某地铁车站高压线下盾构始发技术

2016-06-24孙立光郑州市轨道交通有限公司450000

河南建材 2016年3期

孙立光郑州市轨道交通有限公司（450000）

某地铁车站高压线下盾构始发技术

孙立光
郑州市轨道交通有限公司（450000）

摘要：结合某地铁车站右线盾构始发，为避让高压线下安全施工距离不符合规定和切实保障施工安全，采用了首先从左线盾构井采用履带吊抬吊方式完成盾构机的下井组装，然后从井下左侧平移右侧，完成本盾构区间右线始发盾构机就位技术。基于盾构平移空间的需要，采用了混凝土结构柱延后施工工艺。该地铁车站高压线下盾构始发技术得到成功应用，丰富了高压线下盾构组装及始发的施工实践。

关键词：盾构；高压线；平移；始发；抬吊；工作井

某地铁车站盾构区间采用两台盾构机掘进施工，均在该站西端头下井始发，沿该站所在西站路由东向西掘进，到达建设西路站。本盾构区间场地较平坦开阔，属于山前冲洪积缓倾平原，场地30～40 m深度范围内地层主要为第四系上更新统地层，主要地层为砂质粉土、黏质粉土、粉质黏土。始发段隧道穿越地层主要为：杂填土、砂质粉土、黏质粉土、粉质黏土，地下水位埋深为26.0～31.50 m，隧道顶部覆土厚度11～15 m，地表主要为西站路及纺织大世界拆迁区。西站街站右线盾构井正上方距离地面16.24 m为承载22 kV高压的电线。

1　始发条件准备

1.1右线盾构始发的主要特点

本盾构区间右线先行始发，因其正上方高压线尚未入地，不能直接采用履带吊抬吊方式进行盾构机组件的下井安装，需先从左线盾构井采用履带吊抬吊方式完成盾构机的下井组装后，从井下左侧平移右侧完成本盾构区间右线始发盾构机就位，其主要特点如下：

因盾构井正上方是承载22 kV高压的电线，需要在盾构井左线向右线平移盾构机。利用左线盾构井采用履带吊抬吊方式进行盾构机的下井组装。考虑盾构机平移空间的需要，延后施工盾构井中间设计布置的混凝土结构柱。

1.2盾构始发施工流程

盾构始发施工流程：始发井回填铺钢板→平移平台搭设→轨道铺设→六号拖车下井平移→五号拖车下井平移→四号拖车下井平移→三号拖车下井平移→二号拖车下井平移→一号拖车下井平移→双轨梁下井平移→螺旋机下井→始发台架下井安装→盾构主机下井平移→反力架下井安装→负环管片拼装→洞门密封安装→洞门凿除→开始始发。

平移施工前需要先按其进行后配套组件吊装，吊装完成后进行盾构主机与托架定位连接：提前调整拼装机的位置，使拼装机的前移、定位机构位于正下方；旋转螺旋机，使螺旋机内部清理干净；吊装时，做好定位，将盾体往前移至完全处于始发托架上；对盾体和台车之间的水电、液压管线以及钢结构做好管线作编号，并做好清洁保护，为后期组装做好准备；在盾体外壳和始发托架焊接连接钢板，将盾体与始发架连接成一个整体同时防止盾构机侧扭，在盾体上焊接牛腿，方便在必要时候用液压油缸抬升盾体和托架，焊接防止铰接活动的钢板。

1.3始发端头井的地层加固

1.3.1端头井的地层情况

始发端头的地层情况为：山前冲洪缓倾平原。表层以杂填土、三七灰土、碎石为主，厚0.8～2.7 m，其下为第四系上更新统冲洪积层，主要地层为粉土、粉质黏土、粉细砂，该层厚度大于20 m。

1.3.2端头井的地层加固

端头加固采用φ800@650三重管旋喷桩。西站街站西端竖向加固范围为隧道顶板以上3 m至底板以下3 m，平面加固范围为盾构隧道结构轮廓线左右各3 m，纵向加固长度为8 m。端头井加固的作用在于，一是为盾构始发提供稳定的地层条件，保证洞门围护结构凿除安全和顺利始发；二是为盾构组装提供足够的地基承载力，保证盾构组装时吊机在吊装作业过程中的安全。

盾构机下井组装采用1台SCC2500C履带吊抬吊方式，考虑盾构机下井组装的地基承载和吊装安全，在吊机吊装承载区域，端头加固后进行地表硬化。

1.4始发架安装

始发托架是盾构机在始发井底板上的支撑和定位托架，托架总重7.8 t，采用250 t履带吊吊装。为保证盾构机始发托架中心与隧道中心一致，根据始发架高度，使用全站仪进行测量定位，确定始发托架位置，在始发井移交之后进行始发架的安装。首先依据隧道设计轴心线确定始发架中心线，盾构机采取直线始发，托架中心线与线路中心线重合。通过测量放线，将始发架中心线刻划于始发井底或端墙及侧墙上，以指示始发架的安装位置。为防止盾构始发出现“栽头”现象和盾构机驶上导轨困难，将始发托架抬高20 mm安装，始发架安装采用钢板垫高找平。托架安装就位后，开始在托架上组装盾体。

