工程技术
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高 锋，周文朋，邓万兴
（中国水利水电第十一工程局，河南 郑州 450000）
摘要：广深地区地层地质变化复杂，在地下空间开发利用隧道施工中，经常遇到全断面硬岩、风化球体孤石、软硬不均、砂土等地层地质频繁交替出现的情况，随着时代的进步和科技的发展，盾构法已越来越多的应用于地下空间隧道掘进施工中，但盾构法对硬岩、孤石及软硬不均掘进极其困难，目前普遍采取辅助矿山法暗挖工法进行组合解决。此以6280mm 盾构机为例浅谈矿山法和盾构法组合模式下，盾构机移动、组装、步进始发技术；6280mm 盾构机整机重量约530T、单件116T、长度约82.0m，单件
重量大、体积大，其单件及整机移动极其困难，本文以盾构机在始发前如何在矿山法隧道内向前长距离平移步进组装为重点，总结盾构机在矿山法隧道内快速移动、经济合理的施工方法。
关键词：盾构机；暗挖段；步进组装；始发施工
城市地铁轨道交通已进入高速发展时代，尤其是人口拥挤的一线、二线城市，为了缓解交通压力，近年来都在兴建地铁。但大部分城市都存在人口多、建筑复杂，地面道路相对狭窄，临迁困难、征地难、费用高等问题；随着人们对生活质量的追求，地面可利用的空间越来越紧张，而的地下空间的开发利用也成为当前研究的大趋势；为了适应社会发展，目前地下隧道盾构施工采用矿山法暗挖结合盾构平移步进地下始发工艺越来越多，此方法能有效减小明挖占地大的问题，在以后的地铁盾构施工中将成为必然的趋势，如何利用好不同工法组合，做到安全施工不可忽视。 1 概况 深铁7号线西-西区间长度1852m，线间距为9.73-39.63m，最小转弯半径为350m，隧道埋深6m-28m，最大坡度为-27.5‰。隧道由两分离单洞组成，主隧道采用盾构法施工，盾构始发处前100m 因受地层地质、地表构筑物及周边环境影响，辅以矿山法暗挖工法施工，盾构机需从车站端头井口吊装下井，后经过长40.774m 暗挖门洞型隧道，至始发处组装调试空推始发。
Ø6250mm 复合式土压平衡盾构机最大直径6.28m，总长约82m，整机总重量约530t、单件最大重量116t，主要由刀盘、盾体、连接桥、1#台车、2#台车、3#台车、4#台车、5#台车8大部分组成。 2 施 工重点
由于盾构机重量大，移动困难，因此盾构机下井整体组装调试前，如何顺利移动、通过40.774m 矿山法段到达预定位置组装调试、整体始发是研究的重点。
山药种植开沟机（1）盾构机总长82.0m，各构件进场后应结合井下情况、移动步进方法等，组织合理的下井时间、顺序和方法，确保盾构机各构件下井组装的严谨性。
（2）盾构机不同构件下井后如何处置，进行部分组装并实时配套向前移动，确保盾构机分部分段安装、移动的配套性。
（3）盾构机分部分段组装、平稳向前步进，如何预期到达洞内预定位置，确保移动步进的稳定性。
（4）盾构机到达位置后，后配套反力架及负环如何顺利实施定位安装，确保洞内安装的准确和安全性。
（5）盾构机到达位置后，如何步进进入洞门，平稳步上矿山法空推段混凝土导台，确保盾体始发姿态的准确性。
（6）如何确保盾构机步进空推始发时洞门密封处理的有效性。 3 工艺原理
盾构机整机分2部分采用不同形式步进。第一部分为盾体，即无行走轮装置部分，主要采用移动式液压千斤顶推进步进到位；第二部分为配套台车，即有行走轮装置部分，此部分采用常规方法主要利用45T 电瓶车牵引步进到位。
盾体主要包括刀盘、前盾、中盾、尾盾、螺旋输送机、拼装机、人仓等，长度约9.0m，重量约300t，在盾体所有部件从始发井口吊
