地铁盾构分体始发技术探析

李永涛

中煤第三建设（集团）有限责任公司 安徽 宿州 234000

引言

目前，我国众多城市正在开展城市地下轨道交通建设，其中地铁车站一般设置于交通要道位置，周边环境复杂，地面建筑、公共基础设施众多，且地质复杂，受施工场地和复杂地质水文条件双重因素影响下，部分盾构区间采用分体始发的方式进行施工。盾构隧道工程建设的安全性受到极大关注。国内外已发生过多起盾构施工事故，导致重大的人员伤亡与经济损失[1-3]。因此，从勘察、设计、施工到最终的验收各个环节都必须严格按照国家及行业标准规范操作，才能确保工程建设的可靠性[4-5]。

在分体始发过程中，始发施工工艺难度大，施工效率低、进度缓慢，完成始发洞门封闭的时间延长，始发质量风险高。同时影响施工进度，制约工期。

本文以天津地铁4号线南段工程第8合同段盾构工程实例为依托，基于盾构隧道分体始发施工过程中遇到的实际问题，并结合现场实际，对制约分体始发施工效率的原因进行分析，为类似工程建设提供相关经验。

1 工程概况

天津地铁4号线南段工程第8合同段成林道站～泰昌路站区间为地下区间，区间右线长1083.124m；左线长1088.171m。

区间平面最小曲线R=300m，线路纵断面呈“V”字形坡，最大纵坡25.73‰，最小纵坡3.81‰，区间顶部覆土埋深约11.8m～22.6m。

区间所处地段属冲积平原，地貌较平坦，地面高程一般为1.5～3.0m。工程涉及地层主要为第四系全新统人工填土层（人工堆积Qml）、全新统上组（河床～河漫滩相沉积Q34al）、全新统中组（浅海相沉积层Q42m）、全新统下组（沼泽相沉积层Q41h）、全新统下组（河床～河漫滩相沉积Q41al）、上更新统五组（河床～河漫滩相沉积Q3eal）、上更新统四组（滨海～潮汐相沉积层Q3dmc）、上更新统三组（河床～河漫滩相沉积Q3cal）、上更新统二组——浅海～滨海相沉积（Q3bm）。

始发井地层由上到下地层描述为：

杂填土，杂色，松散，稍湿～密实，含砖块，水泥块，石子；

素填土，黄褐色，松散，稍湿～密实，含砖块，水泥块，石子；

黏土，软塑～可塑，中压缩性；

粉质黏土，可塑状态；

粉质黏土，流塑～软塑，局部可塑；

粉质黏土，软塑状态、土质不均；

粉质黏土，可塑，局部软塑，中压缩性；

粉质黏土，密实状态；

粉质黏土，可塑状态、土质不均。

区间地下水主要分为以下两种：

潜水含水层：指埋藏较浅的表层地下水，主要赋存于人工埋土，第Ⅰ陆相及第一海相粉土层、黏性土与粉土互层的空隙中。含水层水平、垂直向渗透性差异较大，当局部地段夹有粉砂薄层时，其富水性、渗透性相应增大。补给方式主要有大气降水和地表水入渗，地下水有明显的丰、枯水期变化，7、8月丰水期水位上升，4、5月枯水期水位下降，多年变化平均值在0.8m左右。由于含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢，排泄方式主要有蒸发、人工开采和向地表水体、下部承压水渗透，第Ⅱ陆相层（Q41h）粉质黏土及第Ⅲ陆相层（Q41aL）粉质黏土层（属不透水～微透水层）可视为潜水含水层与其下承压含水层的相对隔水层。场地潜水水位如下：初见水位埋深0.9～1.8m，标高0.8～1.39m，静止水位埋深0.7～1.5m，相当于标高1.00～1.50m。本场区潜水水位一般年变幅在0.50～1.00m左右。

承压含水层：第Ⅱ陆相河床～河漫滩相冲积层黏质粉土层及第Ⅲ陆相河床～河漫滩相沉积层粉质黏土，其透水性好，为承压含水层，以其下透水性较差的粉质黏土层和粉质黏土层作为承压含水层隔水底板，根据区间两端成林道站泰昌路站抽水试验资料，该区间承压水位埋深3.1m。

