盾构曲线始发施工技术.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER10第 40卷第 1期0 引言深圳地铁 7 号线 7306 标段 5 站 5 区间，全部为盾构区间,盾构区间沿线地形、地质条件复杂，周边建筑物密集、老旧，且隧道下穿越河流、湖泊、公路、铁路等1。隧道 5 区间采用 9 台盾构同时掘进，有 5 台盾构在曲线上成功始发，其中：最小始发曲线半径仅有 390 m，曲线进入缓和曲线的长度达 77.9 m，线路中线和隧道中线在此处（DK24+771.397）的偏移量为右偏 9 cm，针对该线型，在过中经过反复计算、对比分析，有效的控制了盾构掘进线型和施工安全，并总结了盾构曲线施工技术，该施工技术在深圳地铁 7 号线7306 标施工过程中应用是成功的，7 号线 7306 标段施工布置示意图见图 1。1 盾构曲线始发施工方法1.1 曲线始发的特点1）盾构机在始发托架上无法调向，只能在盾尾脱出始发架后方可调向。2）始发托架及反力架中心线和线路中心线不重合，需根据曲线参数另行计算始发台轴线。通常有：切线始发和割线始发。3）预埋洞门钢环时需考虑隧道线路设计超高、偏移量。在始发架安装前对预埋钢环进行检测，盾构曲线始发施工技术唐德平（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）摘要：地铁施工多在人口及建筑密集的地方，施工条件受限，在地铁线路设计时经常会选择在曲线上始发和接收，容易造成盾构进洞和出洞结构超限、洞门涌水或垮塌。为了防止此类事件发生，保质保安全的完成曲线上始发和接收，该盾构曲线始发施工技术，在盾构施工中经常会应用到，深圳地铁 7 号线 7306 标的 9 台盾构机，有 5 台在曲线上始发，取得了良好的技术效果、经济效果，获得了良好社会信誉。关键词：盾构曲线；始发；施工技术；盾构进洞中图分类号：U455.43文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)01-0010-06DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.01.003Construction Technology of Shield Tunneling Curve StartTANG Deping(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:Subway construction is mostly carried out in densely populated and built-up areas,with limited construction conditions.When designing subway lines,it is common to choose to start and receive on curves,which can easily cause the shield tunneling in and out of the tunnel structure to exceed the limit,water inrush or collapse at the tunnel entrance.In order to prevent such incidents from occurring and complete the initiation and reception on the curve with quality and safety,this shield tunneling curve initiation construction technology is often applied in shield tunneling construction.Among the 9 shield tunneling machines of Shenzhen Metro Line 7 Bid 7306,5 of them started on the curve and achieved good technical and economic results,gaining a good social reputation.Keywords:shield tunneling curve;start;construction technology;shield tunneling收稿日期：2023-11-07作者简介：唐德平（1972-），男，云南曲靖人，工程师，主要从事技术、施工、监控量测管理工作。*唐德平 盾构曲线始发施工技术11洞门密封。