装下井组装完成后即开始平移步进矿山法暗挖段。盾体步进暗挖段利用线摩擦原理，即预先在矿山法暗挖段内按照始发段隧道轴线、以盾体外径为尺寸，在底部60°处两侧施做钢筋混凝土导台、布设2根43kg 的轨道，作为盾体步进的路线，后采用移动式钢结构后支撑和2组100t 移动式液压千斤顶使其盾体平稳沿预定路线向前移动，直至预定位置。
盾构机配套台车主要包括连接桥、1-5号拖车及尾架，共7节，长度约73.0m，重量约230t，配套台车装有行走轮，从始发井口吊装下井后依次拖入后方车站进行组装连接，待盾体步进到位后调整后方轨道形式及位置，随即采用45t 电瓶车牵引移动至盾体后方预定位置，最后进行整机组装调试。 4 流程及施工技术 4.1 工艺流程
盾构机吊装下井、组装调试及步进通过矿山法暗挖段到达预定位置空推始发工艺流程如下图1所示。
图1 盾构机步进矿山法暗挖段流程图
4.2 盾体步进轨道安装
盾构机下井后经过40.774m 矿山法暗挖段到达预定位置始发，为确保盾构向前平移步进，特在矿山法暗挖段浇筑钢筋混凝土导台，台面混凝土内预留钢埋件，最后在台面安装43kg 轨道，利用线摩擦使其盾体顺利向前步进移动。
钢筋混凝土导台由锚固筋、结构配筋、轨道预埋件、步进支撑埋件等组成。轨道预埋件由钢板埋件和后靠装置预留钢孔组成。钢埋件尺寸350×120mm，采用δ=16mm 的钢板加工而成，后靠装置预留孔尺寸200×200×300mm，采用δ=3mm 厚钢板加工而成。
导台采用C30二级配混凝土混凝土，泵送入仓，塌落度取14-16cm。混凝土浇筑采用分层法施工，单层厚度为30-50cm。混凝土振捣时，振捣棒不得直接接触模板、钢筋或预埋件，以避免预埋件发生变形、移位。
混凝土浇筑完成7天后，开始安装盾构机步进轨道，轨道采用43kg 重轨，两侧轨道夹角为60°，轨道面与盾体面垂直。轨道固定利用δ=20mm 钢压板焊接在预埋的钢埋件上。安装过程中测量跟踪监测，确保钢轨高程、距离与设计误差在3mm 以内。盾构机步进轨道安装如下图2所示。
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112《华东科技》
图2 盾构机步进轨道安装示意图
4.3 井内基座安装
在盾构机下井前，根据矿山法暗挖段隧道设计轴线及导台轨道轴线，定出盾构下井步进前姿态的空间
位置，然后反推出基座的空间位置，最后按设计位置将盾构机基座安装就位，固定牢固。
基座固定利用前期在始发井底板上预埋钢板，把基座吊下井后，先将其正中对准隧道的中轴线，以矿山法暗挖段混凝土导台导轨为基准，后令托架导轨的标高和方位调准到位后，再把基座与盾构井底板面的预埋钢板焊接牢固，最后再利用φ219mm 钢管对基座周边进行支撑，以安全固定托架。 4.4 盾体下井组装
盾体包括刀盘、前盾、中盾、尾盾、螺旋输送机、拼装机、人仓等构件，长度虽不足10m，但重量约占整机的60%，在盾体各构件下井组装后整体步进前移。
盾体各构件中前盾最重约116t，经复核盾体下井吊装采用260t （大小钩自翻式）履带式起重机，完全可满足各构件吊装下井和自翻身等操作。
盾体按照前盾、中盾、人仓、拼装机、刀盘、螺旋输送机、尾盾、其它辅助构配件的顺序依次吊装下井，并按下井一件组装一件的原则及时组装到位，最终将盾体各构件形成整体，准备步进。 4.5 盾体暗挖段步进 4.5.1 步进动力设计
（1）推力系统
盾体步进推力系统选用千斤顶配液压泵站。
左线40.774m 矿山法暗挖段为2‰上坡，坡度极小，故不再考虑因坡度而增加的推力。钢轨与盾体的滑动摩擦系数为0.1-0.12（涂抹黄油等润滑剂后），主机重320t，两块管片为9.8t。因此盾体步进所需推力为F 为：
