盾构施工小曲线始发浅谈

付晓虎

中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司

摘要：

随着我国城市化建设的加快，地铁施工遍地开花。盾构施工作为地铁施工的重要方式，也越来越重要，遇到的困难和问题也越来越多。曲线始发在出入场线和复杂场地的应用越来越广泛。相比传统的直线始发，曲线始发不仅技术含量更高，也更能满足日益变化的施工需求，将盾构施工始发技术扩展的更广泛，也能为我国盾构施工走出国门创新施工提供了宝贵的经验。盾构曲线始发也将越来越常见和技术常态化。

关键字：地铁；盾构施工；曲线；始发；小半径；割线

1项目简介

1.1 工程概况

我司郑州盾构项目为出入场区间，盾构区间左线长度为1132.942m，盾构区间右线长度为1124.543m。

线路纵坡设计为5个坡度，左右线纵坡坡度不同，左线坡度为0‰～15.5‰～32.386‰，右线线为0‰～12.5‰～33.284‰，最大坡度为33.284‰。最小坡度为0，隧道顶最大埋深约15m。最小曲线半径300m。

出入场线区间左线始发段为竖向线型为32.386‰下坡,平面型为R305，右线始发段为竖向线型33.284‰，平面线型R300。

1.2 地质条件

盾构区间始发段主要地层为粉土和粉质粘土。线邻近的地表水体主要为X河，在本区段已被改造，河道经硬化，与地下水基本无水力联系。始发段最高历史水位标高为88m，每年地下水的变化幅度不超过2m，，近几年最高的水位埋深为5.0m左右，标高约86.5m，根据相关规范，结合区域工程地质经验，抗浮设防水位标高按88.0m考虑。

1.3 管片设计

盾构隧道管片厚度为350mm，管片的外径为6200mm，管片的内径为5500mm，管片宽度有1.2m和 1.5m，1.2m管片主要用在曲线段。

1.4 盾构机概况

我司盾构区间采用2台罗宾斯EPBX1&EPBX2-φ6480mm复合式土压平衡盾构机掘进。其中刀盘针对本工程的地质条件进行了重新设计，使得刀盘具有下列特征：刀盘既安装有用于切削软土的切刀和刮刀，并配备有中心回转冲洗、气体检测装置、泡沫膨润土添加剂注入等系统。盾构机设备由刀盘、前盾、中盾、盾尾、设备桥及后配套台车等组成，单台总长度约为87米，单台总重量约480t。盾构机铰接形式为主动铰接，铰接油缸行程为190mm，铰接最大角度为1.5°。

2 小半径曲线始发

2.1始发端头加固

明挖区间端头作为始发端头，此端头井隧道埋深约5m土层采用三轴搅拌桩和三重管高压旋喷桩加固，其中三轴搅拌的规格为Φ850@600，三重管高压旋喷桩的规格为Φ800@500。靠近盾构井端头搅拌桩与围护接缝处采用1排三重管旋喷桩加固，其规格为Φ800@500。加固前，要在加固区两侧布置降水井，降水井位置距离加固1m，降水井的深度要达到加固区的底部以下5m。端头加固区的长度为8m，加固的宽度为盾构隧道的结构外边线每侧3m，竖向的范围为盾构隧道结构外边线上下各3m。

2.2 曲线始发模拟

本区间始发段就在曲线半径上，右线半径为R300，左线为R305，右线始发困难度更大，本文重点介绍右线R300半径曲线始发。曲线始发一般采用切线始发和割线始发，由于始发起点就在半径曲线上，并且在加固区盾构机只能沿直线掘进，采用切线始发盾构机姿态从始发开始就会一直偏离设计曲线，只能采用割线始发。

图2.1-1 小曲线始发模拟图

按照传统的割线始发，盾构机完全出加固区时，盾构机刀盘位置刚好与曲线相交。在模拟过程中，假定盾构机不开启铰接，盾构机主机长度为9m，加固区长度为8m，始发割线长度即为17m。在割线中点位置距离始发曲线最远，距离为120mm，盾构机和管片姿态均超限，不满足始发要求。

