海底隧道盾構機棄殼解體施工安全管理

張宏虎

（中鐵南方投資集團有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程描述

廈門本島至翔安過海通道工程是連接廈門本島與翔安東部副中心的西南—東北向骨干線，包含2站2區間，即五劉區間、劉五店站、劉東區間、東界站，全長6.5 km。五劉區間長度為4 km，采用礦山法+盾構法海底對接技術施工，其中，礦山法隧道長2.6 km，盾構法隧道長1.4 km。

盾構自劉五店站始發，掘進至礦山法段與泥水盾構段工法交接處停機，隧道內拆除盾構機棄置盾殼運輸至劉五店站吊出。泥水盾構區段線間距為15～25 m，最大坡度28‰，曲線半徑為800 m，隧道覆土厚度11.5～27 m，管片外徑6.7 m，內徑6 m，壁厚0.35 m，環寬1.5 m，混凝土強度等級C55，抗滲等級為P12[1]。

2 工程地質和水文地質

盾構自散體狀強風化地層進入全斷面微風化閃長巖地層10環后接收，接收位置隧道底距離海平面約54 m，其中，海水深度約20 m，上覆地層厚度約27 m，自上而下分別為中粗礫砂層，全風化花崗閃長巖，散體狀強風化花崗閃長巖，微風化花崗閃長巖。

區間地表水主要為海水，海域深度3.4～20 m，區間處于廈門東海域，海域水域面積廣，屬港灣型強潮海區，潮汐性質屬正規半日潮型。區間地下水可分為陸域地下水和海域地下水2段，其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風化殘積孔隙裂隙水、基巖裂隙水3種。

3 風險分析及應對措施

采用檢查表法和作業條件風險性評價法，對本工程風險因素深入辨識與分析，形成工程項目風險清單，見表1。

表1 工程項目風險清單

3.1 密封失效風險及應對措施

1）在盾構掘進過程中做好盾尾刷保護措施，保證每環油脂注入量和壓力；掘進盾構姿態控制，根據盾尾間隙緩慢糾偏；每環對洞尾底部及時進行清理和檢查；在保證盾尾間隙的前提下選取合理的管片拼裝點位，結合盾構姿態及同步注漿量降低管片破損率及滲漏水；每天安排專人檢查第一道尾刷壓板和鋼絲受損情況，定期對尾刷受損情況進行評估。