1.1 分体始发方案

成泰区间始发受出土井口限制，无法满足盾构出土、材料运输等施工要求，只能利用盾构吊装口进行出土及材料吊运，因此采用分体始发。始发时前将台车及盾构机分别吊装下井，台车拉进至车站内部，台车及盾构机之间桥架、双梁、皮带机等设备不进行安装，台车及盾构机之间采用管路连接，延伸的管路提前捋顺放置于中板。始发时，台车不随盾体向前推进，待掘进距离大于后背台车长度后，将台车拉进洞内进行转接，安装台车及盾构机之间的桥架、双梁、皮带机等设备。

2 分体始发中遇到的问题

通过对天津地铁4号线8标成泰区间左线分体始发掘进施工过程各施工工序与正常始发掘进进行对比发现，制约分体始发施工效率的问题主要集中在以下几个方面。

2.1 无法使用皮带机，出土效率低

分体始发期间盾构机输送皮带无法正常安装，因此只能从螺旋机出土口直接出土，受螺旋机出土口高度限制，正常大土箱（长6m×宽1.5m×高2m，容量18m³）无法使用，现场采用小土斗（1.5m³）进行出土，一次出土量小，出土次数较多，耽误时间长，导致出土效率低下。

图1 采用小土斗进行出土施工

2.2 管片拼装困难

受井口运输条件限制，双梁无法安装，管片必须一块一块从地面运输至井下，再水平运输至拼装区域，管片运输效率大大降低；同时又因为无法安装双梁，水平运输电动葫芦高度不够，单块管片通过平板车无法直接运输至电动葫芦下方，需要人工采用手拉葫芦将管片送至电动葫芦下方，再通过电动葫芦二次倒运至拼装区，延长了管片运输时间，管片拼装效率低下。

图2 管片单片运输

图3 管片二次倒运

2.3 管线延伸困难

盾构分体始发期间台车无法前移，随着盾体不断前进，盾构机管路需不断延伸加长，管路加长后接头增多，薄弱点多，但随着管路接长，因管路拖拽造成损坏、漏油等现象；同时管线线路较长，管路混乱繁多，延伸过程较为烦琐，耽误时间较长，且延伸过程也会对管片造成一定污染。

图4 盾构机管路整理、延伸

3 应对措施和控制要点

3.1 定制加工土箱

根据现场情况定制加工了长3.4m×宽1.4m×高1.3m、容量为6m³的土箱，该土箱尺寸为项目部深思研究后既能保证土箱所有角落均能装满土，又能满足出土高度要求的容量最大、最合理的尺寸。

原分体始发采用小土斗（容量1.5m³）进行出土时，1.2m管片每推进一环出土约38m³，使用小土斗需吊土25次，每次吊土耗时约8分钟，每推进一环渣土运输时间为200min；采用定制加工土箱后完成一环出土所需时间只要50min，大大提高了出土效率。

3.2 定制小皮带机

根据盾构机螺旋机高度、井口长度等各项尺寸专门提前设计了一个尺寸合理、满足出土目标要求的小皮带机。待盾构机推进一定距离后，立即进行安装，以加快后序始发掘进效率。

小皮带机安装完成后，正常大土箱（容量18m³）恢复使用，每推进一环渣土运输时间缩短为25min，极大地提高了分体始发效率。

3.3 制作小平板车

根据现场实际情况提前加工制作了一节小平板车，该平板车比正常平板车高度低，水平运输管片能一次到位，省去采用手拉葫芦二次倒运管片这道工序，大大提高了管片运输效率。

3.4 定制盾构机管路接头卡环及管路输送滚筒支架

已按对策要求定制购买了尺寸合适的盾构机管路接头卡环及管路输送滚筒支架，在右线始发后随着掘进及时安装，将所有管路、管线整齐的铺设在两侧滚筒上。在之后的始发掘进过程中，管路延伸接长的施工效率明显提高，因管路维修耽误的时间大大减少，同时还能保证管路整齐美观、保证隧道外观质量、降低爆管风险，满足安全文明施工要求。

4 结束语

通过对天津地铁4号线南段工程第8合同段分体始发整体过程进行把控、分析。在分体始发过程中存在许多制约施工进度的因素，因此在施工过程中，合理制定一系列施工措施，可以极大提高分体始发效率，缩短始发时间，避免洞门渗漏风险。