近距离既有线路钢套筒盾构始发施工技术

近距离既有线路钢套筒盾构始发施工技术

闫广东1左航空2

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510010

摘要：以深圳地铁9号线西延线施工9112-4标工程实例为背景，通过展开技术攻关和实践，形成一套完善的采用钢套筒的土压平衡盾构始发技术，通过使用该技术，实现在近距离既有11号线的工况下，盾构顺利始发。

关键词：近距离既有线路钢套筒土压平衡

1、工程概况

1.1盾构区间概况

科技城站～红树湾站区间线路自科技城站沿白石路往东，下穿白石沙河立交后，再下穿大沙河进入到沙河高尔夫球场下方，下穿2号线后下穿高尔夫球场别墅区，往东下穿深圳外国语学校、海滨实验小学后上跨11号线到达终点红树湾站。

左线隧道埋深约11.6m～24.31m，右线隧道埋深约10.92m～24.44m。区间隧道采用两台Ф6280mm盾构机进行施工，成环隧道外径Φ6.0m，内径Φ5.4m，中心环宽1.5m，厚0.3m。

1.2工程地质

始发端头处地质情况如下：拱顶为<1-1>素填土、<2-1>淤泥质粘土，洞身为<3-2>粉质粘土、<3-5>砾砂、<3-5>砾砂为富水地层，与旁边深圳湾存在水力联系，水量补给丰富，受潮汐影响。

1.3端头加固

端头加固采用φ600@450双管旋喷桩+φ800@600三轴搅拌桩相结合的方式进行，加固区长10.8m,宽23.6m,垂直深度为从拱顶上方7.301m至隧道底部3m处。

2、工程重难点分析

2.1端头临近既有线路

端头临近11号线既有线：始发端头井左侧离11号线最小水平间距为2.31m，始发端头井右侧离11号线最小水平间距为1.57m。

2.2基坑开挖已造成影响

盾构始发井开挖时，11号线隧道影响较大并且多次出现连续报警，并召开专家分析会2次，11号线右线隧道最大变形量达到25mm，隧道最大下沉量-10.3mm；11号线左线隧道朝基坑方向最大变形量为22mm，隧道最大下沉量为-7.5mm。

3、总体施工方案

由于始发井端头临近11号线既有线：端头左侧离11号线左线隧道最小水平间距为2.31m，端头右侧离11号线右线隧道最小水平间距为1.57m。盾构始发井在基坑开挖过程中对11号线隧道影响较大并且多次出现连续报警，并2次召开专家分析会。11号线右线隧道最大变形量达到25mm，隧道最大下沉量-10.3mm。11号线左线隧道朝基坑方向最大变形量为22mm，隧道最大下沉量为-7.5mm。为减小对既有线11号线的影响，降低始发风险，现将常规盾构始发工法更改为密闭钢套筒始发，盾构密闭始发工法是根据平衡原理进行盾构始发施工。采用密闭始发工法施工是在盾构掘进前，在盾构始发井内安装钢套筒，盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构机在钢套筒内实现安全始发掘进。

4、关键施工技术

4.1钢套筒始发

1）洞门检查

钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头，造成刀盘损坏。如发现凿除砼保护层后有存在钢筋的现象，则应对侵入洞门范围的钢筋进行割除，确保盾构始发的安全、顺利。

2）安装钢套筒下半圆

①在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井底盾体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动。

②吊下第一节钢套筒的下半段，使钢套筒的中心与事先确定好的井底盾体中心线重合，在与第二节的下半部连接过程中要注意水平位置与纵向位置的一致，确保螺栓孔对位准确，并用高强螺栓连接紧固，连接完成后，及时对钢套筒底部和腰部进行加固。

③在过渡环安装过程中，由于始发轴线与端墙存在一定的夹角，故过渡环法面需进行切割。

3）钢套筒内安装盾构机

在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接。

4）安装钢套筒上半圆

盾构机主体安装调试完成后，安装钢套筒上半圆，安装好以后，需进行压紧螺栓的调整。对每一处连接安装的地方进行检查，确保其连接的完好性，尤其是对于钢套筒的上下半圆和节与节部分之间连结的检查，发现有隐患，要及时处理。