图2.1-2 割线始发模拟图

针对传统割线始发不能满足始发要求，本区间选取传统始发割线和设计曲线的中心割线作为始发线，通过调整盾构机的始发状态来拟合始发线。在模拟过程中发现，始发割线在与始发曲线相交后不断远离设计曲线。在相交前，盾构机距离设计曲线最远距离为68mm。虽然相交后，盾构机逐渐远离设计曲线，但是盾构机为主动铰接，在铰接前部出加固区后可逐渐适当的开启铰接装置。尾盾完全处加固区时，交接位置为偏离设计曲线最远的位置，距离为56mm。

盾构机盾尾间隙为30mm，在管片拼装过程中也可以适当调整，使管片水平姿态更小于68mm，选取中心割线的始发方式能够满足始发需求。

图2.1-3 中心割线始发模拟图

3 始发简介

3.1 反力架选型

当盾构机顶进千斤顶向前推进时，反力架需给千斤顶提供足够的反力。千斤顶的反作用力是通过负环及其他构件传递给反力架的。反力架将这部分力传递到车站底板和中板结构上。根据车站的结构形式，通过分析和计算确定选用500×700mm的箱梁（钢板加工）作为反力架的主构件。箱梁通过焊接和螺栓连接组装而成，结点连接方式为焊接，焊缝高度均为15mm。

图3.1-1 反力架结构图

3.2 托架、反力架安装

提前对前对洞门进行测量，测量完成合格后，才能吊入始发托架及反力架。始发托架安装轴线要由洞门中心线确定，保证盾构机始发后的轴线与设计轴线的最小偏差满足要求，使盾构完全进入洞门后刀盘前点刚好位于隧道中心线上，托架后部要往曲线圆心方向偏离，托架整体趋势要与始发割线相匹配，确保始发段姿态准确。

托架入井安装, 托架调整完毕，经测量组再次复合之后，两侧及靠洞门一侧用工字钢或钢桶将托架与结构连接牢固，下部用钢桶将托架支撑牢固。

3.2-1 盾构始发托架平面图

3.3盾构机组装调试

盾构机的组装和调试是一个很繁杂的过程，其流程如下：

图3.3-1 盾构机组装调试工艺流程图

（1）盾构机的吊装和组装

在盾构机的托架和始发架安装完成以后，测量要进行仔细的复核。在确保数据正确的情况下，方可进行盾构的吊装和组装。盾构机后配套拖车要优先于主机下井。具体下井顺序为：

后配套拖车的下井和组装的分为三步，第一步为的拖车起吊，在起吊前要进行试吊；第二部为拖车下井，下井的过程中要注意周边是构筑物；拖车下井后进行第三部拖车后移，后移过程要循序渐进，避免拖车跳道，也要注意周边是否有干扰物。拖车的下井顺序为倒序，即先下7号拖车，在留出足够距离后，再进行6号拖车的下井，随后逐步完成5-1号拖车和连接桥的下井。

在后配套设备下井完成后，进行主机的下井。主机首先中盾下井，其稳定性和重量都比较好，再进行前盾的下井和安装，完成后进行刀盘的下井安装，安装过程中，螺栓的扭矩要符合设计，焊缝位置要牢固，要符合设计要求。然后将安装好的盾体往前移动，在距离足够后，进行管片安装机的安装。安装好后，检查管片安装机的中间有无管线干涉，便于后续进行螺旋机的安装，最后进行尾盾的安装，安装过程要稳步进行，安装难度较大，需要指挥人员多看多沟通。

（2）盾构机调试

设备组装就位后，随即进行各管路系统的连接，连接完成后进行电力接入调试，设备调试主要分为3大部分进行：空载调试、负载调试以及导向系统调试，只有3部分调试均合格并验收通过后方可进行盾构始发。

3.4 洞门破除

（1）洞门凿除施工

在始发前要进行洞门的破除，在破除前，需要搭设脚手架，在平台上周围设置1.2m高围栏，并挂设安全防护网，验收合格后，方可进行洞门探孔施工。首先在洞门布置探孔的位置，探孔共9个，中心和周边呈米字形。探孔的深度为2m，其直径为φ50mm。通过对探孔的观察和数据分析，测定端头土体的加固情况。成孔后技术人员要观察渗水的具体情况，检查无渗漏水，检查完成后需要对孔进行封堵，封堵后观察无渗漏水即可凿除洞门。

