（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016）

為減少施工對城市交通的影響，部分隧道線路在規(guī)劃時(shí)會(huì)限制始發(fā)井尺寸[1]。然而，在部分特殊地域，隧道始發(fā)井會(huì)被限制為極小尺寸始發(fā)井，例如，在新加坡、中國臺(tái)灣地區(qū)等地隧道始發(fā)井均為極小尺寸始發(fā)井。在現(xiàn)有技術(shù)中，針對始發(fā)場地受限的施工案例，對始發(fā)過程中的下井順序及負(fù)環(huán)拼裝工序有詳細(xì)介紹[2]，對始發(fā)過程中的推進(jìn)參數(shù)有詳細(xì)闡述[3]，對始發(fā)過程中的液壓流體管線及電氣線路的連接也均有詳細(xì)說明。此外，在針對始發(fā)井尺寸受限的情況下，對多種分體始發(fā)方案進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析，并選取了較優(yōu)方案[4]。然而，上述施工案例在盾構(gòu)分體始發(fā)時(shí)，始發(fā)井空間可以容納管片運(yùn)輸及吊裝、渣土輸送裝置，從而滿足管片拼裝及出渣需要。當(dāng)始發(fā)井為極小始發(fā)井時(shí)，由于結(jié)構(gòu)空間限制，盾構(gòu)會(huì)面臨嚴(yán)峻的出渣工序問題及管片拼裝等問題。另外，為了及時(shí)將填充至管片背部的漿液凝固，從而控制管片懸浮及地表沉降，部分盾構(gòu)會(huì)采用雙液注漿系統(tǒng)[5]。當(dāng)始發(fā)井為極小始發(fā)井時(shí)，為避免雙液注漿在長距離始發(fā)時(shí)反沖洗管路中的漿液凝固，雙液注漿下放問題也亟待解決。

本文針對極小始發(fā)井，對盾構(gòu)分體始發(fā)過程中遇到的問題進(jìn)行討論，并提出解決方案，為后續(xù)極小尺寸始發(fā)井下盾構(gòu)的分體始發(fā)提供理論依據(jù)。

1 分體始發(fā)問題

圖1 為新加坡某項(xiàng)目始發(fā)井尺寸圖，井長約30m，出渣口尺寸為7.5m×4m，用于吊運(yùn)渣箱及下放管片。根據(jù)招標(biāo)要求，管片環(huán)寬L=1.4m，開挖直徑D=6.68m，采用土壓平衡盾構(gòu)施工，正常掘進(jìn)時(shí)采用皮帶機(jī)配合礦車出渣。盾構(gòu)主機(jī)長度為14.5m，去除出渣口及邊墻余量尺寸，剩余約6m 長空間。因此，基于此極小尺寸始發(fā)井，盾構(gòu)在采用分體始發(fā)時(shí)，會(huì)面臨下述問題。

圖1 極小始發(fā)井尺寸圖

1.1 出渣問題

在常規(guī)分體始發(fā)案例中，盾構(gòu)主機(jī)下井后，后配套拖車因?yàn)槌叽缦拗撇蛔阋匀肯戮?，可將皮帶機(jī)出渣口前移，作為臨時(shí)皮帶機(jī)使用，配合礦車達(dá)到運(yùn)輸渣土的目的，圖2 所示為常規(guī)分體始發(fā)出渣示意圖。

圖2 常規(guī)分體始發(fā)出渣示意圖

在極小始發(fā)井始發(fā)條件下，由于受到結(jié)構(gòu)空間限制，主機(jī)下井后，剩余空間不足以放置一個(gè)臨時(shí)皮帶機(jī)進(jìn)行渣土輸送。為此，只能依靠礦車直接從螺旋輸送機(jī)出渣口接收渣土，從而將渣土從始發(fā)井出渣口吊出。每環(huán)的出土方量Q環(huán)為

式中D——盾構(gòu)開挖直徑，為6.68m；

L——管片環(huán)寬，為1.4m；

α——渣土松方系數(shù)，參考該項(xiàng)目地質(zhì)情況，選取為1.5。

由式（1）求得每環(huán)的出土方量為73.6m3。如圖1 所示，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，可采用的最大渣斗方量為6m3。采用該渣斗出渣，每環(huán)需出渣13 次，既每環(huán)需要頻繁停機(jī)13 次，從而極大地增加了運(yùn)渣時(shí)間。

1.2 雙液注漿下放問題

雙液注漿具有凝固時(shí)間段、固結(jié)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，施工中可以有效降低管片上浮并控制地表沉降。然而，由于雙液注漿凝固快的特點(diǎn)，當(dāng)每環(huán)注漿完后，需對雙液注漿混合處管路進(jìn)行徹底的水沖洗，以防止管路堵塞。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要，雙液注漿罐體放置于二號拖車上，雙液注漿控制系統(tǒng)放置于設(shè)備橋上。根據(jù)圖1 所示始發(fā)井所示，雙液注漿罐體無法隨同主機(jī)始發(fā)。當(dāng)進(jìn)行長距離始發(fā)時(shí)，為避免因距離過長，導(dǎo)致雙液注漿管路沖洗污水因長距離運(yùn)輸而堵塞管路，雙液注漿控制系統(tǒng)應(yīng)跟隨主機(jī)進(jìn)行始發(fā)。