5）安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面

钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后，安装负环、盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面。

6）钢套筒内回填砂

盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内进行填砂，本次填砂将整个钢套筒填充满。在填充的过程中适当加水，保证砂的密实。

7）钢套筒检查

如果出现钢套筒本体连接端面或者筒体本身出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作。

8）盾构始发掘进

洞门连续墙为800mm厚的C35玻璃纤维筋连续墙，盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN.m，千斤顶总推力不大于800t。通过洞门后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000～1500t。

4.2反力架安装

反力架安装之前，先清理车站结构底板。在测量员的配合下对反力架进行精确定位，使之与盾构机的中心轴线保持垂直。在安装反力架时，反力架平面偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角<±2％，盾构机姿态与设计轴线竖直偏差<±2％，水平趋势偏差<±3％。为了保证盾构推进时反力架横向稳定，用型钢对反力架进行横向固定。反力架立柱支撑采用双拼45b工字钢，竖向均布三道支撑；布设两道斜撑，一端与反力架立柱焊接，另一端与车站底板预埋件焊接，斜撑与底板夹角为45°。反力架底端横杆背后设置3道双拼45b工字钢进行支撑，反力架顶端采用20#H型钢与中板进行支撑。

4.3曲线始发技术措施

1）盾构机始发方向的确定

按照盾构施工的始发要求，由于钢套筒、负环管片和反力架和盾体均难以形成相应的曲线状，故盾构机的始发初期必须沿直线推进，当盾体全部进入隧道，盾尾脱出洞门0.5m后，才能开始进行纠偏。本工程盾构机的盾体长度为9.2m，因此盾构机必须直线推进至少9.2m后，才能进行转弯纠偏，本工程盾构始发段包括盾构始发井全部处于圆曲线段上，在盾构机直线推进9.2m的过程中，盾构隧道轴线与设计轴线将产生50cm偏差，而且在盾构机纠偏过程中，纠偏曲线与设计轴线也会有一定偏差，要确保两者的偏差在设计和规范要求内，故本工程采用割线始发。

经综合计算和曲线拟合考虑，本工程盾构机始发方向与始发井成约89°，在450m的小半径圆曲线段割线始发，割线长度为10m，盾构机直线推进10m后，与设计轴线吻合；盾构机开始向右转弯进行纠偏，纠偏曲线与设计轴线最大偏差均在规范允许范围（－50mm～＋50mm）内。

2）割线始发方法

盾构机在始发前确认盾构机与隧道轴线和盾构机姿态正确。曲线始发需要解决以下问题:

①盾构机在小半径曲线上始发,提前将钢套筒沿割线放样；

②盾尾进入洞圈0.5m后，将盾构机沿曲线的割线方向掘进,预偏量为30～50mm,以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧外侧的偏移量；

③适当降低推进速度,在盾构机推进启动时,推进速度要以较小的加速度递增;

④推进时,要适当调整左右两组油缸的压力差,使曲线内侧油缸压力略小于外侧油缸压力（不超过20bar）,纠偏幅度不要过大，使盾构机沿割线作小量密形运动;

⑤在以上措施实施后还不能达到预期效果,应启用超挖刀进行超挖纠偏。

3）割线始发注意事项

①盾构小半径始发，盾构姿态蛇行变化较大，对土体扰动产生较大影响，应加大同步注浆量，控制地表沉降。

②盾构反力架位移及变形在盾构始发过程中,盾构后靠支撑体系在受盾构千斤顶左右区推进顶力不均的作用后发生支撑体系的局部变形和位移。

③盾构进洞时姿态突变：盾构进洞后,最后几环管片往往与前几环管片存在明显的错台,影响了隧道的有效尺寸。

④盾构螺旋输送机出土不畅螺旋输送机内形成阻塞或盾构开挖面平衡压力过低,无法在螺旋输送机内形成足够压力。

综上所述，通过钢套筒始发技术，在科红区间始发整个施工过程安全质量可控，为城市地铁中盾构始发穿越既有线施工提供了工程类比经验。