋼板的穩(wěn)定性。由于接收托架在盾構(gòu)接收時(shí)要承受縱向、橫向的推力，所以在盾構(gòu)接收前，必須于托架2兩側(cè)做防偏支撐、防移動(dòng)支撐，托架四周采用工字鋼支撐在風(fēng)井底板結(jié)構(gòu)四周，托架與托架之間用進(jìn)行支撐鏈接傳力于風(fēng)井結(jié)構(gòu)。

為保證盾構(gòu)機(jī)接收過程中不出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)啃軌現(xiàn)象，在接收托架頭部各焊接2根導(dǎo)向軌，為便于接收，接收導(dǎo)軌安裝高于接收基座10～20mm。

2.3盾構(gòu)機(jī)平移施工

盾構(gòu)機(jī)出洞，整個(gè)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)掘進(jìn)至1號(hào)接收托架之上，開始安裝下部單塊管片利用盾構(gòu)機(jī)下部3根油缸繼續(xù)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)前移，盾構(gòu)機(jī)上托架前對(duì)托架軌道表面涂抹潤滑油脂，直至盾構(gòu)機(jī)整個(gè)盾體前移至2號(hào)平移托架盾構(gòu)機(jī)前移示意圖如下：

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)達(dá)到2號(hào)托架后，拆除盾尾內(nèi)的單塊管片，在底板鋪設(shè)的鋼板上焊接反力牛腿，并在牛腿后部與側(cè)墻之間用工字鋼進(jìn)行支撐，利用2根120T液壓泵站油缸開始進(jìn)行2號(hào)托架連同盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)、平移，與始發(fā)托架軸線進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)重合，完成盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)確定。

每次旋轉(zhuǎn)油缸伸出量小于2cm，第一次應(yīng)進(jìn)行試頂，人員應(yīng)撤離到安全區(qū)域，一旦反力牛腿發(fā)生形變，應(yīng)立即停止繼續(xù)加壓，并由技術(shù)負(fù)責(zé)人安排相關(guān)人員對(duì)焊縫及地基鋼板，頂塊的焊縫等外觀進(jìn)行檢查，查看是否有焊縫開裂、構(gòu)件變形等情況，并對(duì)檢查的內(nèi)容進(jìn)行記錄。檢查后無異常方可繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，每次油缸推進(jìn)都要檢查關(guān)鍵部位的質(zhì)量情況，確認(rèn)安全繼續(xù)施工。

托架連和盾構(gòu)機(jī)偏移到位后，開始進(jìn)行測量復(fù)核盾構(gòu)機(jī)此時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)并加固2號(hào)托架四周支腿，調(diào)整完成后2號(hào)接收托架距離始發(fā)托架0.7m，頭部左偏線路中心線76mm，考慮到旋轉(zhuǎn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)會(huì)與連接橋有一定夾角，本項(xiàng)目使用盾構(gòu)機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑為R250m，牽引油缸最大行程250mm，盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)可分別調(diào)整2個(gè)牽引油缸的伸縮量，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到位時(shí)，左側(cè)牽引油缸伸出量為163mm，右側(cè)為99mm，均處于油缸行程之內(nèi)，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)刀盤與連接橋尾部曲線半徑為399.3mm，滿足盾構(gòu)機(jī)最小半徑的要求。旋轉(zhuǎn)過程中安排專人進(jìn)行牽引油缸的伸縮并時(shí)刻觀察油缸行程量。

經(jīng)過施工整個(gè)盾構(gòu)機(jī)完成平移后，盾構(gòu)機(jī)左右牽引油缸伸出量相差3cm，滿足盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)性能。

2.4盾構(gòu)機(jī)風(fēng)井內(nèi)維修施工

根據(jù)施工計(jì)劃，過風(fēng)井將進(jìn)行整盤刀具和盾尾刷的更換，修補(bǔ)刀盤外部磨損較大的耐磨焊，更換刀盤上泡沫孔保護(hù)刀和焊接式貝殼刀，優(yōu)先將無法在洞內(nèi)進(jìn)行更換的配件完成更換為第一原則，保證后續(xù)盾構(gòu)設(shè)備使用效率。

2.6始發(fā)反力架安裝

根據(jù)盾構(gòu)施工籌劃，當(dāng)旋轉(zhuǎn)平移2號(hào)接收托架到位后，2號(hào)接收托架距接收洞門最小距離10.3米，可下放反力架的立柱及反力架上部分，進(jìn)行反力架的拼裝及斜撐等加固。

本項(xiàng)目采用的反力架為6片組裝式反力架，尺寸寬6.4m，高8.1m，總重量大約13噸，單片最大重量3.7噸，材料為Q235。其結(jié)構(gòu)見下圖：

等盾構(gòu)機(jī)主機(jī)到位后，反力架開始進(jìn)行拼裝，此時(shí)先從隧道內(nèi)將反力架下部分通過電瓶車運(yùn)進(jìn)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，將下部擺放到位后，通過外部吊車將反力架左右2側(cè)立柱垂直下放，進(jìn)行底部與兩側(cè)拼接，固定到位后進(jìn)行上部上蓋下放，完成整個(gè)反力架安裝。

