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地铁盾构机小曲线半径分体始发技术

摘 要：广州市轨道交通六号线盾构三标【黄沙站～海珠广场站】盾构区间工程，由于受始发场地的影响和限制，需在250米半径的小曲线上进行分体始发，本文结合工程实例，介绍小曲线半径始发技术及质量控制重点，希望能为同行参考。
关键词：盾构 小半径分体始发 始发布置 始发控制要点

目前在我国的地铁隧道施工中已经广泛采用盾构法施工，盾构法施工主要技术为始发、掘进、到站等几个方面。其中盾构始发技术有两种：一种为整体始发，将盾构机盾体连同后配套台车一起吊入始发端，组装后整体始发掘进；另一种为分体始发，当受盾构始发场地限制时，将盾构机盾体和一部分主要的后配套台车吊入到始发端始发，待盾构隧道掘进到足够的长度后，再将另一部分台车重新组装后按整体始发的模式进行第二次始发。
始发环境及设备情况 工程为广州市轨道交通六号线【黄沙站～海珠广场站】盾构区间工程，包括海珠广场站～一德路站、一德路站～文化公园站、文化公园站～黄沙站三个盾构区间隧道及其附属工程，盾构区间全长4814.968m，其中左线长2398.862m，右线长2416.106m。
盾构始发井净空平面为始发盾构始发段位于250m半径的圆曲线上，盾构初始掘进段为80m，纵向4.7‰的上坡，隧道埋深28.6m。采用环宽1.2m和1.5m两种管片，其中半径小于等于300m的曲线隧道段采用环宽1.2m管片，其余采用环宽1.5m的标准管片。
始发段隧道穿越的地层主要为<8>粉砂泥岩中风化层，局部为《9》粉砂泥岩微风化层，岩石的最大单轴抗压强度为10MPa，岩层条件较好，地下水类型主要为赋存于第四系土层中的孔隙水和赋存于基岩风化层中的裂隙水，盾构始发井距离珠江约150m，地下水与珠江水有较紧密的联系。
图1 盾构始发井平面图盾构小半径始发方案的确定

图2 加长管线在盾构始发井的布置盾构设备在小曲线半径分体始发的布置（－50mm～＋50mm）
图4 盾构机始发方向示意图楔形环的确定
反力环共两环，宽度为300mm，第一环为开口环，安装在楔形环与开口负环之间，第二环为连接开口负环和整负环，开口负环与整环的纵向螺栓不能一一对接，利用一环反力环进行转接。
楔形环安装在反力架与反力环之间，楔形量为6000×tan（90°-88.3887°）=169mm。
3.3
根据始发竖井的长度，盾构机始发基座设计为两段，分别为5.4m和5.1m。盾构始发时处于4.692‰的上坡上，为防止盾构机扎头，始发基座设计成在盾构机安装在基座上后，刀盘的中心比盾构洞门的理论中心略高1.7cm，防止盾构机向下扎头，保证盾构沿设计坡度始发。另外，在洞门圈下部施做钢筋混凝土导台，防止盾体前部脱离始发托架后因重量较大向下扎头。
图5 盾构始发前的负环和反力架布置情况

一、 始发掘进质量控制要点
4.1、为确保分体始发的成功，要严格控制始发基座、反力架和负环的安装定位精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。
4.2、在盾尾壳体内安装管片支撑垫块（采用高50mm，长1500mm槽钢），为管片在盾尾内的定位做好准备。
4.3、前三环开口负环的管片的定位非常重要，在每环的第一块A形管片就位后，用水平尺检验管片是否水平、对称。安装时要注意使管片的位置与理论位置相对应转动角度一定要符合设计，位置误差不能超过10mm。
4.4、在始发过程中，如发现支撑系统（反力架、始发基座、负环、反力环等）出现变形，应立停机加固。
4.5、当盾尾脱离洞口密封后，同步注浆及利用洞口预埋注浆管进行双液浆封堵极为重要。同步注浆采用凝结时间短的配比。
4.6、管片在被推出盾尾时，要及时进行支撑加固，防止管片下沉或失圆。
4.7、初始掘进时，盾构机处于始发基座上。因此，需在始发基座及盾构机上焊接相对的防转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。
4.8、在始发阶段要注意推力、扭矩的控制，尽量使用底部千斤顶，并利用左右千斤顶编组的推力差来控制盾构机的姿态；同时要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发基座提供的反扭矩。
4.9、盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。
4.10、随盾构的推进，通过手拉葫芦下放悬吊在竖井井壁上的1＃台车与盾体之间的加长管线，免加长管线承受较大应力。
二、 始发掘进的施工效果
始发掘进前25环的盾构机水平姿态统计见表1（由于VMT设置原因，盾构机姿态数据记录从+1环成环开始，但盾构机前点已经到达+5环，所以前4环盾构机姿态没有数据）。从表中可以看出，盾构机的水平姿态在开始时趋势由正转负，在第16环出现最大偏差后，随后趋势转变为正值，偏差逐渐减小，整个分体始发过程均在控制范围内。
表1 VMT统计表
环号
盾构机姿态（mm）
管片状态（mm）
后
前
趋势
水平姿态
错台
1
-
-
-
-20
4
2
-
-
-
-12
5
3
-
-
-
8
5
4
-
-
-
20
4
5
20
48
7
46
4
环号
盾构机姿态（mm）
管片状态（mm）
后
前
趋势
水平姿态
错台
6
32
27
-1
32
3
7
37
19
-4
38
5
8
31
11
-5
11
4
9
20
1
-5
-10
3
10
3
-6
-2
-14
3
11
-7
-12
-1
-27
5
12
-7
-31
-6
-20
2
13
-21
-38
-4
-42
3
14
-26
-42
-4
-40
5
15
-41
-45
-1
-47
2
16
-49
-48
0
-45
4
17
-48
-44
1
-43
3
18
-30
-39
-2
-48
3
19
-48
-40
2
-46
3
20
-49
-34
4
-35
5
21
-48
-33
4
-22
4
22
-46
-26
5
-27
2
23
-35
-23
3
-25
2
24
-36
-20
4
-18
3
25
-26
-18
2
-12
5
从始发段（80m）的成型隧道外观观察，管片无崩角、裂边情况，最大错台为5mm，没有出现接缝处明显漏水现象，施工效果良好，详见下图

图6 始发80m段完成后隧道效果图
三、 施工体会
【黄沙站～海珠广场站】盾构始发的顺利完成，证明了复合型土压平衡盾构机在250m的小半径曲线上分体是完全可行的，关键要根据盾构机在小半径圆曲线上始发，盾构机姿态难以控制、成型隧道水平位移较大，易造成管片严重错台，或隧道严重侵限等工程难点，通过确定合适的始发方向，精确的掘进参数控制，并结合同步注浆、二次注浆等盾构施工手段控制成型的隧道，满足设计、规范要求。
并且，要根据盾构机的工作原理，对盾构机机电设备布置进行周详的考虑，对盾构机上设备进行合理的改造，替代，以达到分体始发的功能。