1.3 管片拼裝問題

如圖3 所示，管片從始發(fā)井出渣口下放至管片小車，并通過礦車運(yùn)輸至拼裝區(qū)域。在常規(guī)始發(fā)井始發(fā)時(shí)，由于始發(fā)井尺寸足夠，管片吊裝系統(tǒng)既管片吊機(jī)和管片運(yùn)輸系統(tǒng)以及管片運(yùn)輸小車可跟隨主機(jī)一同始發(fā)，管片可正常完成拼裝。

圖3 管片轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖

當(dāng)在極小始發(fā)井始發(fā)時(shí)，由于管片運(yùn)輸小車和管片吊機(jī)無法隨同主機(jī)一起始發(fā)，管片在跟隨礦車運(yùn)輸至拼裝區(qū)域時(shí)，因方向垂直于正常拼裝方向，無法完成拼裝。為了拼裝管片，需在螺旋輸送機(jī)尾部懸掛吊點(diǎn)，依靠手動(dòng)吊運(yùn)裝置將待拼裝管片吊起并通過人工將待拼裝管片旋轉(zhuǎn)至拼裝方向，然后將待拼裝管片下放至編組軌道上，通過管片拼裝機(jī)拖拽至拼裝區(qū)域完成管片拼裝。

上述管片吊運(yùn)及旋轉(zhuǎn)方法雖可完成管片拼裝，但因其需要人工操作，且工序復(fù)雜，會(huì)極大增加管片拼裝時(shí)間。此外，由于人工參與程度較高，會(huì)極大地提高施工風(fēng)險(xiǎn)。

2 解決方案

針對上述極小始發(fā)井下分體始發(fā)問題，可采用在螺旋輸送機(jī)出渣口處連接排渣箱體、主機(jī)后部拖拉臨時(shí)平臺(tái)以及管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)運(yùn)管片工序，如圖4 所示。

圖4 極小始發(fā)井下始發(fā)工序示意圖

2.1 排渣箱體

如圖5 所示為排渣箱體結(jié)構(gòu)示意圖，排渣箱體連接在螺旋輸送機(jī)出渣口，渣土通過螺旋輸送機(jī)出渣口進(jìn)入排渣箱體，然后經(jīng)過延伸管路排出。其上設(shè)計(jì)有渣土改良孔，可以通過改良孔對排渣箱體內(nèi)的渣土進(jìn)行潤滑改良，從而促進(jìn)渣土的排出。

圖5 排渣箱體結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)排渣箱體與延伸管路對渣土進(jìn)行延伸后，接渣區(qū)域空間增大。根據(jù)結(jié)構(gòu)空間尺寸要求，可采用15m3或18m3渣車進(jìn)行接渣，根據(jù)每環(huán)的出土方量Q環(huán)為73.6m3，每環(huán)運(yùn)渣4～5 次即可完成渣土運(yùn)輸，從而大大縮短渣土運(yùn)輸時(shí)間，提高掘進(jìn)效率。

2.2 臨時(shí)平臺(tái)

臨時(shí)平臺(tái)通過連桿連接于管片拼裝機(jī)尾部，可以跟隨主機(jī)一起始發(fā)，臨時(shí)平臺(tái)可根據(jù)始發(fā)井尺寸要求設(shè)計(jì)合適的尺寸。臨時(shí)平臺(tái)上放置雙液注漿控制系統(tǒng)，包括雙液以及反沖洗水控制閥塊和流量計(jì)，并通過管路連接于主機(jī)上的注漿管路。當(dāng)每環(huán)注漿完成后，可通過雙液注漿控制系統(tǒng)對主機(jī)上的注漿管路進(jìn)行沖洗，沖洗污水可直接通過管路排出，降低管路因漿液凝固而堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車

如圖6 所示為管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車結(jié)構(gòu)示意圖，可跟隨礦車將管片轉(zhuǎn)運(yùn)至管片拼裝區(qū)域。其上設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)動(dòng)油缸，可帶動(dòng)管片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)管片跟隨管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)運(yùn)至管片拼裝區(qū)域后，管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)動(dòng)油缸帶動(dòng)管片旋轉(zhuǎn)至拼裝方向，通過管片拼裝機(jī)完成管片拼裝。通過上述裝置可在始發(fā)時(shí)減小管片拼裝過程中人工參與程度，縮短管片拼裝時(shí)間，提高掘進(jìn)效率。

圖6 管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)論

本文針對極小始發(fā)井，對盾構(gòu)分體始發(fā)過程中遇到的問題進(jìn)行討論，并提出解決方案，得到下述結(jié)論。

1）在極小始發(fā)井下，盾構(gòu)在螺旋輸送機(jī)出渣口可安裝排渣箱體及延伸管路來增加容納大方量渣車的空間，從而提高始發(fā)掘進(jìn)效率。

2）在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，雙液注漿控制系統(tǒng)應(yīng)跟隨主機(jī)同步始發(fā)，以防止管路堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

3）在極小始發(fā)井下，盾構(gòu)可采用特殊裝置——管片臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車來旋轉(zhuǎn)管片，縮短管片拼裝時(shí)間，提高掘進(jìn)效率。