在盾構(gòu)主機(jī)前移完畢后進(jìn)行反力架的安裝。反力架安裝原則為縱向軸線應(yīng)與始發(fā)割線重合，反力架端面應(yīng)與始發(fā)托架軸線垂直，垂直度應(yīng)控制在±3mm之內(nèi)，確保負(fù)環(huán)管片與反力架撐環(huán)密貼。在安裝反力架時(shí)，反力架端面與始發(fā)臺(tái)水平軸垂直，以便盾構(gòu)軸線與隧道設(shè)計(jì)軸線保持平行。

反力架支撐設(shè)計(jì)，反力架四周支撐采用常規(guī)支撐，額外在反力架與中板位置焊接2個(gè)7字型支架（圖八），防止反力架受力上移，反力架側(cè)面選用6道18cm工字鋼支撐，所有支腿加固完成后，用10cm工資鋼進(jìn)行所有支腿連接，防止支腿受側(cè)滑動(dòng)變形。并且因始發(fā)段處于曲線段，反力架姿態(tài)應(yīng)垂直于盾構(gòu)機(jī)始發(fā)割線，與風(fēng)井結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)夾角（圖九）。

2.7 盾構(gòu)機(jī)二次始發(fā)

本項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)中間風(fēng)井始發(fā)，隧道中心線處于R700m圓曲線上，為擬合隧道中心線，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)采用割線始發(fā)。

1、始發(fā)基臺(tái)安裝前首先對(duì)洞門中心三維坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測，并與設(shè)計(jì)值比較，洞口直徑至少測量水平和垂直兩個(gè)方向，本項(xiàng)目左線始發(fā)洞門水平偏差-7mm，垂直偏差+16mm，右線始發(fā)洞門水平偏差-2mm，垂直偏差-14mm。

2、始發(fā)基座安裝時(shí)，為防止盾構(gòu)栽頭，實(shí)際測放中心軸線應(yīng)比設(shè)計(jì)軸線略高10～20mm。

3、始發(fā)托架頭部布設(shè)完成后托架尾部距隧道中心線偏差65mm，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)直線掘進(jìn)至12米時(shí)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與隧道中心線重合，期間盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與隧道中心線最大偏差+26mm，盾構(gòu)機(jī)行自12米進(jìn)至16米時(shí)與隧道中心線偏差最大為-33mm，滿足≤50mm的要求，且盾構(gòu)機(jī)始發(fā)進(jìn)洞左側(cè)距洞門最小距離133mm，右側(cè)距離洞門最小距離79mm，處于安全距離。

始發(fā)推進(jìn)注意事項(xiàng)：

（1）盾構(gòu)機(jī)切口進(jìn)入簾布前，為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。

（2）當(dāng)盾尾脫出工作井壁后，檢查洞圈止水裝置與管片的緊密程度，以防止水、土、從間隙中流失而造成地面沉降，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（3）始發(fā)時(shí)盾構(gòu)應(yīng)迅速上靠，在油壓顯示約等于靜止土壓力時(shí)，用刀盤切削加固土體，并開始穿越加固區(qū)。在這段區(qū)域施工時(shí)，土壓力設(shè)定值應(yīng)略低于理論值，推進(jìn)速度不宜過快，盾構(gòu)坡度可略大于設(shè)計(jì)坡度，待盾構(gòu)出加固區(qū)時(shí)，為防止由于正面土壓變化而造成盾構(gòu)突然“磕頭”，必需將土壓力的值設(shè)定成略高于理論值，并在推進(jìn)時(shí)按工況條件在盾構(gòu)正面加入發(fā)泡劑或泥，以改良正面的土體，施工過程中根據(jù)地層變形量等信息反饋，對(duì)土壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)作及時(shí)調(diào)整。

（4）盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，應(yīng)密切觀察盾構(gòu)機(jī)推力與后盾結(jié)構(gòu)受力情況，要保證后盾結(jié)構(gòu)安全，如發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，應(yīng)立即停止推進(jìn)，采取必要措施后，方可恢復(fù)推進(jìn)。

（5）由于洞門外側(cè)土體已加固，盾構(gòu)在加固層推進(jìn)時(shí)，應(yīng)由豐富經(jīng)驗(yàn)的盾構(gòu)司機(jī)進(jìn)行操作，并根據(jù)推力、扭矩等參數(shù)適當(dāng)加水慢速推進(jìn)，加固土層力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，加水量、大刀盤轉(zhuǎn)速及油壓和推進(jìn)速度應(yīng)隨時(shí)調(diào)整。

3 結(jié)論

根據(jù)南京項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)曲線順利接收，完成盾構(gòu)機(jī)過站平移，完成盾構(gòu)機(jī)所需始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)，并完成順利始發(fā)，此曲線始發(fā)、接收和過站施工工藝極大的節(jié)約了盾構(gòu)機(jī)拆機(jī)過站所需要工期，也減少了整環(huán)管片拼裝過站所面臨的管片受力不均勻側(cè)傾風(fēng)險(xiǎn)，降低了項(xiàng)目施工成本，可為類似工況施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘志全.無吊裝條件下的盾構(gòu)機(jī)平移過站.盾構(gòu)工程，2017。