張學忠

摘要：本文以長沙市軌道交通4號線【阜埠河站～碧沙湖站】盾構區(qū)間工程為背景，介紹了分體始發(fā)盾構設備改造原則、改造方案及始發(fā)方案取得了良好的經(jīng)濟和社會效益，以期為類似施工提供經(jīng)驗和技術參考。

Abstract：? Based on the shield section project of Changsha Metro Line 4 [Fubuhe Station ～ Bishahu Station]， this paper introduces the principle， transformation plan and originating plan of the split-origin shield equipment and has achieved good economic and social benefits to provide experience and technical reference for similar construction.

關鍵詞：土壓平衡;盾構;分體始發(fā);技術

Key words： earth pressure balance;shield;split-origin;technology

中圖分類號：U231+.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0154-03

0? 引言

隨著我國城市化進程的加快，具有節(jié)能、快捷和大運量特征的城市軌道交通建設愈趨受到眾多城市的關注，而盾構法施工憑借其施工的安全性、經(jīng)濟性、高效性等諸多優(yōu)點使其在城市地鐵建設中得到越來越廣泛的應用。

盾構法施工主要包括盾構始發(fā)、區(qū)間掘進、盾構接收3個階段，其中盾構始發(fā)與接收是盾構施工過程中的關鍵環(huán)節(jié)且風險性較高。盾構始發(fā)通常在已建好的車站或豎井內始發(fā)，根據(jù)始發(fā)工作井長度與盾構設備長度的關系，盾構始發(fā)方式主要分為兩種：一種為整體始發(fā)，即將盾構機盾體連同后配套拖車一起吊入始發(fā)工作井，組裝后整體始發(fā)掘進;另一種為分體始發(fā)，當始發(fā)工作井長度較小不能滿足整體始發(fā)時，將盾構機盾體和一部分主要的后配套拖車吊入始發(fā)工作井始發(fā)，待盾構隧道掘進足夠長度后，再將另一部分拖車吊裝下井進行二次組裝后按整體始發(fā)的模式繼續(xù)掘進。

1? 工程概況

1.1 工程概述

【阜埠河站～碧沙湖站】區(qū)間西起阜埠河站，沿阜埠河路展布，在里程YCK31+700～YCK32+850段橫穿湘江，東至碧沙湖站。本區(qū)間主要位于湘江兩側Ⅰ級沖積階地及湘江河床地貌單元，場地第四系覆蓋層厚度為2.00～27.80m，下伏基巖為白堊系礫巖、泥盆系砂巖、屬較碎～較完整巖體。隧道穿越地層主要為強風化礫巖和中風化礫巖。區(qū)間長度為1768.575m，隧道平均覆土深度約17m。

1.2 盾構選型

根據(jù)盾構隧道的外徑、長度、埋深、地質條件、圍巖巖性、土體的顆粒級配、地層硬稠度系數(shù)、土層滲透率及棄土容重等特征以及線路的曲率半徑、沿線地形、地面及地下構筑物等環(huán)境條件，以及周圍環(huán)境對地面變形的控制要求，結合掘進和襯砌等諸因素。經(jīng)分析比選最終確定本區(qū)間選用復合式土壓平衡盾構機進行施工，盾構機由刀盤、盾體、配套拖車組成，總長約83m，開挖直徑6.28m。

1.3 始發(fā)環(huán)境

本區(qū)間盾構從碧沙湖站始發(fā)，碧沙湖站位于南湖路以南，湘江中路與書院路之間的商業(yè)開發(fā)地塊;該處原狀為老舊低層民居、單層小廠房幼兒園和餐館，車站東側有南湖一號綜合體，南側有都江新苑、金域·南外灘及施工中的江山壹號，北側為保利國際廣場和保利心語住宅小區(qū)。周邊環(huán)境復雜、交通流量大且施工范圍內房屋拆除量大、難度較大。根據(jù)拆遷難易程度和施工進度節(jié)點，把碧沙湖站分成了3段進行施工，其中【阜埠河站～碧沙湖站】區(qū)間盾構在碧沙湖站的車站始發(fā)長度為69m，車站始發(fā)長度小于盾構機及后配套總長，需進行盾構分體始發(fā)。

2? 分體始發(fā)設備改造及要求

2.1 設備分體改造原則

本工程盾構設備改造以保證盾構順利始發(fā)為前提，兼顧成本與效率，遵循以下原則：

①最大限度利用原有設備，減少對原有設備不必要的改造;

