摘要：随着城市不断的发展，城市轨道交通地下工程盾构施工技术日趋成熟与发展，地下区间盾构施工场地将逐步缩小，盾构施工将面临在狭小场地、特殊工况下施工的难题。本文以深圳地铁6号线二期工程银～八区间左线盾构始大分体、小半径、开口环盾构始发施工为例，深入分析施工中存在的问题，提出解决问题的措施，并总结出一些方便施工的做法，为类似工程提供参考。
关键词：盾构；大分体；小半径曲线；开口环；姿态控制；施工技术
一、工程概况
银湖站～八卦岭站区间右线始发掘进段起讫里程YDK6+670.100～YDK6+570.100，长度100m；左线始发掘进段起讫里程ZDK6+676.353～ZDK6+576.353，长度100m。从掘进方向上看，始发掘进段平面处于R=500m的右转圆曲线上；竖向处于28‰的下坡，始发掘进段埋深18.26m～19.43m。
图1银~八区间平面图
二、地质概况
据地质详勘报告，银八区间盾构始发掘进段盾构主要穿越全风化花岗岩（W4）⑧1、砂土状强风化花岗岩（W3）⑧2-1、碎块状强风化花岗岩（W3）⑧2-2、中等风化花岗岩（W2）⑧3、微风化花岗岩（W1）⑧4。
图2 银~八区间左线地质纵断面图
三、盾构大分体、开口环、小半径始发施工技术
银～八盾构区间在深圳中学场地内设置一座盾构始发井，盾构始发井大里程端接在建6号线矿山法隧道，小里程至八卦岭车站，因场地条件限制，盾构始发井尺寸设置为15m*27.3m，且位于R=500m圆曲线上。
图3 盾构始发井结构平面图
3.1矿山法施工
由于盾构始发井内净空有限，考虑在盾构始发井大里程方向先施做一部分矿山法隧道作为盾构施工作业空间。根据盾构机台车长度、电瓶车长度、平板车长度及个数等确定矿山法施工长度为25m，考虑0.5m封堵墙，实际作业空间长24.5m。
3.2盾构机下井组装调试
传统的盾构始发是盾体和车架全部在井下组装调试后整体始发，负环管片整环拼装为盾构机提供反力，本区间由于盾构始发井结构尺寸的限制以及矿山法隧道未贯通，本区间盾构只能采用大分体始发，即仅吊装盾构机本体下井，后配套台车全部在地面，由接长管路链接车架和盾构机，使盾构机具备正常运转功能。
盾构机和车架连接的管路达大几十条，而且电线缆自重较大，故对下井的管线根据功能和接口位置进行分类排列，采用葫芦链条栓接在盾构机车架上防止管线路因自重较大导致接头损坏；井下管线路同在盾构机掘进期间，须同跟随盾构机移动，以往采用人工进行管线路移动，工作量大、工效极低；本次井下管线路采用自动行走装置，即在暗挖隧道内安装工25横梁及支架，在横梁上设置若干个滑轮，将分类绑扎的管线路悬挂在滑轮下部，在盾构机掘进期间，管线自动移动，杜绝管线路移动不及时被拉断的现象发生，同时减少工作量，提高施工效率。
图4 隧道内管线路布置
3.3 开口负环管片安装及加固
3.3.1 开口负环管片安装
受始发井制约，盾构机本体安装后，无垂直吊装空间，故在盾体下井之前，在矿山法隧道内存4环管片大三块，由40t龙门吊将管片放在管片运输车上，每辆平车可重叠3片，一次牵引二辆平板车运输一环管片至安装部位，拼装时，只拼装大三块管片，小三块管片不拼装，预留垂直吊装空间，负环管片拼装采用通缝拼装。管片脱出盾尾后，立即采用楔形木块将管片垫高，防止管片下掉造成下部无盾尾间隙。
3.3.2 开口负环管片加固
考虑盾构始发井尺寸较小，要利用盾构始发井出土，负环只能采用半环拼装（只拼装管片大三块），负环管片无法封闭成环。为了防止负环管片向下掉，需在管片外侧进行临时支撑。临时支撑采用20工字钢制作，支撑布置详见下图：
图5 管片拼装及加固断面示意图
3.3.3 开口负环管片受力验算
盾构处于全断面硬岩地层中掘进，为了防止盾构机台头，下部分区压力和两侧分区压力基本相等。负环管片半环拼装，管片有效受力面积仅一半。不考虑反力架承受极限的情况，半环管片能提供的最大极限推力为：