2）盾構停機后盾尾連續注入油脂，使密封腔壓力略高于泥水倉壓力，嚴格進行盾尾封堵注漿，將盾尾與管片的間隙通過填塞、注漿方式封堵密實。

3）將盾構機前盾與中盾進行焊接，防止長時間停機出現變形，導致盾構滲漏水。

4）實現常壓進倉后，采用鋼板進行切口環焊接封堵。

3.2 開挖面失穩風險及應對措施

1）做好地質勘察，確保盾構機停機處為全斷面微風化閃長巖地層，從源頭上降低開挖面失穩風險，盾構最終停機位置選擇綜合地層穩定性、涌水量、盾構機狀態等因素進行評判。

2）開挖面及時進行噴射混凝土封面，避免長時間暴露。

3）盾尾管片加強注漿堵水，防止盾構后部地下水串流，確保封堵有效、安全、可靠。

4）盾構機拆解完成后及時施作二襯。

3.3 隧道內吊裝運輸風險及應對措施

1）嚴格依照方案要求進行吊點布設，吊點焊接完成后必須進行檢測驗收，驗收合格后方可使用。

2）采用倒鏈吊裝前將雜物清理干凈，對吊具進行詳細檢查。

3）吊裝時應緩慢拉動，擬定好角度，必要時采取固定措施，防止被吊裝部件晃動。

4）各類部件在運輸前必須加固固定，并經現場管理人員檢查驗收后方可開始運輸。

5）運輸前對軌道進行檢查，調整線型，防止運輸過程中板車掉道，運輸至彎道時減速慢行。

6）為了保證機車牽引運輸的安全可靠性，設置常規制動、緊急制動和手制動3種制動方式。

3.4 隧道內動火作業風險及應對措施

1）做好通風措施，及時將風管延長至工作面，作業人員佩戴好防護用品。

2）隧道內空間較小且封閉，對洞內氣體進行實時檢測，發現異常立即停止作業。

3）動火前嚴格履行動火作業審批手續，對周邊易燃物進行清理，配備足夠數量的消防器材，并安排專人監督動火。

4）電焊機做好絕緣及接地措施。

5）進行高處切割作業時配備焊渣接火斗。

4 盾構機簡介

盾構為海瑞克公司生產制造，盾構為盾體+1節橋架+6節臺車，主要部件基本參數如下：刀盤直徑為7.02 m，總重約800 kN（80 t），刀盤被分割成13個分塊，小塊長度小于2 m，質量不超過5 t，中心塊直徑約3 m，質量不超過40 t。主驅動重量約650 kN（65 t），后主驅動為直徑3.74 m、長2 m的圓柱體，最后拆除。人倉為雙艙式，主副倉規格均為DN1600 mm。管片安裝機總質量約24 t。設備橋總質量約26 t。

5 盾構停機及周邊封堵

盾構拆機前，需進行盾體、盾尾、鉸接封堵地下水等準備工作，盾構設計停機點前7環采用多孔注漿管片，到達環采用側門預埋鋼板管片。盾構機周邊封堵工藝如圖1所示。

圖1 盾構機周邊封堵工藝圖

5.1 止水環施工

1）掘進至進入接收段全斷面微風化花崗閃長巖10環，每環采用雙液漿進行注漿止水。

2）二次注漿采用水泥漿液+水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比在0.8~1.2，水玻璃加水稀釋至波美度35~40，注漿前進行適配，控制凝固時間在20~30 s。

3）注漿過程中時刻關注注漿壓力變化，為防止注漿壓力過大，造成管片錯臺，注漿壓力控制在0.4 MPa以下。

5.2 循環清倉

盾構到達停機位置后，為減小人工清渣量，保持泥漿循環，盡量將倉內泥漿全部清理完成。倉內渣土清理后用清水進行循環清洗，將管道內泥漿清理掉，避免泥漿管拆除過程中泥漿污染隧道。清倉完成后拆除刀盤上各類刀具，停止環流。

5.3 管片加固措施

為防止拆機時因管片無油缸推壓引起管片環向及縱向松動，造成管片環、縱縫漏水，盾構機到達對接位置后，需立即進行管片加固處理。管片加固方式為：對到達段最后10環用［14 mm槽鋼將管片沿隧道縱向拉緊。

5.4 盾尾、鉸接及切口環焊接

1）將盾尾與管片間的空隙用鋼板與管片側面預埋鋼板焊接固定，然后用雙快水泥將間隙封堵密實，在上部預留1個30 cm的排氣口，然后自下而上，多次少量注入微膨脹水泥漿液，確保密實。

2）采用焊接鋼板封堵切口環與圍巖間縫隙，在上部預留1個30 cm的排氣口，然后用雙快水泥將間隙封堵密實，再通過盾體周圍的徑向孔注入微膨脹泥水漿液填充盾體與圍巖間隙。注漿應多次少量，壓力不易太高，防止破壞切口環封堵鋼板。