F =0.1～0.12×320+9.8=32.3～39.6t
考虑到推力推进平衡和方向微调（单组受力），取2.0的富余系数，故推力系统选用2台100t 液压千斤顶、有效行程1000mm，布置于左右两侧轨道附近，完全可以满足盾体的推进和微调需要。
（2）推进后靠装置
后靠装置主要为千斤顶推进盾体提供反作用力，利用前期预埋在混凝土导台内的后靠装置预留孔（200×200×300mm），将推进反作用力传至混凝土导台上，使盾体平稳向前步进。后靠装置采用16mm
厚钢板焊接加工成箱型，以保证整体受力及刚度。 4.5.2 步进前准备工作
（1）盾体步进前，要再次检查导台轨道是否与始发基座轨道顺接，且导台轨道不得高于始发基座轨道。
（2）盾体刀盘上刀具与滑行轨道是否有冲突，如有冲突或者干扰应采取拆除对应位置的刀具或其它相应措施予以处理。
（3）为确保盾尾刷在盾体步进移动过程中不被损坏，盾构主机组装好后，底部先不安装盾尾刷。
（4）在盾构机盾体外两侧盾壳上前后部位分别焊接防侧滚钢块，焊接位置布置于导轨两侧、紧贴导轨。
（5）检查液压泵站系统是否正常，压力表等辅助设备是否准备到位。
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4.5.3 盾构机盾体步进导台
在盾构机尾盾底部弧面60°范围内等间距安装长度3.0m 的12#槽钢4根、立面高度53mm，然后在槽钢上部安放2块预制混凝土管片、长度3.0m，管片与盾构机底部油缸衬靴紧贴并固定，100t 液压千斤顶安装在管片与后靠装置之间。
为减少前期预埋工程量，弥补推进油缸有效行程不足1500mm 的缺点，在确保安全推进的前提下，采取加工Φ300mm、长度600mm、两端焊接δ=20mm 钢板的支撑件2个，用于管片与100t 液压千斤顶之间，以满足每次的推进长度，使盾构机快速合理的向前步进。
以上所有装置就位后，利用液压千斤顶推进使盾构机主机迁移步进，每次步进长度1.5m，随后移动推进后靠装置，依次循环施工，直至步进到预定位置。 4.6 井内基座更换
盾构机步进脱出始发井内始发基座后，即组织人员将始发井内始发基座拆除、并吊出盾构始发井，随后根据始发井深度采用H 型
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钢搭设钢结构平台，高度同车站底板高程相同，最后在上方布设盾构机台车及后配套电瓶列车行走轨道，轨道采用43kg/m 的重轨。 4.7 台车轨道安装
为了缩短盾构机组装调试的时间，在盾构机步进的过程中，随即安排进行后方的轨道拆除及更换，以尽快满足盾构机台车的下井组装及步进施工。根据盾构机推进情况，及时拆除后方导台上不使用的轨道，选择C30混凝土分段回填混凝土导台之间的“U”型槽，最后在上方铺设43kg/m 的后配套台车和电瓶车轨道。
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4.8 洞内反力架安装
盾构始发时反力架安装于盾体与台车之间井内固定的位置，主要用于传递盾构机主推进油缸的推力至后方车站结构上，以使盾构机向前掘进。由于反力架在洞内安装，需在混凝土导台上预留安装
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位置并在导台浇筑时预埋钢埋件，预埋件采用δ=20mm 钢板加工成型。根据设计图纸，洞门环宽取500mm，拟拼装4环负环，则反力架预留槽位置在距离洞门 5.2m 处，预留槽沿隧道轴线方向长度为1m，深度为0.85m，垂直于轴线方向贯穿混凝土导台。