4）盾构机 VMT 自动导向系统显示的始发前姿态是偏离隧道中线的，但要和人工测量姿态一致。适用于所有盾构曲线始发。1.2 施工方法1.2.1 工艺流程盾构始发流程为：始兴端头地层加固安装始发基座盾构组装、空载调试安装反力架、洞口洞门密封安装负环管片、盾构负载调试盾尾通过洞口密封后进行注浆回填盾构掘进与管片安装。1.2.2 端头加固盾构机始发前要对盾构井端头进行加固，防止端头地层发生垮塌和涌漏水等意外情况，根据始发和到达端头的工程水文地质、结构形式进行分析和判断，决定洞门是否进行加固处理。端头加固的方式有静压注浆、高压旋喷桩、搅拌桩、冷冻等形式2。加固前需进一步核实加固段的地下管线、人防设施、地下构筑等情况，必要时对地下管线进行保护，并在施工全过程进行监测。加固工作要在始发和接收前 1 个月以前完成，并对加固质量进行检测（强度和渗水量检查），加固时要注意钻杆掉落，如有掉落要及时取出，以避免影响盾构掘进。1）强度检查。在端头加固处理后，需进行钻孔取芯试验，检查地层加固效果。检查取芯试件的无侧限抗压强度和内聚力。2）渗水检查。盾构井端头要进行土体加固止水效果检查，在盾构机进出洞前进行，首先用水平钻在盾构井隧道端头钢环内上、中、下、左、右处各钻 1 个水平孔，孔深比加固段长度小 1 m左右，检查各孔渗水量，各孔渗水量总和要小于10 L/min。再在加固区前端钻 2 个垂直孔检查渗水量要小于 2 L/min，孔内水位不能高于隧道中心标高3。检查孔检查合格后，采用低强度水泥砂浆封堵4。3）补救措施。当盾构井端头渗水量检查结果不能满足要求时，洞门环严禁破除，要根据检查结果和地层条件确定进一步加固措施，一般采取压密注浆加固。必要时采取管井降水辅助措施。1.2.3 洞门钢环安装、盾构井形体检测洞门安装是在浇筑盾构井结构混泥土时安装5，安装时要考虑设计线路超高和偏移量，盾构机下井前对盾构井结构形体和洞门钢环采用全站仪进行检测，并根据盾构机盾首、盾尾、后背台车的尺寸确定结构尺寸能否满足下井条件。1.2.4 曲线上始发托架定位与安装盾构机在曲线上始发，始发托架的定位很重要，曲线始发方式主要有切线始发、割线始发2种，首先根据隧道设计轴线找出最佳切线、割线方向线，然后根据洞门中心位置反推出始发台的空间位置进行始发台托架定位和安装，因盾构机自身重量较重，始发时始发台座要承受盾构掘进时约束盾构旋转的扭矩和纵、横向的推力，故始发台托架必需安装牢固。盾构始发托架定位示意图见图 2，割线和切线始发示意图见图 3。在始发台座安装时要考虑在台座前端留有0.8 1 m 的空间，前端轨道高程抬高 1 2 cm,?图 1 7 号线 7306 标段施工布置示意图12云南水力发电2024 年第 1 期中心 M 点在安装前要进行现场实测，根据实测的坐标进行定位。假定盾构机掘进离开始发台后到达隧道中线最佳点 Q，使 QM 的连线中距隧道中线的距离最大值最小，则使用该两点 Q、M 的连线作为始发台座的中心线。根据 M 点坐标，通过坐标正算，就可得到始发台后端的中线坐标 S。则可以看到 S 点距隧道中线有一个偏移值 SS，该偏移值是预设的不用考虑，只需将始发台后端定位到 S 点即可。?图 3 割线和切线始发示意图?图 2 盾构始发托架定位示意图以便盾构机始发前进行刀盘检查和防止始发时盾构机“磕头”。因盾构机的特点，在始发台上盾构机无法调向，也就说盾构机在始发台上盾尾脱出前只能直线掘进，如果曲线半径过小，掘进隧道结构容易超限。这就要根据洞门钢环位置、始发架、反力架、后背台车的尺寸，采用切线或是割线法，假定盾构机在台座上不调向的一段长度，以洞门钢环中心为旋转支点旋转与洞内洞轴线相交，找到洞轴线上一个最佳点，使该点和洞门中心的连线中距设计隧道中线的最大值最小，以该两点的连线作为始发台座定位的中心线，洞门钢环中心坐标为基点，反算始发托架的定位坐标即可定位。盾构始发台定位方法示意图见图 4，洞门钢环?图 4 盾构始发台定位方法示意图始发台托架导轨高程的确定：以图 5 为例，根据盾构厂家提供的设计参数：盾构机刀盘半径为3.24 m，经现场实测始发托架导轨间距为2.76 m。经计算得：盾构机前体圆心 O1到始发台导 轨 B1的 垂 直 距 离 为 O1A1=（3.242-1.382）=2.931 4 m。?图 5 盾构始发台导轨示意图导轨中心高程 B1=O1高程-2.931 4 m。始发托架定位安装注意事项如下。唐德平 盾构曲线始发施工技术131）始发台托架的尺寸在安装前要进行现场量取，因不同盾构机和不同始发方式，始发台座经过多次始发等因素会产生变形，因此定位前要人工现场量取导轨中心的尺寸。2）盾构机设计时重心在前体，盾构机掘进时刀盘容易产生“磕头”，遇到大坡度始发时更明显。