已下井组装完成状态下盾构机姿态调整施工技术

已下井组装完成状态下盾构机姿态调整施工技术

陈 伟

中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司 上海市 201900

摘要：由于盾构始发架未能按照设计线路要求安装到位，且在盾构机吊装下井前未能及时发现，导致盾构机组装完毕后，盾构始发姿态不能满足设计要求。在这种情况下，通过设置钢牛腿、钢垫箱，使用液压千斤顶等工具，实现了对组装完毕的盾构机始发姿态调整，形成了一套简单实用的方法用于施工。

关键词：大纵坡；始发姿态；钢牛腿；钢垫箱；顶升

On the completion of shield machine downhole assembly

Construction Method of Starting Posture Adjustment

Chen Wei

(Urban Rail Transit Engineering Branch of China Railway Shanghai Engineering Bureau Group Co. , Ltd.,ShangHai201900)

Abstract：Because the shield starting frame can not be installed in place according to the requirements of the design line and can not be found in time before the shield machine is hoisted into the well, the shield starting posture can not meet the design requirements after the shield machine is installed. In this case, through setting steel bracket, steel cushion box and using hydraulic jack and other tools, the starting attitude adjustment of the assembled shield machine is realized, and a set of simple and practical methods are formed for construction.

Keywords: Large longitudinal slope;Starting posture;Steel corbel;Steel cushion box; Lift up.

0引言

近年来，我国现代化建设中的大部分城市均开展了地铁建设，盾构施工几乎是每个地铁工程中不可或缺的组成部分。一般情况下，施工单位在做始发架定位时，已完成盾构始发姿态的模拟，确保盾构隧道始发段姿态不超限。然而由于施工单位现场人员经验不足、或测量人员工作不细心、或始发架加固过程中偏移等原因，且在盾构下井组装前未及时发现。待盾构机组装完毕，做始发测量后，发现盾构始发姿态未达到预期值，可能导致始发段隧道管片轴线超限。笔者结合多年盾构施工经验，提出了一种在盾构下井组装完成后，调整盾构始发姿态的施工方法。

1工程概况

⑴线路设计

国内某城市地铁盾构区间左线长1843.921m，右线长1852.738m，盾构区间埋深12m～20.3m，线间距6～17m。区间线路平面最小曲线半径为2000m，区间纵断面采用V字坡设计，其中左线纵坡为-28‰～+5.035‰～+20.5‰～+2‰，右线纵坡为-28‰～+5‰～+20.5‰～+2‰。

⑵隧道结构设计

区间衬砌环管片混凝土标号为C50P10，管片型号包括“标准环、左转环和右转环”。隧道外径6000mm，隧道内径5400mm，管片幅宽1.5m，厚度300mm，左、右转弯环最大楔形量为38mm。管片采用6分块，其中1块封顶块（F）、两块邻接块（L1、L2）和三块标准块（B1、B2、B3）。衬砌环环缝采用10根M27螺栓连接，纵缝采用12根M27螺栓连接。

图1 衬砌圆环构造图

⑶始发场地

盾构机始发场地为明挖段盾构井，盾构始发段位于-28‰的下坡段，直径R=2000m的圆曲线上。盾构机在水平方向上位于直径R=2000m圆曲线上，曲线半径较大，水平姿态变化较小，比较容易控制，本文不作分析。在垂直方向上位于-28‰的下坡段，姿态变化较大，本文将做重点分析。

图2 盾构始发井纵剖面图

图3 盾构始发井平面图

⑷采用盾构机

本工程计划采用海瑞克盾构机，盾构机总长为8525mm，盾体总重量约为274t。前盾2075mm，重120t，中盾2700mm，重91t，盾尾3400mm，重29t。

图4 海瑞克盾构机组装图

2原始发姿态

施工单位在盾构机下井前，由于某些原因，始发架未设置纵坡，处于水平状态。盾构机下井组装完成后，测得盾构机垂直姿态为：中盾-185mm，前盾-72mm，详见图5示（图中盾尾位置实际上为中盾），经推算，此时盾尾垂直姿态为-260mm。

图5 盾构机抬升前姿态

盾构机若按照此始发姿态实施，盾构机在进入洞门前，无法做姿态调整经推算，垂直盾构机进入洞门后的垂直姿态为：盾尾-42mm，前盾+146mm，盾构处于明显抬头趋势，且已超出规范允许值（±100mm，参考成型隧道规范验收要求）。

图6 盾构机进入洞门时姿态模拟（抬升前）

3调整方案

由于原始发方案不满足规范要求，施工单位拟采取调整方案，即：抬升盾构机，调整始发纵坡，主要工艺如下：

⑴施工准备

①准备材料：制作钢牛腿、钢垫箱所需的20mm厚钢板若干（焊接位置间图7，加工尺寸见图8示），填塞钢板3cm、2cm、1cm、5mm钢板若干（切割成500mm*300mm大小）；设备：200t液压千斤顶4台（2台备用），二氧化碳保护焊机1台；