考虑盾构掘进时，管片与油缸撑靴接触，在极限状态下提供的最大推力为：
均大于设定掘进最大总推力1300t，满足要求。
3.3.4 开口负环管片与零环管片连接处理
负环采用半环拼装，为了保证负环管片受力均匀，无法按照正常拼装点位进行负环管片定位。负环管片与零环管片纵梁螺栓孔位相差18°，需对负环与零环连接处进行加固处理。
（1）在-1环小里程端，设置加强横梁，利用4根φ609（t=8）钢支撑将零环管片的力传递至反力架，如下图：
图6 负环横梁及钢支撑加固示意图
（2）负环管片范围内采用7根10#槽钢将负环与零环管片进行连接，如下图：
图7 负环与零环加固示意图
3.4 盾构小半径曲线始发
根据线路平面设计，盾构机始发阶段处于右转500m半径圆曲线上，始发地层位于全断面硬岩中，小半径始发盾构机姿态控制是始发掘进的难点，也是关键点。
本区间投入使用的盾构机长度10m，盾构机是一个整体的刚性体，在始发托架上不具备纠偏能力，如果采用切线始发，通过模拟计算，掘进一倍盾构机长度后，盾构机前点水平偏差为-50.8mm，水平偏差已超施工控制标准±50mm的要求，而且在下步掘进中需在全断面硬岩地层中进行纠偏，纠偏难度大，盾构机水平偏差易超限。
图8 切线始发盾构机水平偏差示意图
为保证盾构机掘进1倍盾构机长度（10m）后水平姿态偏差不超限，盾构机始发以1倍盾构机长度的弦线始发，通过模拟计算，最大水平偏差在弦线中心，偏差值为+25mm，满足施工阶段姿态偏差要求。
图9 弦线始发盾构机水平偏差示意图
表3-1 模拟水平姿态统计表
在确定盾构机始发后水平偏差不超限的情况下，按盾构机掘进周线方向反向延长线定位始发基座，并进行复核，确保盾构机始发定位准确。
图9 弦线始发盾构机基座安装示意图
四、施工过程中存在的问题及解决措施
银～八区间大分体始发没有充分考虑到后配套连接桥未安装，盾构机尾部重量减少约30t，（约263吨），不能有效平衡盾构机前体重量，造成进洞时前端盾体太重而栽头，始发后垂直姿态控制难度大，垂直姿态变化超过-50mm，超出施工期间允许偏差。
在发现该问题后，立即停止掘进，考虑到本台盾构机自重较大，且螺旋机下部及双轨梁无吊装管片空间，在螺旋机尾部上部平台及操作平台上堆载配重，增加盾构机尾部配重约20t，辅助垂直方向纠偏，同时，调节上、下部油缸推进油压差进行垂直姿态纠偏。
银～八区间通过在盾构机尾部增加配重，同时，采用调节上、下部油缸推进油压差的方式进行垂直姿态纠偏。垂直姿态由+8环（mm）：（前点-85、铰接-57、后点-44）到+17环垂直（mm）：（前点-44、铰接-55、后点-64），盾构机姿态得到控制，并开始回转。
五、结论
盾构大分体、开口环、小半径始发技术参数制定不当，通常极易引发盾构机掘进姿态超限，无法进行调线调坡将导致成型隧道失去原有功能，加之在全断面硬岩中进行纠偏，纠偏措施不当会造成盾构机被卡无法脱困等重大事故。
通过对大分体、开口环、小半径复杂工况进行理论研究、分析，以及在银～八区间盾构始发实践过程中及时总结和修正，各项施工参数均受控，为类似工程提供借鉴。
参考文献：
[1]GB 50157-2003.地铁设计规范[S].2003
[2]GB 50299-1999.地下铁道工程施工及验收规范[S].1999
[3]TB 10204-2002.铁路隧道施工规范[S].2002
[4]丁海明 盾构施工小半径曲线始发点及始发方向探讨 建筑技术2009年11期
[5]盾构隧道施工手册[M].人民交通出版社，张凤祥等编著，2005
论文作者:刘鹏程
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/8
标签：盾构论文; 管片论文; 区间论文; 偏差论文; 半径论文; 姿态论文; 里程论文; 《基层建设》2018年第21期论文;