为防止盾构机掘进时“磕头”，在安装始发台时，始发台前端高程要比设计高程抬高 1 2 cm，给盾构机掘进时一个向上抬头的趋势。注意：在盾构井施工洞门钢环安装的时候就要考虑将洞门圆心标高抬高 1 2 cm。3）盾构机始发台托架必需安装牢固，要有足够的钢度和稳定性，避免安装后始发台托架发生大的变形，使盾构机理论姿态与人工测量姿态偏差超限。1.2.5 洞门破除盾构机始发前要凿除盾构井端头洞门处的围护结构，洞门破除示意图见图 6，先用油炮凿除洞门四周 0.5 1 m 范围部分（A 区），再用人工风镐凿除中间部分（B 区）。其中围护结构钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时再快速割除。凿除前要对端头加固效果进行检查，无明显渗漏时方可破除，否则进行二次加固。程反推 0 环管片的外露长度。0 环管片位置度确定后，根据负环管片的长度确定反力架前端的位置。1.2.7 洞门密封及止水装置的安装目前，国内盾构井洞门环洞口均采用折叶式密封压板密封，在盾构井基坑施工过程中，就要埋设洞门密封的预埋件，且与端墙结构钢筋连接在一起。盾构正式始发前，清理洞门上的碴土，及时安装洞口密封压板和橡胶帘布板。1.2.8 盾构机就位调试1）盾构机空载运行调试。盾构机安装完成后，要进行空载运行调试，以检查设备运行是否正常。检查内容有液压系统、冷却系统、润滑系统、配电系统、注浆系统、泥浆系统及各种仪表。电气系统调试步骤7：送电检查电机检查分系统参数设置及运行整机试运行整机二次调试。液压系统调试8-9：推进系统调试，管片安装机调试，管片吊机拖拉小车调试，泥浆系统调试，注浆系统调试等。2）盾构机负载运行调试。盾构机空载运行调试合格后，进行负载运行调试。检查各种管线和密封部位的负载能力，对不满足要求的管线和部位进行调整完善，以保证整个工作系统满足正常工作需求。负载调试时间需大过盾构掘进工作时间。盾构负载调试过程中，必须采取相应的安全措施，保障调试过程的安全，同时，严格执行既定技术标准，保证工程质量。3）VMT 自动导向系统调试。盾构机安装完成后，先将线路参数输入 VMT 自动导向系统，由系统自动计算出盾构机姿态，自动导向系统显示姿态应和人工测量计算姿态基本一致，否则检查线参数是否设置正确或人工计算是否有误，盾构机VMT 自动导向系统显示姿态必需和人工测量姿态一致后才能进行始发，人工测量姿态见表 1。表 1 人工测量姿态表前后切口里程环号平面-32-19-27 781.90始发前高程8-17滚动角(mm/m)-3mm/m仰俯角(mm/m)3?图 6 洞门破除示意图1.2.6 反力架定位安装在盾构主机与后配套连接之前开始进行反力架的安装6。反力架安装时其端面与始发台座中线要垂直，以保证盾构轴线与始发台轴线一致。反力架要安装牢固，与同边井壁结构的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。反力架位置的确定：首先要按洞门环中线里14云南水力发电2024 年第 1 期1.2.9 负环管片安装盾构机姿态通过人工测量定位复核后，安装负环管片，为盾构机后继掘进提供反力。靠反力架端的一环为基准环，基准环为钢管片，其余负环管片为钢筋混凝土管片。为保障洞门施工便利，0 环伸入洞内 0.5 0.8 m，在洞门施工时凿除环管片。负环管片采用环向和纵向错缝拼装，负环管片安装见图 7。表 2 黄八区间右线成型管片姿态测量成果统计表环号实测坐标里程实测圆心高程/m设计圆心高程/m水平偏差/mm垂直偏差/mmXYZ第 1 环21 632.128 118 379.203 5.93 右 DK24+769.877.886 7.876 3 10 第 2 环21 632.034 118 377.701 5.91 右 DK24+768.377.870 7.862 5 8 第 3 环21 631.935 118 376.209 5.90 右 DK24+766.877.858 7.849 6 9 第 4 环21 631.825 118 374.710 5.88 右 DK24+765.377.840 7.835 1 5 第 5 环21 631.716 118 373.228 5.87 右 DK24+763.887.825 7.821-2 4 第 6 环21 631.614 118 371.721 5.85 右 DK24+762.377.810 7.807 8 3 第 7 环21 631.500 118 370.218 5.85 右 DK24+760.867.804 7.794 10 10 注：盾构掘进方向分左右，左“”，右“+”。图 7 负环管片安装图姿态检测，必要时刀盘反转纠偏，同时在盾构上焊接防扭支座防止盾构始发时扭转，在即将进入洞口时进行割除打磨，以免损坏帘布密封。