1.5盾构机组装平移

1.5.1盾构机的吊装

影响盾构吊装的作业环境因素主要有始发井的开口尺寸、深度、吊装作业场地下管线情况、架空高压线情况等。由于右线始发盾构井正上方是承载22 kV高压的电线，不能满足吊装操作安全距离要求［1］。因此盾构吊装需在工作井左线进行，然后平移到右线进行始发。右线盾构区域现场照片见图1。

图1　高压线位置与盾构井现场

图2　盾构机现场吊装

本次吊装采用的SANY公司SCC2500C型履带吊，其履带长度9.134 m，整机宽度7.681 m，吊装时主臂长度19.5 m，7 m固定副臂工况。250 t履带吊从西侧将盾构机相关部件吊起后，由北向东旋转过程中履带吊后部钢丝绳卷筒位置处于离高压线较近区域：经模拟得出，高压线与履带吊极限位置处的最小距离为6.3 m，满足施工安全距离要求［2］。盾体下井与基坑挡土墙保持1.2 m的安全距离，吊装刀盘、前盾、中盾的最大工作幅度为9 m，吊装盾尾、台车的工作幅度为11 m（取12 m）。吊装作业现场吊装照片见图2。

1.5.2盾构机的平移

1.5.2.1盾构平移空间的扩备

1）预留集水池的处理

根据将盾构机从左线向右线盾构井平移场地规划，需要对地板预留集水池进行处理。处理方法是在集水池中填砂并保证密实，上方铺设钢板固定。因西站街车站混凝土板面浇筑的平整度并不能完全达到盾构机平移施工的要求，拟采用50 mm砂浆找平并铺设30 mm钢板，以保证平移施工中板面的平整度和有效降低平移施工中产生的摩擦力。

钢板铺设要求：

接收井底板填充时需要水平尺校准，严格控制填充后底板顶面的高程与坡度，保证填充底板顶面平整，钢板与钢板接缝处应平顺；钢板接缝处每隔1 m，开坡口焊接，焊接完成后打磨至与钢板面平齐。

钢板与钢板之间紧密靠拢，钢板之间缝隙需焊接，并打磨处理。

钢板接缝焊接后，每隔4 m用长200 mm直径20 mm的螺纹钢筋植入底板，并与钢板接缝进行焊接固定钢板，防止盾构机在水平顶推过程中，钢板产生水平位移。

2）工作井中间混凝土结构柱的延后施工

盾构机从工作井左线吊装入井，平移至盾构右线工作井，中间混凝土结构柱需预先留置延后施工，为此编制了平移通道内混凝土结构柱延后施工方案内容。

前期工作井主体结构施工时预留该混凝土结构柱钢筋，先用临时钢柱进行支撑受力，待平移时，拆除临时钢柱，快速通过柱体位置后，及时在混凝土结构柱两边支撑钢立柱，实施混凝土结构柱钢筋绑扎、封模、浇筑混凝土。待结构柱混凝土强度达到设计要求时，拆除两侧临时钢柱。

1.5.2.2盾构机的平移

盾构机的平移主要使用液压油缸顶推托架进行。盾构机与始发托架连接后，利用液压油缸顶推托架整体平移，在平移的钢板上涂抹黄油以减少移动托架和钢板之间的摩阻力。利用千斤顶将盾构机及始发托架整体横向向右线始发位置前移，盾构机从静止开始向前移动，初始推力控制在1 000 kN以内，平移过程中推力控制在300～500 kN。盾构机由工作井左线向右线现场平移见图3。

图3　盾构机现场平移

1.6反力架的安装

反力架的安装，安排在盾尾安装完成之后、连接桥连接之前进行，盾构始发反力架为拼装式全钢架结构，整个反支架支撑可提供1 500 t的推力。

反力架安装时，首先测量反力架位置起始里程断面的中心线，并刻划在始发井侧墙上，以便反力架中心定位，反力架中心随始发托架抬高而同时抬高20 mm。定位关键是反力架紧靠负环管片的定位平面，并与此处的隧道轴线垂直。反力架立柱底部焊接在车站预留钢板上，上部、底部的横梁和立柱的上下端，采用螺纹钢管支顶在后面车站底板台阶或中板上，位置确定之后，再焊接固定后部两排斜撑，斜撑采用φ609 mm螺纹钢管支撑。