图3 盾构机盾体及反力架安装相对位置示意图
反力架洞内运输采用45t 电瓶车加自制专用支架运输至指定位置，后利用顶部提前预埋的吊环、通过3个5t 倒链逐块移动吊装就位，块法兰面对接后采用高强螺栓连接紧固，最终拼装成整体。
安装反力架前，先将反力架位置定位，然后分节安装反力架部件并调节好位置。定位反力架，利用垂线和经纬仪测量调整反力架基准面的平整度，使基准面与始发导台水平轴垂直。调整好后将反力架与隧道结构混凝土内的预埋件焊接固定。 4.9 配套台车下井组装、步进
待始发井口和矿山法暗挖段轨道铺设全部完成，且反力架运输至安装位置后，开始吊装盾构机配套台车下井组装，待后配套台车全部连接成整体后，利用45t 电瓶车牵引至盾体后方进行连接、开始整机组装。 4.10 整机组装调试
盾构机主机与后配套的连接架接好后即可将盾构机主机与后配套拖车之间的各种电缆、管路根据厂家提供的连接图连接起来。盾构机安装和连接完毕并确定无误后，即可进行盾构机调试，调试分空载调
试和负载调试。空载调试主要内容为：主要调试内容为：配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、注浆系统、以及各种仪表、传感器的校正。空载调试盾构机各系统运转后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力，使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。 4.11 盾构机始发
盾构机在整机调试完毕，经验收合格后方可满足始发条件。 4.11.1 始发洞门处理
空推始发段洞门为Φ6500mm、宽度800mm、δ=10mm 的预埋钢环，正常盾构始发前需安装橡胶止水帘布板和折页压板，以确保地层水土及盾尾进洞后砂浆不外流，起到良好的密封作用，由于本区间盾构始发为空推段始发，因此将洞门密封优化为，待盾构机盾体全部进入洞门后，采用24mm 砖砌体和水泥外粉进行封堵，亦有效确保了盾构顺利始发，并节约了施工成本。 4.11.2 环管片安装
负环的中心线坡度应与始发处设计坡度一致。本区间暗挖空推段始发采用4环负环，首先根据设计图纸确定-4环管片的安装位置，后在盾尾内部120°范围内安装6根2.5m 长20#槽钢，保证千斤顶顶推负环时，负环管片轴线与盾构机轴线重合，并使首环管片脱出盾尾时不会破坏盾尾刷。首环管片拼装完成推出盾尾使其与反力架紧密接触后，对其周圈定位加固，随后拼装下一环开始始发。 5 结语
盾构机矿山法暗挖段步进技术在深铁7号线西-西区间暗挖隧道中的研究应用，有效解决了盾构机盾体和台车吊装下井后快速向前移动的难题，克服了小空间安装反力架及负环管片，优化了负环管片加固omap4460
和始发洞门密封等工艺措施，节约了总体施工成本投入，最终使盾构机吊装下井、步进、组装调试等工作在18天内顺利完成，具备了洞内空推始发条件，节约了施工工期，顺利实现了始发节点目标。此技术可在盾构机平移过站、暗挖隧道内始发中推广应用，能有效提高盾构机步进速度，缩短盾构机组装调试或过站时间，结合设计意图合理节约成本。 参考文献：
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[2]康杰.11.58m大直径泥水盾构出洞止水工艺研究[J].地下空间与工程学报,2011(05).
[3]赵运臣.盾构始发与到达方法综述[J].现代隧道技术,2008(S1).
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