1、浅谈地铁盾构偏中线斜体始发技术摘要：某盾构区间工程，由于始发场地的影响和制约，需进行偏中线斜体始发，本文结合工程实例，简要的介绍偏中线斜体始发技术及质量控制重点。 关键词：偏中线 斜体 盾构始发 中图分类号：U231 文献标识码： A 目前在我国的地铁隧道施工中已经广泛采用盾构法施工，盾构法施工主要技术为始发、掘进、到达等几个方面，其中盾构始发环节是盾构施工工法的一个关键环节。盾构始发技术有两种：一种为整体始发，将盾构机连同后配套拖车一起吊入始发端，组装后连成整体始发掘进；另一种为分体始发，当受盾构始发场地限制时，将盾构机主机和一部分主要的后配套拖车吊入到始发端始发，剩余拖车通过管线延长放置在
2、地面上，待盾构隧道掘进到足够的长度后，再将另一部分拖车重新组装后按整体始发的模式进行第二次始发。 1、工程概况 本区间左右线分别采用海瑞克 S179、S460 两台盾构机由大里程方向往小里程方向掘进。两台盾构机均为 5 节拖车，以 2 号拖车为例，拖车边缘到线路中线均为 2550mm。S179 断面图详见图 1。 图 1S179 二号拖车断面图 始发段在平面位置上属于直线段，在竖直方向上为 2的坡度。始发站为地下双层车站，洞门段围护结构采用玻璃纤维筋，标准段侧墙与线路中心距为 2150mm，端头段底板标高比标准段低 1600mm。 端头处地质地层自上向下依次为素填土（2m-4.1m） 、粉质粘
3、土（2.4m-4.1m） 、卵石土（4m-4.5m） 、粉质粘土（0.7m） 、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。盾构隧道洞体地质情况自上至下为：卵石层（01m） 、强风化泥质粉砂岩（12m） 、中下部为中风化泥质粉砂岩；上方地层为：杂填土（24m） 、粉质粘土（2.44.1m） 、卵石层（3.55m） 。始发阶段前 70m 均有卵石、砾砂地层侵入隧道，隧道埋深1011m。 2、始发方案对比 由于车站侧墙与线路中心线距离的约束，无法采用常规的整体始发。S460 的人行路板在最外侧，而 S179 则在内侧，根据现场测量路板的宽度，割除路板后，可满足整体始发要求。因此右线区间隧道采用 S460并
4、在始发阶段割除人行路板，待后配套通过标准段侧墙后再焊接上。该方案既经济又不影响施工质量及工期。 本文重点探讨的是左线 S179 盾构的始发技术，对于车站长度或者宽度尺寸不够时，通常采用分体始发方式，存在以下几个缺点： （1）需延长管线，将 5 节拖车至于地面轨道上，购置足够长的管线与盾构机主机连接，这将会增加项目成本 100 万左右； （2）无法正常出土，盾构掘进产生的渣土无法正常通过皮带运输至矿车上，需要另外加工小型渣土斗，且运输渣土效率低下，将会严重影响施工工期； （3）需要进行二次始发，待掘进至能够满足盾构机整体长度时，需要将后配套从地面转移至地下。 经过综合分析，我们采用偏中线斜体始发
5、，即将盾构机主体偏移线路中线、并与线路中线以一定夹角进行始发，这既不会造成项目成本的增加亦不影响施工工期，唯一的缺点是需要严格控制始发质量，避免出现超出规范规定的隧道界限要求。 3、偏中线斜体始发方案 3.1S179 各拖车实测尺寸 S179 盾构机已施工多个区间，为了防止该盾构在之前施工过程中发生变形，特对后配套各节拖车与铺设轨道中线距离及其余尺寸进行实测，以便对后期铺轨提供参考，各拖车尺寸见表 1。 表 1S179 实测尺寸统计表（单位：mm） 由上表可看出，多个拖车右侧与铺轨中心线的距离大于侧墙与线路中心线的距离，因而无法按照线路中心线铺设轨道。 3.2 轨道铺设方案 因尺寸限制，轨道的