3）中盾與盾尾之間鉸接銷焊接固定。

6 洞內拆機及運輸

拆機工作流程如圖2所示。拆機相關準備工作及注意事項如下：

圖2 拆機工作流程圖

1）拆機前完成盾構機所有部件、銷軸、螺栓的清潔和潤滑工作。

2）拆機前，重新制作所有部件、管路和電纜的標簽工作，用于重新裝配。

3）拆機前，清空開挖倉及泥漿管路。

4）向盾構機提供充足電力、照明、水和壓縮空氣，通風、用電和排水要經過計算，確保滿足施工需求。

5）準備用于拆卸和運輸的標準工具及特殊工具，如倒鏈、定滑輪、運輸板車等，吊裝用倒鏈和卸扣需有相關合格證書，使用前要進行詳細檢查，在使用時注意保護。

6）準備相應的吊機和索具設備，其中，吊裝用吊耳采用二氧化碳氣體保護焊進行焊接，吊耳選用鋼板厚度為20 mm的Q345鋼板加工，且吊耳拉應力、剪應力、局部擠壓應力和焊縫要經檢算合格。吊耳受力較復雜，要求在吊裝過程中倒鏈與豎直方向夾角不得大于60°。

7）預先準備拆卸工作所需的支撐材料，如支撐型鋼等。

8）在高空作業時，準備好腳手架、升降平臺和所需安全設備。

9）盾體內功能部件如液壓塊、泵、閥、過濾器、小管道拆除后需要進行清理打包以便再次使用，上述部件根據現場實際情況采用標準工具及小型吊具進行拆解，拆卸的設備注意標記及保護。

10）預先拆除流量計并委托專業單位保管運輸。

11）準備好各類液壓油、機油等回收用油桶，嚴禁直接排入隧道污染管片。

12）在工作開始前，預設逃生路線地圖和緊急集合點。

13）嚴格履行職責、執行標準和遵守規定，落實臨時用電、動火作業、起重吊裝和水平運輸各項安全保障措施。

14）盾構拆機完成后，為保證開挖面安全，及時對開挖面進行封閉。開挖面采用C25噴射混凝土進行封閉，厚度為5 cm，并安排人員巡查。

15）主驅動、刀盤中心塊拆除完成后，為保證二襯厚度，將盾體內剩余隔板、加強肋板等進行割除。

7 洞內盾構棄殼解體的意義

1）盾構法使得隧道修建跨越到機械化智能化全斷面施工，但諸多隧道工程由于不具備盾構接收及吊出條件，無法使用盾構法，而洞內盾構棄殼解體技術成功解決了此類問題。

2）本工程成功實現了礦山法+盾構法海底對接技術，由于小里程段地質條件復雜，存在多個風化深槽，采用礦山法施工更加安全，大里程段具備盾構施工條件，采用盾構法施工更加快速環保，此對接技術使海底隧道修建工藝更加多元化，且符合隧道工程快速、安全、高質和環保的發展要求。

3）本工程自行設計制作的一批專用重載板車、封堵鋼板、型鋼固定支撐以及攻克的刀盤輻條割除技術，作為洞內拆機的技術積累，使盾構機洞內解體工法更加成熟。

4）盾構機存在只能前進不能后退的“窘狀”，洞內盾構棄殼解體技術成功實現了盾構機的“可進可退”問題。

5）盾構洞內解體技術可以減少高成本拆遷或重要文物不可實現的拆遷，既大幅縮減了施工成本和工期，又減小了對人們生活環境的影響，甚至使重要文物得以保護。

6）城市軌道交通施工環境日益復雜，特別是海底隧道工程在越來越多的城市實施建設，洞內盾構棄殼解體技術的研究和總結，為后續類似工程的順利實施提供了寶貴經驗。

8 結語

本文通過總結廈門本島至翔安過海通道工程海底洞內盾構機棄殼解體施工安全管理經驗，得出以下結論：

1）停機處地質穩定可靠是先行條件，本工程盾構機完全進入微風化花崗閃長巖，為拆機的順利實施提供了首要保障；

2）盾構機“保頭護尾”是關鍵，即切口環、盾體、盾尾、鉸接處地下水封堵效果滿足要求后方可拆機；

3）嚴格管理臨時用電、通風排水、水平運輸、起重吊裝和動火作業，確保拆機工作安全有序實施。