5）盾构在始发台上向前推进时，通过控制推进油缸行程和选择合适的管片拼装位置使盾构基本沿始发台向前推进，以保证盾构按预定位置进入加固区。6）刚始发时，设备处于磨合阶段，要控制好推力、扭矩和各部位油脂的有效使用。掘进总推力要控制在反力架承受力范围内，并留有余量，同时确保在此推力下刀盘切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。2 质量保证措施1）严格按设计要求对端头进行加固，加固质量要经有资质的部门检测合格。2）加固过程中防止钻杆掉落，避免后期取钻杆耗费大量资源。3）始发托架、反力架加固要质量要经过相关部门验收。4）洞门破除前要进行渗水量检查，渗水量满足要求后方可破除。5）始发架、反力架定位精度严格执行规范要求。3 应用效果深圳地铁 7306 标 9 台盾构掘进，有 5 台盾构在曲线上成功始发，最小始发曲线半径 390 m，曲线进入缓和曲线的长度最长的始发段为黄八区间左右线达 77.9 m，线路中线和隧道中线在该处（DK24+771.397）的偏移量为右偏 9 cm，始发曲线半径 500 m，满足规范要求的允许偏差平面、高程100 mm。始发后成型管片姿态效果见表2、表 3。1.2.10 盾构机始发注意事项1）在进行始发基座、反力架机负环钢环定位时，必须保障安装精度，以保证盾构机的始发姿态与设定中线一致。2）在管片定位时，要确保第一环管片后端面与线路中线垂直，负环管片轴线与线路中线重合。负环管片采用错缝拼装，且外部用支撑钢楔撑紧。3）盾构机始发前要在基座轨道上、刀盘外圈、刀具和帘布橡胶板上涂抹油脂，以减少盾构推进阻力和推进时刀具损坏洞门帘布橡胶板。4）在盾构机始发和接收段，由于车站围护结构和加固后的地层强度较高，盾壳与地层间基本无摩擦力盾构始发容易发生刀盘摆动和盾构扭转。始发和接收掘进时采用低推力、低转速、低速度向前推进，减小盾构扭转和摆动幅度，加强盾构唐德平 盾构曲线始发施工技术154 结束语目前，我国城市地铁建设在迅速发展，盾构隧道施工较为广范，盾构曲线始发施工技术在7 306 标的应用是成功的，施工技术操作简单方便，能实现流水作业，同时还降低了工程造价和施工人员的操作强度，节省了时间，加快了施工进度，洞门密封好，安全可靠，有较好的经济和社会效益。参考文献：1唐德平，张树红，杨文斌.城市地铁盾构施工测量技术J.水利水电施工，2016，（5）:104-111.2李茂文，陈寿根，刘建国，等.复合式土压平衡盾构到达施工关键技术研究J.四川建筑，2010，30（5）:185-187.3周诚，李勇军，王承山.越江地铁盾构隧道始发安全风险控制研究J.铁道工程学报，2012,（11）:87-93.4程军振，韩鹏，杨松霖，等.大直径盾构高富水泥岩地层掘进关键技术研究J.云南水利发电，2023，38（9）:207-209.5李晖.300m 小曲线隧道单工作井内盾构整体始发技术J.建筑技术，2012，43（3）:241-242.6辜长军.广州地铁复合地层盾构掘进施工技术J.工程技术，2008,（1）:49-59.7谢录科，朱光涛.IHI4256340 型土压平衡盾构机转场工艺技术研究J.安装，2010,（9）:39-43.8郑晓燕.盾构技术在城市地铁施工中的应用研究D.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.9任鹏.三管高压旋喷桩在隧道加固中的应用J.山西建筑，2012，38（22）:201-202.表 3 黄八区间左线成型管片姿态测量成果统计表环号实测坐标里程实测圆心高程/m设计圆心高程/m水平偏差/mm垂直偏差/mmXYZ第 1 环21 646.993 118 380.552 8.071 左 DK24+771.169.718 9.749 14-31 第 2 环21 646.950 118 379.136 8.076 左 DK24+769.769.723 9.736 15-13 第 3 环21 646.913 118 377.591 8.060 左 DK24+768.269.707 9.723 28-16 第 4 环21 646.858 118 376.208 8.058 左 DK24+766.869.705 9.710 21-5 第 5 环21 646.799 118 374.603 8.047 左 DK24+765.269.694 9.695 22-1 第 6 环21 646.760 118 373.137 8.042 左 DK24+763.769.689 9.681 40 8 第 7 环21 646.709 118 371.642 8.025 左 DK24+762.269.672 9.668 51 4 注：盾构掘进方向分左右，左“”，右“+”。