6、铺设将决定始发的成败，轨道铺设的原则为： (1)后配套拖车能在铺设的轨道上正常行走，满足其最小转弯半径，同时不影响出土矿车行走； (2)后配套行走时，不与侧墙发生磨蹭； (3)尽可能减少盾构始发掘进后盾构姿态的调整，避免出现盾构姿态超限。 经过反复研究论证，采用以下方式进行始发： (1)在标准段前沿轨道中线距离侧墙 2700mm，后 8m 将轨道距离侧墙距离调整为 3000mm，其余均按 2700mm 布置，示意图见图 2。 图 2 始发布置示意图 (2)设置 6 环负环，将盾构机主体前点（即洞门钢环处）偏离中线80mm，按照 15的斜率进行始发台及反力架定位。 3.3 始发流程 盾构始发流程
7、见图 3。 图 3 始发流程框图 本文就始发基座安装及洞门密封、洞门凿除等与常规整体始发不同之处进行阐述，其余均同常规始发技术。 3.4 始发基座安装 盾构机组装前，依据轨道铺设方案定出的盾构进洞姿态空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。由于始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发前，对始发基座两侧与车站预埋件及钢支撑进行连接固定。 本次始发台在后配套进入车站内后由测量组在车站底板进行放线，准确放出始发台安装的具体位置，考虑盾构机的自重，始发台比设计标高上抬 20mm；因本次始发在 2的下坡，所以始发台为 2下坡为准；始发台基本安装好后，由测量组检查中
8、线以及高程，并根据检查结果再对始发台进行精确调整。 3.5 洞门凿除 始发井基坑围护桩为 1000mm1150mm 玻璃纤维筋混凝土钻孔桩；桩间采用 800mm 的三重管旋喷桩止水；洞门在盾构始发进行了土体加固，能够确保洞门围护结构在破除后可以短暂的稳定和不渗漏水。 尽管洞门圈范围内围护结构均采用盾构可直接切削的玻璃纤维筋，但考虑到若不进行洞门凿除，直接利用盾构刀盘切削围护桩，刀盘将会破坏帘幕橡胶板，影响盾构始发的洞门密封。此外，由于盾构机采用斜体始发，洞门掌子面需要采用凿出一个斜面，根据盾构机刀盘的厚度以及帘幕橡胶板的尺寸计算出洞门左侧需要凿除 60cm，右侧需要凿除45cm。该方案即可满足
9、盾构始发要求，同时亦能减少掌子面暴露时间，提高始发安全系数。 3.6 洞门密封 盾构在始发过程中，为防止泥浆从洞门圈与盾构壳体间的空隙泄露在盾构始发井内，影响开挖面土体的稳定，盾构始发前必须在洞门处设置性能良好的密封装置。 本工程洞门密封为 72 块折页压板+帘布橡胶板。预埋钢板内径为6620mm，盾构机刀盘外径为 6280mm，管片采用内径 5400mm，外径 6000mm的预制混凝土管片，帘布橡胶板内径为 5460mm。由于盾构采取偏离中线80mm 始发，因此需要对折页压板进行改造，以确保始发过程中洞门处密封装置的性能良好。将折页压板由顶部顺时针排序，为了便于施工，减少改造的工作量，本次改
10、造采用的是将部分折页压板的螺栓孔位置移动，部分折页压板加长等措施以满足洞门密封要求。折页压板改造图如图 4。由图中可以看出，71#4#、34#39#位置折页压板无需改造，49#61#位置无法安装折页压板，该处位置在盾构机完全进洞后可用25 钢筋弯折焊于钢压板上，防止注浆时由于压力过大造成帘布橡胶板外翻，以确保洞门密封。具体折页压板改造尺寸见表 2。 表 2 折页压板尺寸改造统计表（单位：mm） 图 4 折页压板改造尺寸图 3.7 始发掘进 盾构机采用偏离中线-80mm（水平姿态-80） ，以+15mm/m 的大趋势始发，通常盾构机尚未脱离始发台时，不能过多调向，且盾壳与始发台之间的环向摩擦很小
