盾構機分體始發安全技術研究

左永發（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

受復雜的周邊環境及施工場地狹小等因素的影響，盾構工程中經常會出現盾構始發工作井的結構長度小于盾構機總長度的情況，致使盾構機及后配套設備不能一次性安裝到位，需要采取分體始發的施工技術，其面臨的主要問題有：①在盾構始發工作井結構尺寸一定的情況下，科學合理地確定盾構機分體始發的分節長度，最大限度地降低盾構機管路改裝的數量，是降低盾構機分體始發故障率，保障盾構順利始發的關鍵；②盾構機分體始發時，受工作井長度及盾構機的構造尺寸影響，與之配套的電機車編組在分體始發掘進的過程中不能滿編使用，合理確定此階段的水平運輸方式決定著盾構始發掘進的工作效率。本文以蘇州市胥江引水工程的盾構施工為例，針對以上問題進行了分析并形成了技術總結。

1 工程概況

蘇州市胥江引水工程引水隧道采用盾構法施工，線路全長 2.1 km，為單線隧道。盾構始發工作井受其北側既有220 KV 高壓架空線及南側既有軌交 3 號線制約影響，長僅38.9 m，寬 10.1 m。本工程采用的小松 φ 6 340 mm 土壓平衡盾構機全長 66.88 m（含盾構機本體、連接橋架及 6 節后配套臺車），配套電機車整列編組長度 46.2 m（含 1 節機頭，4 節土箱，1 節漿車，2 節管片平板車）。盾構始發工作井長度不能滿足盾構機正常始發要求，故盾構機需采用分體始發技術進行始發，待盾構機掘進一定長度，工作井及隧道內長度滿足盾構機整機始發要求時將分體始發放置在井上的后配套臺車吊裝下井，組裝調試后進行二次始發。

2 盾構機分體始發施工工藝

2.1 盾構機分體始發分節長度確定

盾構機分體始發分節長度需綜合考慮盾構始發工作井長度、盾構機分體始發時相關管路、零部件改造的工作量以及盾構機分體始發階段的施工效率最大化，以在滿足盾構機分體始發的條件下盡可能少的改造盾構機及其后配套設備的零部件為原則，提高盾構機改造的功效，降低被改造部件的故障率。

蘇州市胥江引水工程盾構始發工作井長 38.9 m，寬10.1 m，所采用的小松 φ 6 340 mm土壓平衡盾構機各部位尺寸如表 1 所示。

表1 盾構機各部件尺寸一覽表

根據本工程盾構始發工作井長度及盾構機各部件尺寸可知，在保證盾構施工具備水平運輸條件的情況下，盾構機分體始發分節長度可有以下兩種。

方案一：盾構機本體在井下組裝，后配套臺車放置在地面，接長配套管路與盾構機本體連接，組裝調試后始發；

方案二：盾構機本體、連接橋架及第一節臺車在井下組裝，其余臺車放置在地面，接長配套管路與盾構機本體連接，組裝調試后始發；

方案一中盾構機本體長度 8.68 m，工作井內還有 30 m左右的空間可為盾構施工時水平運輸提供條件，但盾構機需要改造管路較多，尤其同步注漿漿管，加長改造后極易發生堵塞（本工程采用的盾構機同步注漿漿箱位于第一節臺車）；方案二中盾構機本體長度 8.68 m，連接橋架 14 m，第一節臺車長度 6.5 m，工作井內還有 9 m 左右的空間可為盾構施工時水平運輸提供條件，盾構始發掘進初期不能使用電機車編組，水平及垂直運輸條件較為不利 。方案一隨著盾構機始發掘進距離的增加其注漿管路會隨之加長，注漿管堵塞的不利條件會愈發突出；方案二中隨著盾構機掘進距離的增加，其水平運輸的條件也會越來越有利；故方案二為本工程的最優方案。

2.2 盾構機分體始發施工順序

盾構施工場地及盾構始發工作井內布置完成，盾構機吊裝的準備工作完成后進行盾構機吊裝。先將盾構的支撐環、切口環、刀盤依次吊裝到位后，在將螺旋輸送機及盾尾、連接橋架、第一節臺車吊裝下井，隨后將第 2～第 6 節臺車依次按照順序放置在地面指定位置，最后進行盾構機安裝、調試。盾構機經驗收合格后鑿除洞門，盾構機始發掘進。

2.3 盾構機分體始發階段水平運輸方式

盾構工作井長度僅有 38.9 m，盾構機本體、連接橋架及第一節臺車總長度約 29 m，除刀盤前方預留洞門鑿除的作業空間外，工作井內僅剩余 9 m 左右的空間，不滿足電機車水平運輸及垂直運輸作業條件。故在盾構始發掘進初期分別在盾構工作井小里程端及盾構機盾尾后方安裝一臺卷揚機，通過卷揚機拖動電機車配套的平板車實現水平運輸，卷揚機將平板車拖動至脫出盾構機第一節臺車后采用盾構工作井上方的門式起重機實現垂直運輸。

盾構始發掘進初期，采用一節平板車與卷揚機協同進行水平運輸，同步注漿漿液由設置在地面的拌漿站通過管道直接輸送至盾構機的同步注漿漿箱內，不在另行通過漿車運輸；盾構渣土運輸采用特制的小土箱，盾構渣土從螺旋輸送機直接排放至小土箱，通過卷揚機拖動的平板車運送至垂直吊裝口；每環掘進完成后，將土箱吊離平板車，將管片吊放至平板車上運送至作業面。當盾構掘進至工作井內空間有20 m 左右時，可撤去卷揚機，將電機車機頭吊裝入井，通過機頭拖動板車實現水平運輸。

