異形鋼環補償盾構側向始發施工技術

李由

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100040）

1 工程概況

北京地鐵昌平線南延工程土建施工02 合同段學院橋站—西土城站區間（以下稱學西區間）工程原設計方案的暗挖法+降水施工。為響應北京市關于軌道交通不降水（或少降水）的政策要求，項目設計方案變更為暗挖法+盾構法施工，暗挖段長度499 m，盾構段長度2 620 m，因盾構區間處于交通要道學院路主路下方，受地面條件限制，盾構機不具備垂直始發條件，項目部研究采用橫通道內側向平移、轉體、再平移至預定位置后進行始發的方案，但因工期問題項目部創新性地提出盾構機直接在平移橫通道內進行始發。但此方案存在側向始發面與正線斜交的問題，針對此情況，項目技術攻關小組通過方案比選最終創新采用了“異形鋼環補償側向始發施工技術”，通過鋼環內填料補償始發階段切削不均衡。此技術不僅解決了側向始發面與正線斜交等問題，并且可提前工期3個月，真正做到了技術革新與經濟效益的雙贏，對今后在城市交通繁華地段的地鐵盾構施工提供了借鑒和參考。區間盾構側始發平面示意圖如圖1 所示。

圖1 區間盾構側始發平面示意圖

2 施工方案

本工程采用2 臺盾構機施工，同時就位組裝，右線全部完成后進行左線始發掘進施工。首先，平移橫通道結構及暗挖段二次襯砌完成后，采用水平深孔注漿加固始發端頭。盾構機從側向盾構工作井下井，通過盾構平移橫通道側向平移到始發位置[1]，盾構機整體始發。盾構機掘進至預定位置后進行脫殼解體的同時左線盾構開始始發。

盾構始發過程中，由于平移橫通道內不具備編組列車通行條件，故利用出土井及橫通道進行管片等材料運輸及皮帶機將渣土輸送至出土井口吊出，待拆除負環進入正常段掘進后在平移通道及出土通道內鋪設軌道，通過編組列車完成渣土、管片等材料運輸。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 施工流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 端頭加固

為保證盾構施工安全，本工程在盾構始發和到達前均需要采用深孔注漿加固的方式對端頭進行加固處理，加固完畢后進行現場取芯試驗，檢測強度符合設計要求后方可始發、到達，以保證盾構施工安全。注漿加固盾構輪廓外3 m 范圍土體，縱向加固長度10 m。

3.2.2 盾構后配套臺車就位

按照6#臺車→1#臺車的順序吊裝后配套臺車，后配套臺車及編組列車均采用輪式移動平臺（帶軌道）在平移橫通道內牽引行走至正線，將移動平臺軌道與正線軌道對接然后后退至反向隧道內完成后配套臺車和電瓶車就位。

3.2.3 反力架安裝

馬蹄形的暗挖隧道空間，限制了反力架的結構形式，常規盾構反力架無法滿足施工要求，根據暗挖隧道的結構形式，設計了用于馬蹄形隧道盾構施工反力架[2]。

反力架采用鋼板焊接而成，反力架底部采用擴大混凝土基礎預埋連接鋼板，頂部與既有二襯結構預埋鋼板連接，同時反力架設置水平傳力支撐，支撐與二襯結構錯臺位置連接，在水平支撐區域豎向設置2 道連接立柱，加強水平支撐的穩定性。

為保證盾構始發的安全和反力架的穩定，安裝反力架后在架體上布置位移監測點及應力監測點，監測點主要布置在架體的橫梁和立柱背后，能準確地反映架體的變形和應力變化情況。

3.2.4 盾構機吊裝及平移

1）準備工作。首先在平移橫通道內及暗挖段擴大端內鋪設15 cm 厚中粗砂再鋪設2 cm 厚鋼板[3]，鋼板拼接采用電焊焊接并打磨平整，鋼板上涂抹黃油。將盾構機始發基座利用地面吊車調入橫通道內的鋼板上，并將其固定[4]。

2）盾構機主機平移。在始發架上安裝盾構機主體（主機組裝順序為中體、前體、刀盤、拼裝機、盾尾、螺旋機）。始發基座在平移橫通道內通過10 t 卷揚機在前方牽引，后方以2 個50 t千斤頂頂在鋼板上向前移動，到達與正線斜交位置。平移過程中通過調節2 個千斤頂推力大小進行糾偏。到達既定位置后，通過2 個千斤頂對頂實現轉體45°，調整盾構位置與始發位置中線重合然后向北平移，待異形鋼環安裝完成后前推就位。盾構機平移轉體示意圖如圖3 所示。

圖3 盾構機平移轉體示意圖

3.2.5 異形延伸鋼環安裝

異形延伸鋼環是兩端開口的桶狀結構，整個套筒總長為800 mm/7 899 mm，筒體分成2 節制作。鋼板選擇：Q235B，板厚δ=20 mm。鋼環直徑（內徑）6 620 mm，分為上下2 部分。底座高度為3 600 mm，與筒體的下半圓焊接成一個整體。筒體材料20 mm 厚的鋼板。筒體的外周焊接橫向筋板以保證筒體剛度，筋板厚20 mm，高120 mm。筒體之間的連接用法蘭，法蘭用40 mm 厚的板，筒體法蘭之間均采用M30、8.8 級螺栓連接，中間加8 mm 厚橡膠墊。鋼環左右兩側及底部需通過焊接H200 的型鋼斜支撐，斜支撐間距1.5 m 每道，防止盾構機掘進時鋼環時候發生位移。