1.7始发准备

1.7.1始发洞口围护结构的破除

洞口围护结构的破除需在始发端头地层满足加固要求以后进行：首先将围护结构的内层钢筋以及混凝土先进行凿除，其次在盾构始发前将剩余的钢筋混凝土凿除。凿除施工完毕后拆除脚手架，快速拼装负环管片，使盾构机抵达掌子面，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌。

1.7.2洞门密封

洞门密封可分两部分进行：首先做好始发洞门钢环的埋设工作，此过程中要注意钢环必须与车站端头墙钢筋连接在一起。然后在盾构始发之前，洞口的折页式翻板和窗帘橡胶板要安装完毕，密封环的安装安排在盾构机下井组装调试完成、洞门外层混凝土凿除之后进行。洞门密封装置安装时，需注意密封橡胶帘布及扇形压板的安装方向，密封橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同。

1.7.3洞门始发导轨的安装

安装始发导轨是保证工程顺利进行的重要因素。由于盾构始发时刀盘处在悬空的状态，容易产生叩头现象。解决此类问题的办法就是在洞门钢环的下部安设一节始发导轨，并在末端留出一定的空间，起到防止由于安装导轨而引起刀盘旋转的作用。

1.7.4负环管片的安装

盾构机调试就绪之后，拼装负环管片，开始盾构机试运转。由于负环管片外径处于无约束状态，管环及管片之间的连接螺栓比较少，为了保证各环管片稳定，盾构组装完成后向后移动盾构机，使盾尾靠近反力架基准环。

负环管片拼装的要点是，负环管片与反力架基准环间采用特殊螺栓连接，管片利用管片拼装机在盾尾内整环拼装后，利用推进千斤顶将负环管片推出盾尾，并与反力架基准环紧密连接牢固。其它他环管片安装与正常掘进管片拼装相同。当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，利用木楔将管片支垫于始发托架上，在管片外的支撑三角架纵向工字钢及始发台轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀地传递到三角架和托架上。

为了负环管片安装稳定，除采用三角支撑架、木楔稳定负环管片外，每环管片还采用紧线工具，沿环向组装成紧箍负环管片绳具。绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧。在安装负环管片的同时，进行盾构机试运转，准备掘进。

2　盾构始发试掘进

2.1始发试掘进段的目的

结合本工程的地质条件及周边环境要求，调整完善盾构机的操作方法，使其机械性能到达最佳。

调整完善土压平衡式盾构掘进的施工方法。

调整完善管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。

通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量的调整方法，为全线盾构推进提供技术参考。

通过对不均匀断面土体推进施工，摸索出在盾构断面处于不均匀介质中，盾构推进轴线的控制规律。

2.2盾构掘进参数的初步设定与控制

1）土仓压力值P的选定

P值应与地层土压力和静水压力相平衡，以表示土体的平均重度，则得到表示土的侧向静止土压力系数。

盾构在掘进过程中平衡压力的设定值确定后，参考相同地层条件施工经验，始发掘进加固体段土仓压力设为0.16～0.18 MPa，出加固区后土压设为0.2～0.22 MPa，掘进施工时，根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果可有0.01 MPa的调整。

2）出渣量的控制

盾构推进出渣量控制在98％～100％，每环理论出渣量（实方）为：［（π·D2）÷4］×L=［（π×6.442）÷4］× 1.5=48.86 m3/环

3）推进速度控制

掘进速度及推力的选定以保持土仓压力为目的，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度及推力，正常情况下为20～40 mm/min。

4）盾构轴线及地面沉降控制

始发阶段由于盾构机受始发台约束，不能过多调向。盾壳与始发台导轨之间的环向摩擦力也很小，为防止盾构机旋转，可在盾壳上焊接防扭装置，并在进入洞门密封前将其割掉。同时，应加强盾构机姿态的测量和地表监测数据的反馈，严格控制出渣量。盾构轴线偏离设计轴线不大于±50 mm，地面隆陷控制在+10～-30 mm。

5）始发试掘进渣土改良

本盾构机配备有泡沫注入系统，泡沫发生器自动运行，4根独立管路分别把泡沫注入不同位置，一般以注入刀盘前部为主，管路透明段可供观察。通过膨润土注入系统往土仓内注入聚合物对高含水量的渣土进行改良。

6）始发试掘进同步注浆

首先选择注入的浆液性质和配比，在始发段应适当减小浆液的初凝时间。当盾尾进入洞内、第一环管片脱出盾尾后，立即启动同步注浆系统进行管片背后注浆。由于盾构机抬高了20 mm始发，橡胶帘布上紧下松，浆液难免从下部渗流损失，注浆压力不可过大，管片背后空隙无法完全填充盈满，因此以保证管片背后中下部的空隙被浆液填满，即可避免管片产生过大的沉降。随着管片环数的增加，同步注浆压力可逐步增加，保证管片背后上部空隙也被浆液填满。