3 盾構機分體始發與二次始發的轉換施工

3.1 盾構機停機轉換注意事項

盾構機掘進至工作井及隧道內長度滿足盾構機整機始發要求時，盾構機停機轉換，將分體始發放置在井上的后配套臺車吊裝下井，組裝調試后進行二次始發。本工程盾構掘進至 80 m 時停機轉換，盾構機停機轉換需注意：

（1）盾構停機轉換需選擇好時機，盡可能選擇在盾構機所處位置地質條件良好，地面周邊環境無重大風險源的施工段停機轉換，并加快轉換施工進度，做好相關應急預案。

（2）盾構停機前通過盾構機本體的徑向注漿孔對盾構機外圍的土體進行注漿加固，防止盾構機停機時發生“栽頭”現象。

（3）盾構停機前合理計算盾構刀盤前方土壓力，做好盾構機土倉及螺旋機的保壓工作，關閉好螺旋機閘門，使土倉壓力大于刀盤前方的土壓力 0.02 MPa 左右，防止盾構前方土體坍塌造成地面沉降過大。

（4）盾構停機前拼裝完成的 5 環管片背部粘貼海綿條，加大盾尾油脂注入量，防止停機期間發生盾尾漏砂現象。

（5）盾構機停機前在盾構機內備好注漿機、水泥、聚氨酯等應急物資并安排好值班人員 24 h 值班，防止停機期間發生漏水漏砂事故。

圖8示，以CON組(Atg5相對表達量=1±0.005)為標準，NC組和Si-Atg5組中Atg5相對表達量分別為1.07±0.04和0.40±0.06，NC組和Si-Atg5組比較，差異有統計學意義，F=2.729，P=0.019。

3.2 盾構機轉換二次始發施工順序

盾構機停機后拆除第一節臺車與地面其余臺車之間的管路連接，拆除洞口負環管片及反力架，依次將第二節～第六節臺車吊放至工作井內，利用電機車車頭將臺車拖拉到指定安裝位置后進行組裝調試，隨后進行電機車編組及軌道安裝工作。盾構機組裝調試驗收合格后進行二次始發，恢復正常掘進。

盾構機轉換二次始發恢復正常掘進，采用兩列電機車編組進行水平運輸工作，需要安裝道岔，本工程盾構工作井尺寸較小，無法在工作井內安裝道岔，故在隧道內安裝“人”字形道岔供電機車編組“會車”，道岔安裝示意圖如圖 2 所示。

盾構機配套使用的電機車編組滿編長度為 46.9 m，而盾構工作井長度僅為 38.9 m，電機車編組長度大于工作井長度，不能滿足垂直吊裝條件，所以需對電機車編組進行調整。1 號電機車編組為 1 個機頭＋3 土箱＋1 漿箱＋1 節管片平板，編組長度為 35.9 m，滿足垂直運輸條件；2號電機車編組為 1 個機頭＋3 土箱＋2 節管片平板，編組長度為34.5 m，滿足垂直運輸條件。采用此編組時需預先在片拼裝作業面存放一環管片，電機車水平運輸 3 次可完成 2 環管片的掘進、安裝。

4 盾構機分體始發掘進及二次始發掘進階段質量控制要點

4.1 盾構機分體始發掘進階段質量控制要點

（1）盾構機分體始發掘進時地面臺車與井下設備的各連接管路須由專人負責，隨著盾構機掘進里程的增加不斷調整改造管路的長度及位置，防止管路被卡住或拉斷。

（2）盾構機在加固我內掘進時掘進速度不宜過快，適時開啟超挖刀，推力及扭矩不宜超過正常掘進的70%，防止反力架變形破壞或盾構機本體發生扭轉。

（3）盾構機盾尾進入洞門鋼圈后及時收緊洞門外側的簾布橡膠板，盾尾進入加固我后開始同步注漿；盾構機刀盤抵達止水帷幕后通過盾構機本體的徑向注漿孔注漿，防止止水帷幕外側的水涌入加固我引起洞門發生漏水漏砂；正環管片脫出盾尾 5 環后開始從＋1 環管片的注漿孔注入雙液漿封堵洞門，注漿壓力宜由小變大，最大不得超過 0.5 MPa，以防擊穿盾尾刷。

（5）盾構機刀盤出加固我前需建立起與理論值相匹配的土倉壓力，防止盾構機出加固我后出現“栽頭”或地面沉降較大等現象。

4.2 盾構機二次始發掘進階段質量控制要點

（1）盾構機轉換完成二次始發后應先緩慢轉動刀盤，隨后再恢復掘進，二次始發后初始掘進速度不宜超過2 cm/min。

（2）若停機期間盾構機姿態發生變化，二次始發后應遵循“勤糾緩糾”的糾偏原則通過調整管片楔形量及千斤頂分我推力緩緩糾正，單次糾偏量不可過大。

（3）總結盾構機分體始發掘進階段同步注漿量、管片上浮或沉降值、地表沉降值等參數，綜合考慮地質條件進一步優化二次始發掘進階段的施工參數，保證成型隧道的施工質量。

（4）加強電機車軌道的檢修，尤其是道岔處的檢修維護工作，電機車通過道岔時應緩慢通過，防止發生“脫軌”。

5 結 語

本文結合蘇州市胥江引水工程引水隧洞盾構始發工作井長度不足的條件下， 盾構始發施工面臨的技術難點，分析提出了適合該條件下盾構分體始發的最優技術方案，解決了有限空間下盾構分體始發的技術難題，顯著提高了盾構分體始發的施工效率，降低了工程施工風險，對后續類似工程盾構分體始發施工具有較強的借鑒意義。