极小始发井下盾构分体始发问题探讨及解决

2020-07-30

建筑机械化 2020年6期

（中铁工程装备集团有限公司，河南郑州 450016）

为减少施工对城市交通的影响，部分隧道线路在规划时会限制始发井尺寸[1]。然而，在部分特殊地域，隧道始发井会被限制为极小尺寸始发井，例如，在新加坡、中国台湾地区等地隧道始发井均为极小尺寸始发井。在现有技术中，针对始发场地受限的施工案例，对始发过程中的下井顺序及负环拼装工序有详细介绍[2]，对始发过程中的推进参数有详细阐述[3]，对始发过程中的液压流体管线及电气线路的连接也均有详细说明。此外，在针对始发井尺寸受限的情况下，对多种分体始发方案进行了详细的对比分析，并选取了较优方案[4]。然而，上述施工案例在盾构分体始发时，始发井空间可以容纳管片运输及吊装、渣土输送装置，从而满足管片拼装及出渣需要。当始发井为极小始发井时，由于结构空间限制，盾构会面临严峻的出渣工序问题及管片拼装等问题。另外，为了及时将填充至管片背部的浆液凝固，从而控制管片悬浮及地表沉降，部分盾构会采用双液注浆系统[5]。当始发井为极小始发井时，为避免双液注浆在长距离始发时反冲洗管路中的浆液凝固，双液注浆下放问题也亟待解决。

本文针对极小始发井，对盾构分体始发过程中遇到的问题进行讨论，并提出解决方案，为后续极小尺寸始发井下盾构的分体始发提供理论依据。

1 分体始发问题

图1 为新加坡某项目始发井尺寸图，井长约30m，出渣口尺寸为7.5m×4m，用于吊运渣箱及下放管片。根据招标要求，管片环宽L=1.4m，开挖直径D=6.68m，采用土压平衡盾构施工，正常掘进时采用皮带机配合矿车出渣。盾构主机长度为14.5m，去除出渣口及边墙余量尺寸，剩余约6m 长空间。因此，基于此极小尺寸始发井，盾构在采用分体始发时，会面临下述问题。

图1 极小始发井尺寸图

1.1 出渣问题

在常规分体始发案例中，盾构主机下井后，后配套拖车因为尺寸限制不足以全部下井，可将皮带机出渣口前移，作为临时皮带机使用，配合矿车达到运输渣土的目的，图2 所示为常规分体始发出渣示意图。

图2 常规分体始发出渣示意图

在极小始发井始发条件下，由于受到结构空间限制，主机下井后，剩余空间不足以放置一个临时皮带机进行渣土输送。为此，只能依靠矿车直接从螺旋输送机出渣口接收渣土，从而将渣土从始发井出渣口吊出。每环的出土方量Q环为

式中D——盾构开挖直径，为6.68m；

L——管片环宽，为1.4m；

α——渣土松方系数，参考该项目地质情况，选取为1.5。

由式（1）求得每环的出土方量为73.6m3。如图1 所示，根据结构尺寸，可采用的最大渣斗方量为6m3。采用该渣斗出渣，每环需出渣13 次，既每环需要频繁停机13 次，从而极大地增加了运渣时间。

1.2 双液注浆下放问题

双液注浆具有凝固时间段、固结强度高的特点，施工中可以有效降低管片上浮并控制地表沉降。然而，由于双液注浆凝固快的特点，当每环注浆完后，需对双液注浆混合处管路进行彻底的水冲洗，以防止管路堵塞。根据项目设计需要，双液注浆罐体放置于二号拖车上，双液注浆控制系统放置于设备桥上。根据图1 所示始发井所示，双液注浆罐体无法随同主机始发。当进行长距离始发时，为避免因距离过长，导致双液注浆管路冲洗污水因长距离运输而堵塞管路，双液注浆控制系统应跟随主机进行始发。

1.3 管片拼装问题

如图3 所示，管片从始发井出渣口下放至管片小车，并通过矿车运输至拼装区域。在常规始发井始发时，由于始发井尺寸足够，管片吊装系统既管片吊机和管片运输系统以及管片运输小车可跟随主机一同始发，管片可正常完成拼装。

图3 管片转运示意图

当在极小始发井始发时，由于管片运输小车和管片吊机无法随同主机一起始发，管片在跟随矿车运输至拼装区域时，因方向垂直于正常拼装方向，无法完成拼装。为了拼装管片，需在螺旋输送机尾部悬挂吊点，依靠手动吊运装置将待拼装管片吊起并通过人工将待拼装管片旋转至拼装方向，然后将待拼装管片下放至编组轨道上，通过管片拼装机拖拽至拼装区域完成管片拼装。

上述管片吊运及旋转方法虽可完成管片拼装，但因其需要人工操作，且工序复杂，会极大增加管片拼装时间。此外，由于人工参与程度较高，会极大地提高施工风险。

2 解决方案

针对上述极小始发井下分体始发问题，可采用在螺旋输送机出渣口处连接排渣箱体、主机后部拖拉临时平台以及管片临时转运小车转运管片工序，如图4 所示。

图4 极小始发井下始发工序示意图

2.1 排渣箱体

如图5 所示为排渣箱体结构示意图，排渣箱体连接在螺旋输送机出渣口，渣土通过螺旋输送机出渣口进入排渣箱体，然后经过延伸管路排出。其上设计有渣土改良孔，可以通过改良孔对排渣箱体内的渣土进行润滑改良，从而促进渣土的排出。

图5 排渣箱体结构示意图

经排渣箱体与延伸管路对渣土进行延伸后，接渣区域空间增大。根据结构空间尺寸要求，可采用15m3或18m3渣车进行接渣，根据每环的出土方量Q环为73.6m3，每环运渣4～5 次即可完成渣土运输，从而大大缩短渣土运输时间，提高掘进效率。

2.2 临时平台

临时平台通过连杆连接于管片拼装机尾部，可以跟随主机一起始发，临时平台可根据始发井尺寸要求设计合适的尺寸。临时平台上放置双液注浆控制系统，包括双液以及反冲洗水控制阀块和流量计，并通过管路连接于主机上的注浆管路。当每环注浆完成后，可通过双液注浆控制系统对主机上的注浆管路进行冲洗，冲洗污水可直接通过管路排出，降低管路因浆液凝固而堵塞的风险。

2.3 管片临时转运小车

如图6 所示为管片临时转运小车结构示意图，可跟随矿车将管片转运至管片拼装区域。其上设计有转动油缸，可带动管片进行旋转。当管片跟随管片临时转运小车转运至管片拼装区域后，管片临时转运小车转动油缸带动管片旋转至拼装方向，通过管片拼装机完成管片拼装。通过上述装置可在始发时减小管片拼装过程中人工参与程度，缩短管片拼装时间，提高掘进效率。