1）異形延伸鋼環安裝

（1）安裝前，首先在基坑里確定線路中心線，也就是鋼環的中心線。鋼環定位時，要求鋼環的中心線、線路中心線2 條控制線重合。

（2）在地面上先把鋼環吊裝下放到盾構井內，平移至始發位置，使鋼環的中心與事先確定好的線路中心線重合，分段點焊與洞門預埋鋼環焊接，使其穩固。

（3）鋼環安裝完成后，連接螺栓按順序緊固后需進行檢查并復緊，對鋼環位置進行復測，檢查與盾構機到達的中心線是否重合。

（4）鋼環與洞門預埋鋼環進行焊接連接，焊縫沿鋼環一圈內外側滿焊。

（5）鋼環左右兩側及底部需通過焊接H200 的型鋼斜支撐，斜支撐間距1.5 m 每道，防止盾構機掘進時鋼環時候發生位移。

2）洞門處理

（1）加固效果檢驗。在實行破除洞門前，對土體加固效果進行水平鉆孔取樣檢查，同時對地下滲水情況進行判斷，根據地下水的滲透情況做出是否進行二次注漿加固的決定。

（2）洞門鑿除。加固效果達到要求后開始破除平移通道350 mm 厚初支結構，洞門破除分上下2 層，先下后上，下部破除完畢后立即進行回填，延伸鋼環敞口處采用砌體墻封閉，為保證回填期間砌體墻的穩定性，臨時用鋼管腳手架加固；按照同樣順序完成上半部分初支破除及回填，鋼管腳手架待回填料達到自穩強度后方可拆除。

3.3 密封裝置安裝

密封裝置與鋼環尾端鋼板預留孔通過螺栓連接，密封采用折葉式密封壓板。由于簾布橡膠板和扇形壓板通過它與管片的密貼防止管片背注漿時的漿液外流，所以安裝時螺栓必須進行二次旋緊螺栓，防止安裝扇形壓板時損壞簾布橡膠板。始發洞口密封示意圖如圖4 所示。

圖4 始發洞口密封示意圖

3.4 異形延伸鋼環內填料

盾構機向前推進至刀盤面板貼近洞門一側掌子面后，通過鋼環頂部預留孔向鋼環內三角區填料，填料采用低強度配比同步回填注漿料，通過試配讓其強度和韌性的特性接近加固后的土體，回填料無側限抗壓強度控制在1.0 MPa 左右。異形鋼環三角區填料如圖5 所示。

圖5 異形鋼環三角區填料

3.5 盾構機整體始發

1）本標段采用整體始發，負環管片拼裝提供盾構掘進的反力，因此，負環管片采用正常隧道管片，負環共11 環，采用錯縫拼裝，拼裝定位為1 點和15 點，以提供更穩定的反推力。根據設計要求，始發階段長度為120 m。

2）盾構始發階段的物料運輸主要是管片和渣土的運輸。

管片的運輸：管片通過施工豎井調運至井底，在施工橫通道第二層通過叉車水平運輸至正線列車上。

渣土的運輸：因始發階段負環管片不能拆除，編組列車不具備軌行條件，始發階段采用皮帶輸送機出渣，皮帶輸送機在既有隧道及施工橫通道第一層內敷設，最終匯入施工豎井內土斗，通過龍門吊吊出。單線始發設置皮帶輸送機共計270 m。

3.6 盾構機正常掘進

始發120 m 后拆除負環管片，盾構機進入正常掘進階段，正常掘進階段同常規盾構施工相同。

3.7 盾構機到達接收

當盾構機推進距終點處10 環時，進行管片縱向拉緊聯系梁的安裝，拉緊連系梁采用槽鋼14b，拉緊條預埋件與注漿孔預埋件共用，采用M36 螺栓進行連接，當盾構機推進至西土城站樁基6 m 左右時放慢速度，通過刀盤磨樁使盾構機進入主體結構范圍即前盾前沿與西土城站主體結構外輪廓線重合即停止掘進。

3.8 盾構機解體吊出

盾構向南掘進到西土城站后，因西土城站不具備接收條件，根據施工安排及結構設計2 臺盾構機到達后只能采用棄殼洞內拆解。

拆除連接橋及1#～6#拖車頂部的皮帶輸送機、風機、風筒起吊架并通過電瓶車運到至反向隧道，最后再通過平移通道轉運至盾構井吊出。然后拆除油缸、拼裝機、螺旋機、人倉、主驅動等散件后運送至盾構井口吊出。盾殼作為結構永久留在隧道內。

4 結語

異形鋼環補償盾構側向始發技術在北京地鐵昌平線南延工程土建施工02 合同段學院橋站—西土城站盾構區間得到了成功應用，整體效果較好，正常掘進過程中日最大掘進量為20 環，平均日掘進量為12 環。該項施工技術的應用有效地解決了側向始發面與正線斜交的問題，開辟了盾構始發的新模式，節約了工期，提高了經濟效益。在日后為盾構側向始發更廣闊的應用提供了技術依據，推廣前景巨大。