②在滿足正常分體始發(fā)的前提下，盡量減少井下設備與地面設備之間連接管線長度;

③滿足始發(fā)時渣土及管片等材料與人員進出條件;

④滿足始發(fā)階段掘進完成后地面設備一次下井長度要求。

2.2 皮帶機改造

皮帶主驅動電機原位于5#拖車尾部，在分體始發(fā)階段將3#拖車改裝增設皮帶輸送機接口，并將皮帶機驅動電機與擋泥板、刮渣板整體改裝至3#拖車尾部，待分體始發(fā)結束后再恢復到原位。

2.3 水循環(huán)系統(tǒng)改造

在3#拖車尾部左側增設設備平臺，將原位于4#拖車上的內循環(huán)水泵改裝到3#拖車尾部左側增設的平臺上，然后將內循環(huán)水泵與3#拖車內循環(huán)水系統(tǒng)管路連接。將外循環(huán)水管直接從外循環(huán)水泵連接至3#拖車尾部左側的外循環(huán)過濾器，經(jīng)過濾器連接至內、外循環(huán)水的熱交換器上。

2.4 出渣系統(tǒng)改造

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，針對盾構-2環(huán)前的管片及渣土吊運難題進行論證研究，最終確定在管片小車上方用H型鋼焊接一個門字架，門字架上放置可左右移動滑輪，滑輪上連接一個掛鉤，掛鉤上放置一個手拉葫蘆進行臨時吊裝平移倒運的方案。同時在拖車與車站站臺結構間鋪設軌道，并在軌道上放置一個管片小車供運輸使用。出渣時，將小渣斗掛在門字架上的手拉葫蘆上，人工拉動手拉葫蘆將小渣斗提升，并利用門字架上的滑輪將小渣斗平移至管片小車上，然后將管片小車推至適當位置后用叉車叉起小渣斗并運送至另一條隧道的車站預留出渣口處，用龍門吊將小渣斗吊至地面出渣。轉運管片時，與上述出渣過程相反。

2.5 主電力系統(tǒng)改造

由于變壓器設置于4#拖車，配電柜設置于3#拖車，4#拖車變壓器出線母排需使用延長電纜與3#拖車配電柜接線，在3#拖車尾部右側增加接線箱，原盾構機變壓出線母排接線改接至接線箱，增加接線箱至變壓器出線母排延長線。

3? 盾構分體始發(fā)方案

由于碧沙湖站始發(fā)車站結構長度小于盾構及后配套總長度，所以阜碧區(qū)間盾構只能采用“一次始發(fā)，二次組裝”的始發(fā)方式進行施工，即盾構后配套從3#拖車分體，4#、5#、6#拖車放置地面，先將盾構主機及1#～3#拖車吊放入井就行組裝調試后進行始發(fā)掘進，待掘進一定長度后再將4#～6#拖車吊放入井進行二次組裝，二次組裝調試完成后按照整體掘進方式進行盾構施工。盾構分體始發(fā)主要工藝流程詳見圖2。

3.1 分體始發(fā)盾構組裝方案

將盾體、設備橋、1#～3#拖車下井，其余后配套拖車放置于地面上，利用軟管進行管線的延長。延長管線從車站結構預留的盾構吊裝孔進入車站內部與3#拖車進行連接。3#拖車主要為配電柜、循環(huán)水泵、泡沫系統(tǒng)。（圖3、圖4）

3.2 盾構二次組裝

盾構掘進至滿足盾構整體正常掘進后，開始對負環(huán)管片進行拆除，負環(huán)管片拆除后在盾構井內重新進行軌道鋪設，利用吊車將位于地面的4#～6#拖車下井并平移至洞內進行連接調試，調試合格后進行整機掘進。

3.3 始發(fā)掘進

盾構始發(fā)時利用盾構機推進千斤頂和管片將千斤頂推力均勻傳遞到反力架上，盾尾通過洞門后逐步建立保壓始發(fā)掘進模式繼續(xù)掘進。分體始發(fā)階段主要掘進參數(shù)如下：

①掘進土壓：1.8±0.1bar;

②刀盤轉速：1.3～1.4rpm;

③掘進速度：25～35mm/min;

④總推：800～1100t力;

⑤刀盤扭矩：

1500～2200kN·m;