凿除时不可盲目施工，技术交底要对一线施工人员交代清楚，施工过程中要实时监督。凿除是要由下往上施工，并且要先两端后中间隔块凿除的顺序。凿除的过程中要将开挖面钢筋和预埋件裸露出来并割除，然后再继续凿至距迎土面20cm。检查水平探孔渗漏水情况，无异常继续凿除剩余部位的混凝土及割除钢筋。待混凝土及钢筋清理完毕后，盾构机快速顶至掌子面，防止掌子面坍塌。

（2）始发洞门内引轨、止水装置安装

在洞门凿除完成后，要进行渣土的完全清运，完成后安装洞门导轨，导轨和托架上的轨道轴线要一致，误差不超过5mm，其坡度和托架上水轨道一致。安装完成后要在导轨的表面涂抹黄油，以减少始发时盾体和轨道间的摩擦力。

为了使盾构机在离开托架后，过端墙的时候不发生叩头现象，在洞门破除完成后，可在洞门圈底部铺设河砂及水泥混合物作为底部止水措施并以支撑盾体平稳进入土体。同时可以进行或者之前适当时候可以进行洞门止水装置的安装。

3.5盾尾油脂的涂抹

在正式始发前，需要进行负环管片的拼装，在涂抹油脂前，一定要注意油脂的型号，选择手涂型。盾尾刷之间的腔内和钢丝刷内都要充满油脂，盾尾油脂系统能够能起止水的效果，同时能够防止同步注浆浆液回流。另外盾尾油脂也能够减小钢丝刷摩损。在始发前，一定要在盾尾密封钢刷内涂满手涂型盾尾油脂，在涂抹过程中，要将钢刷分开彻底，若有环向捆绑钢丝，需要将其挑掉，保证涂抹手涂型油脂能充分涂抹，完成后要有专门的技术人员去检查。在完成第一环负环的拼装后，用盾尾油脂泵将泵送型盾尾油脂泵充满盾尾刷腔。

3.6防侧滚装置

盾构机始发时，刀盘与土体之间的摩擦会产生方向相反的扭矩，使得盾体发生转动，甚至可能造成连接桥扭转。在始发时，需要给盾体焊接防止侧滚的装置。本项目采用焊接三角形钢板，作为防扭装置，钢板的厚度为2cm。钢板的下口搭在始发基座H型钢上沿。在盾构机防扭块距离洞门密封一定距离时，需要将防扭装置割除，距离一般为500mm左右。对割除处，需要进行仔细的打磨，保证割除面的光滑。

3.7负环管片安装

在洞门止水装置、盾构机调试、盾尾油脂涂抹、防侧滚装置及反力架等工作完成后，方可组织相关人员进行全面检查与验收。验收合格后，才可将盾构向前推进，并进行负环管片的安装。负环管片的拼装要注意管片趋势与始发趋势相符合，确定保经过加固区时，管片姿态的良好。负环管片拼装号后，；在尾盾壳体内下半部安装管片支撑定位垫块，为管片在盾尾内的定位做好准备。

图3.7-1 负环拼装简图

每环负环管片脱离盾尾后使用一根钢丝绳绕管片外径拉紧，确保成型管片的真圆度。

负环管片在脱出盾尾的过程中，为保证负环管片的位置安装的正确，在管片与托架间采用垫塞方木楔来实现，木楔规格为100mm×100mm。木楔安设距离为每环3对，管片两侧安设尽量对称。

3.8 盾构始发参数控制

盾构始发施工前首先须对盾构机掘进过程中的各项参数进行设定，施工中再根据各种参数的使用效果及地质条件变化在适当的范围内进行调整、优化。须设定的参数主要有土压力、推力、刀盘扭矩、推进速度及刀盘转速、出土量、同步注浆压力、添加剂使用量等。盾构总推力按掘进最不利地段计算。

4 总结

中心割线始发，是在传统割线始发的基础上，根据现场实际施工需求进行的优化和升级，较好的解决了本项目的施工难题。也为我司盾构施工积累了宝贵的经验。随着地铁行业的不断发展割线始发毕将逐渐绽放光彩，为我国地铁建设添砖加瓦。

【参考文献】

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[3]赵林晔. 小半径曲线段盾构施工管片破损原因分析[D]. 公路交通科技(应用技术版), 2019.

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