大直径土压平衡盾构机始发技术

章卫

【摘要】随着大直径土压平衡盾构法施工工法的应用越来越广泛，土压平衡盾构始发在盾构施工中成为风险性较大的环节，通过对穗莞深某标段盾构始发技术的研究，给以后的大直径盾构始发提供参考。

【关键词】大直径、土压平衡盾构、始发技术

1、概况

穗莞深城际铁路某项目隧道采用盾构法施工，该项目管片宽度1600mm，外径8500mm，内径7700mm，厚度400mm，盾構机刀盘直径为8860mm。盾构区间采用两台全新日本奥村土压平衡盾构机由始发井左、右线先后始发，掘进至车站吊出。上覆第四季土层较厚，洞身穿越第四系土层，砂层及软塑状的粉质黏土较厚。

2、始发顺序

首先，在土方开挖前，进行端头土体加固；其次，组装第一台盾构（1）后配套台车，并将其拖入矩形段结构；再次，组装盾构主机并将主机和后配套台车连接，完成盾构机整机调试，同时完成垂直运输系统和水平运输系统、搅拌站等安装调试。

3、始发形式

盾构机始发采取台车分体始发方案（2），即在第6节台车和第7节台车之间断开，使用50米加长管线连接后始发，以保证垂直运输的空间，待盾构机掘进约40米以后再将后续3节台车与前面台车连接，拆除加长管线，连接原有管线。如图：

图3 台车分体始发示意图

4、托架、反力架支撑及洞门密封安装

由于盾构机重达850吨，始发托架必须具有足够的强度、刚度和稳定性。安装过程中托架采用“井”字形水平支撑进行加固。组装时，在始发托架的轨道上涂抹润滑油以减小盾构机始发推进时的阻力；始发掘进时，托架两侧加方木楔块和钢丝绳固定负环管片。隧道始发段盾构机以27.569‰（左线28.56‰）的坡度始发，当刀盘接近洞门时，始发托架与洞门钢环之间的空隙必须延伸焊接临时导轨，保证盾构机顺利进入洞门。为了保证在盾构机始发时快速、牢固地安装密封装置，在盾构工作井内衬墙结构施工时在预留洞门处预埋洞门钢环，洞门钢环的内径为Φ9200㎜，与内衬墙结构一同施工。盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶影响密封效果。

5、洞门破除

洞门凿除施工时，在盾构机与掌子面之间搭建脚手架，利用人工进行凿除围护结构砼施工，凿除按照“先拉槽、再破除、后修边”，的顺序进行。

6、临时堆载

盾构机识发前对出口段工作井端头进行临时堆土，硬化场地标高为3.2米，堆土标高为4米，堆土范围为沿线路方向30米，线路中线外侧15米。堆载粘土且分层夯实，分层厚度0.2～0.3米，压实系数不小于0.94。始发完成监测稳定后清除堆载。

7、盾构始发

7.1负环管片的正确安装

在拼装第一环负环时（3），在盾尾管片拼装区上部180°范围内，当管片拼装机每安装固定一块管片时，就要用已经焊接成L形状槽钢焊接在筒体内部来保护拼装的管片不会侧翻，在第一环负环成环之后将其拆除。在每环管片推出盾尾后，在管片外的轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递到托架。如图所示：

图7.1 负环管片固定示意图

7.2导向轨道安装

由于工作井结构的厚度及槽壁结构的厚度，使现在盾构托架上的导向轨道与掘进面之间有约1米的距离，为保证盾构安全、正确出洞，在始发托架前端与端墙之间安装二根导向接长钢轨道，安装角度、位置应顺延盾构托架上的轨道。

7.3盾构机进入洞门

完全清除洞门砼后，为防止端头加固体的失稳，应尽快安装好导向轨道，并尽快使用推进千斤顶使盾构机进入洞门。

7.4调整洞口止水装置

当盾构机的刀盘接触土体后，及时调整活动压板与盾构筒体的间隙，一般为5～10mm，由于本工程端头始发土质较松软。

7.5盾构掘进

压板调整及螺栓上紧固定后，即可对土舱进行保压，然后进行掘进。橡胶止水布帘内层与盾构的筒体之间封闭也需要在掘进中产生的小颗粒物填充压实空间，使密封更为牢固。

7.6盾尾通过洞门密封后进行回填注浆

当盾尾通过洞门密封后，立即将压板调整压紧洞口0环管片，然后进行同步注浆，必要时可以注入双液浆以缩短凝固时间。要注意控制注浆压力不要过大以免浆液冲破洞门密封。

8、土仓压力控制

盾构机在出口段始发时埋深比较浅，属于浅埋始发，始发段临时堆土标高为4米，盾构隧道中心标高为-2.3米，土压平衡的建立主要考虑主动土压力P1、水压力P2以及一定的预备压力P3。

（1）主动土压力P1的计算

P1=Ph×tan?（45°-θ/2）-2ctan（45°-θ/2）=24.42 kPa。

（2）水压力P2的计算

P2=q×λh=18 kPa

（3）预备压力P3

通过以上的计算，可以得出施工时的土压力理论设定值应该是P1+ P2+ P3=52.42～62.42 kPa

9、盾构始发测量及监测

在盾构始发段监测采取的措施：⑴ 地表沉降加密测点；⑵ 建（构）筑物沉降监测；⑶ 增加监测频率；⑷ 测量的数据应及时汇总进行分析。

10、始发掘进技术要点

⑴如盾构出现较大的偏差时，可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏。

⑵始发前托架定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高。

⑶始发阶段要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效作用。

⑷盾构在始发段推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。

参考文献

[1]周文波.超大直径土压平衡盾构在中心城区公路隧道中的应用技术探讨[A]. 地下交通工程与工程安全——第五届中国国际隧道工程研讨会文集[C]. 2011

[2]代仁平. 土压平衡盾构砂卵石处理模式及应用分析[A]. 低碳经济与土木工程科技创新——2010中国（北京）国际建筑科技大会论文集卷Ⅱ[C]. 2010

[3]纪梅.大直径土压平衡盾构掘进引起的地表沉降分析[J]. 地下空间与工程学报. 2012（01）