②钢牛腿焊点选择：按自下而上的思路，选择紧贴始发架外适当位置，设置支撑钢垫箱，预留200t千斤顶高度，沿千斤顶轴线找到焊接钢牛腿位于盾体环向的位置。钢牛腿焊点盾体纵向位置选择在中盾铰接往前约800mm处（盾构机中心，并考虑避开铰接密封的位置）。焊点选择完毕后，应在盾体两侧对称布置。

图7 钢牛腿纵向位置

图8 钢牛腿环向位置

③自动测量系统连接完毕，能保证顶升过程中，能及时测得盾构姿态。

⑵施工步骤：

①利用2cm厚连接钢板，将始发架与盾体焊接牢固，形成整体；

②按照既定的钢牛腿焊点位置，焊接钢牛腿，制作钢垫箱，并重点检查焊接质量；

③采用200t液压千斤顶在盾体两侧同时顶升盾构机，顶升过程中，利用自动测量系统测量盾构姿态，顶升到预计高度；

④使用3cm、2cm、1cm、5mm填塞钢板逐步将始发架下部塞满，直到不能塞为止；

⑤采用塌落度较大（加减水剂+早强剂）的C20细石混凝土填塞始发架底部，直到始发架下均有混凝土，尽可能塞满始发架下部空隙，留置同条件试块；

⑥待填充混凝土达到80%后，缓慢减小千斤顶油压，卸除千斤顶，割除盾体与始发架的连接钢板；

⑦正常始发。

⑶方案实施关键因素

①钢牛腿位置选择

a、抬升盾尾高度时，牛腿位置应选择在盾构机中心位置，而且应避开铰接，防止焊接过程破坏其密封性（盾尾钢板较薄，不能选择盾尾位置，易变形）；

b、钢牛腿沿盾体的环向位置，按自下而上的思路，距离不宜太小，考虑操作方便，应设置在始发架外约3～5cm处，距离不宜太大，上部钢牛腿变长后，钢牛腿的稳定性变差；

c、钢牛腿不宜选择在盾体油压管路处、千斤顶处，钢牛腿焊接过程中，焊点产生的热量非常大，可能导致盾构机损伤。

②钢牛腿焊接质量

a、钢牛腿过长，应增加中间的连接钢板，确保牛腿在受力过程中不变形失稳；

b、采用旧盾构机时，可能盾体外轮廓的弧形已经发生了变化，为了保证牛腿能更好地贴合盾体，应对钢牛腿的圆弧钢板制作模型（硬纸板或硬塑料均可），进行预拼装试验；

c、采用二氧化碳气体保护焊和聘用专业焊工，焊接完成后，应进行焊缝检查。

③顶升后的填塞质量

盾体顶升后，应及时进行始发架底部的回填，常规采用填塞钢板的形式，但考虑到中心位置底部空间受限，不能人工进入操作，因此需要采取回填细石混凝土的方法，来保证始发架稳固。

⑷调整方案实施后的始发姿态对比

图9 盾构调整方案实施前后对比

调整方案实施后，盾构机始发垂直姿态为：中盾-102mm，前盾-62mm，详见图10示（图中盾尾位置实际上为中盾），经推算，此时盾尾垂直姿态为-129mm。

图10 盾构机抬升后姿态

盾构机若按照此始发姿态实施，经推算，垂直盾构机进入洞门后的垂直姿态为：盾尾-51mm，前盾+15mm，盾构处于抬头趋势，但未超出规范允许值（±100mm，参考成型隧道规范验收要求）。此外，盾构机由始发架刚进入土体后，通常会有一定的磕头趋势，因此，笔者认为按调整后始发姿态实施，可确保隧道轴线。

4总结

笔者结合本工程的特点，对盾构机下井组装完成后的始发姿态调整有以下几点感悟，供大家参考：

⑴盾构机下井前的始发架定位，已直接决定了盾构机的始发姿态，工程技术人员在盾构始发前需做好线路拟合；

⑵本文中盾构工程28‰大纵坡的坡度上始发，已接近设计规范允许的最大纵坡，较为少见，为大纵坡始发提供了思路；

⑶本文的盾构机整体顶升与盾构机整体调头、整体过站有异曲同工之妙，但又略有不同之处，盾构机整体调头和过站，千斤顶受力顶点为接收架或接收小车，而盾构机整体顶升的千斤顶受力顶点为盾体本身。

参考文献：

[1]张凤祥，傅德明等.盾构隧道施工手册[M].北京，人民交通出版社，2005；

[2]陶建勋、段浩、李博，成都地铁天府广场站盾构机调头技术[J].山西建筑，2009，(9)；

[3]盾构法隧道施工及验收规范（GB50446-2017）。