⑥出碴量：≤60m3/環(huán);

⑦同步注漿量：6～7m3/環(huán);

⑧注漿壓力：注漿壓力控制在2.5～3.5bar;

⑨盾構軸線糾偏控制：≤4mm/環(huán);

⑩盾尾油脂：約50～80kg/環(huán)。

盾構分體始發(fā)掘進施工，盾構掘進與管片拼裝交替進行，在掘進過程中，渣土通過渣土運輸車運輸至盾構始發(fā)結構預留洞口處然后通過垂直運輸設備提升至地面運出;管片通過垂直運輸設備吊入始發(fā)井通過管片車運輸至盾構主機與后配套連接處后，再通過管片吊機吊運至管片拼裝機下方，然后進行管片拼裝，管片采用錯縫拼裝，為先下后上、先縱后環(huán)、先標準塊再鄰接塊最后封頂塊、左右交叉、縱向插入、封頂成環(huán)工藝。

盾構始發(fā)主要施工工序流程如圖5。

3.4 電瓶車編組優(yōu)化

盾構分體始發(fā)階段盾構掘進效率取決于出渣效率，合理選擇出渣方式和電瓶車編組對盾構始發(fā)掘進尤為重要。分體始發(fā)初期階段1#拖車同步注漿系統(tǒng)位于井下，為了便于出渣暫不配置砂漿車，而是通過砂漿管路直接將砂漿輸送至1#拖車上的砂漿罐內，隨著盾構掘進的進行待出現(xiàn)可供變化編組空間時及時對電瓶編組進行優(yōu)化。

3.4.1 第一階段

-4環(huán)～-2環(huán)只配置一節(jié)運輸車根據(jù)掘進情況交叉運輸渣土和管片，運輸渣土采用1方的渣斗，受車站底板結構上翻梁影響只能通過門型架將渣斗吊離運輸車或將管片吊至運輸車。

3.4.2 第二階段

-2環(huán)～+4環(huán)繼續(xù)配置一節(jié)運輸車根據(jù)掘進情況交叉運輸渣土和管片，此時施工已不在底板結構上翻梁影響范圍內，直接通過叉車倒運渣斗和管片。

3.4.3 第三階段

+4環(huán)～+20環(huán)配置兩節(jié)運輸車根據(jù)掘進情況交叉運輸渣土和管片，直接通過叉車倒運渣斗和管片。此時在車站中板設置砂漿存儲罐，地面砂漿攪拌站的砂漿通過輸漿管先輸送存儲在中板砂漿儲存罐內，然后再通過輸漿管道直接輸送至盾構機砂漿存儲罐內。

3.4.4 第四階段

始發(fā)掘進20環(huán)后，出土口位置脫離拖車范圍后，電瓶車重新編組，采用電瓶車機頭+兩節(jié)管片車+ 一節(jié)砂漿車+三節(jié)渣車進行編組。出渣及管片下井通過出土口進行吊運，砂漿從中板砂漿儲存罐接輸漿管道輸送至砂漿車內。

3.4.5 第五階段

始發(fā)掘進68環(huán)滿足后續(xù)拖車下井長度后，將4#～6#拖車吊放入井進行二次組裝，電瓶車重新編組，采用電瓶車機頭+兩節(jié)管片車+ 一節(jié)砂漿車+五節(jié)渣車進行編組，以滿足正常掘進。

4? 結束語

①分體始發(fā)雖然較整體始發(fā)具有始發(fā)難度大、初期掘進效率低、對設備要求高等缺點，但其憑借占地面積小、節(jié)省工程投資等優(yōu)點，對城市繁忙地段土地資源緊張地段盾構始發(fā)施工具有重要意義。②分體始發(fā)需結合工程情況、熟悉設備性能，選擇最佳的分體始發(fā)方案。本工程在分體始發(fā)階段通過將第5#拖車上的出渣口臨時改到3#拖車上，同時為了減少盾構機上水循環(huán)系統(tǒng)延遲管線，將位于第4#拖車上的水循環(huán)系統(tǒng)臨時改到3#拖車，待分體始發(fā)完成后再按要求復原。③本區(qū)間為長沙地鐵建設中首次采用分體始發(fā)的盾構區(qū)間，本次分體始發(fā)的順利實施，對類似工況條件下盾構始發(fā)施工具有借鑒意義。

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