11、，盾构机容易旋转。但若等盾构机主机全部脱离始发台后再进行姿态调整，则此时的刀盘水平姿态为+46mm，趋势为+15mm/m，盾构机必然会超限（姿态超出+100mm） 。 因此本工程采取的是刀盘进洞 4.5m 后（即前体、中体均已脱离始发台，仅剩盾尾在始发台上时）进行姿态调整。此时，刀盘理论上偏离中线-13m，趋势仍为+15mm/m，对盾构机姿态进行调整，防止盾构机超限。除了尽早对盾构机进行姿态调整外，还采取以下措施防止盾构机超限： （1）盾构机开始姿态调整时将掘进方向右侧靠近盾尾的木楔不楔紧，掘进时将始终将左侧的木楔子楔紧，给盾尾一个向右的活动空间； （2）值班工程师应提前准备转弯环，保证该段管
12、片姿态与盾构机姿态吻合； （3）进洞开始同步注浆时考虑管片位移，在管片姿态较大侧加大同步注浆量及注浆压力； （4）拼装负环管片时，适当将管片往右侧安装； （5）加密管片姿态测量的频率，并根据管片姿态反馈指导施工。 除了控制管片姿态外，始发掘进中还需要注意以下几点： （1）出渣量控制：根据该段地质情况以及之前的掘进情况，始发掘进时采用保满仓土压掘进，控制出渣量。该段出渣量按照 5.3 车/环的标准进行控制。同时应尽量控制为 300mm 出渣一车（5 车/环，16 方/车） ； （2）速度及推力控制：逐步加大推力至 10001200T，提高掘进速度至 20mm30mm/min，时刻观察反力架，始发
13、台，出现反力架、始发台支撑位移、焊缝开裂、工字钢变形等立即保土压停机并加固反力架； （3）刀盘转速及扭矩的控制：盾构机扭矩可控制在 180bar 左右，刀盘转速控制在 1.4r/min1.6r/min 之间。 4、技术控制重点 本工程始发的重点是要确保盾构机姿态满足不超限，同时施工质量亦要满足规范要求。因此本次始发的控制重点主要有以下几点： （1）测量组按照图纸将轨道转折点，反力架，始发台精确定位，偏差应在 1cm 以内。因本次始发精度要求较高，测量组长复核测量内容，避免出现偏差过大的情况； （2）对始发台、反力架进行全面的检查与修理，安装固定必须在定位完成后进行，反力架支柱底部必须以钢板垫实
14、，始发台必须通过固定于地面上，近洞门端须支撑于始发井前端内衬墙上； （3）对折页压板必须严格按照要求改造，且每块折页压板必须编号，按照图示顺序安装，避免出现安装位置错误或者改造尺寸不对情况的出现； （4）密切关注后配套拖车与侧墙、反力架、负环管片位置关系，出现拖车位置侵限等情况立即保土压停机进行处理； （5）确保管片供应，以便于盾构机姿态调整； （6）确保盾构机机况良好，避免在始发过程中出现故障造成停机，且保证在调整姿态时能提供较大的压力差。 5、始发掘进后效果 通过始发掘进后近 15 环掘进，成功将趋势降为正常水平，且并未出现超限情况，管片质量情况亦较好。隧道成型管片见图 5。 图 5 隧道成型管片照片 6、结语 偏中线斜体始发技术是一项系统工程，虽然盾构机姿态控制难度大，可能造成超限，影响盾构施工质量。但是若能严格控制各个工序的施工过程，采取有力措施，精心操作，严格控制掘进过程中盾构机的姿态，将会比分体始发节约不少成本及工期。 参考文献 1 GB50446-2008,盾构法隧道施工与验收规范S,中国建筑工业出版社，2005 2 陈馈，洪开荣，吴学松，盾构施工技术M，人民交通出版社，2009 3 刘建国，深圳地铁盾构隧道技术研究与实践M，人民交通出版社，2011
