中铁二十局集团第五工程有限公司 云南昆明 650000
摘要：通过西安地铁四号线含元殿站～大明宫站盾构区间穿越f1地裂缝暗挖小断面盾构始发工程实例，介绍了暗挖隧道内盾构始发的控制重点及难点，阐述了盾构机如何在地裂缝处狭小的暗挖小断面隧道内进行始发的相关技术，为今后类似工程的施工提供参考与借鉴。
关键词：隧道;盾构;始发技术
1工程概况
西安地铁四号线含元殿站～大明宫站盾构区间在ZDK19+249.433～ZDK19+417.275里程段为矿山法暗挖隧道段，全长167.842 m。本工程盾构采用中铁重工制造的ZTE6250型号土压平衡盾构机，从含元殿站空推过暗挖段后从该暗挖段端头始发掘进。
2重、难点分析
（1）本工程暗挖隧道断面呈马蹄形，净空尺寸为7500（宽）×7650（高）mm，盾构机刀盘外径6280mm，盾体最大外径6250mm，盾体与暗挖隧道二衬之间净空不到700 mm，始发空间极其狭小，盾构在常规情况下始发时所采用的始发托架及反力架等相关辅助措施已无法用于暗挖隧道内的盾构始发。另，由于暗挖隧道空间狭小，反力架起吊拼装及其它辅助措施的加固也成为了始发过程中的难题。如何解决这些问题成了始发工作的难点。
（2）本工程暗挖隧道洞门加固采用1300mm厚素混凝土墙，盾构始发时刀盘直接磨混凝土素墙开始掘进。但在刀盘转动磨混凝土素墙时，其侧面的摩擦会损坏洞门帘布和扇形压板。解决该问题是盾构顺利始发的重点之一。
（3）盾构始发时盾构机很容易出现扭动现象，影响盾构姿态，造成盾构掘进轴线跟设计轴线之间发生偏差，如何防止盾构机发生扭动，确保盾构始发时的姿态也是重点工作之一。
3 盾构始发前技术措施
本工程盾构在暗挖隧道内始发主要施工工艺包含：端头加固、端头降水、洞门凿除、洞门密封及防水装置安装、始发基座的设计施工、始发用反力架的设计施工、拼装就位、负环安装及加固等。本文仅对区别于普通始发过程中的洞门凿除、始发基座设计与加固、反力架设计与安装、负环安装加固进行阐述。
3.1洞门凿除
3.1.1工况
本工程采用1300mm厚C20素混凝土墙对洞门进行封闭加固处理，但由于刀盘厚度（1000mm）大于该加固端墙厚度（550mm），刀盘转动过程中其侧面的摩擦会对洞门帘布和扇形压板造成损坏，因此必须凿除部分素混凝土端墙，将盾构机再向前空推650mm，然后转动刀盘开始掘进。见图3-1。
图3-1 盾构磨素墙剖面图
3.1.2 凿除方法
可在盾构始发前20天开始进行洞门破除。洞门凿除采用人工凿除，首先进行全断面凿除，凿除厚度不小于200mm。然后凿除洞门中心点周围900mm范围素混凝土，凿除厚度不小于450mm。凿除时按先上后下、先中间后两侧的顺序进行。
3.2 始发基座设计与加固
3.2.1 始发基座设计
根据本工程实际状况，采用混凝土导台+导轨作为盾构始发的基座。暗挖隧道隧底混凝土回填分为两次进行，第一次回填作为盾构始发基座混凝土导台，待盾构全部施工完成后进行第二次回填至最终设计要求即可。导台全部采用C30混凝土，导台上钢轨采用43kg/m轨。钢轨下方每隔0.3m预埋20mm厚钢板（尺寸300x100mm），钢板下方须加设锚固筋，锚固筋采用HRB400钢筋，直径不小于25mm，长度不小于300mm，所有预埋钢板采用2根直径20mm钢筋进行通长纵向连接。每个预埋件上焊接一对轨道卡扣，用以固定钢轨。始发导台设计见图3-2。
图3-3 始发导轨防侧翻措施图
3.3反力架设计与安装
3.3.1反力架设计
根据暗挖隧道的空间尺寸设计出适合在暗挖隧道环境安装及发挥作用的环形反力架。见图3-4、3-5。
图3-5 反力架侧立面图
反力架采用型钢加工而成，结构尺寸宽×高×厚=6500×6280×940mm。分为三大部分，即下八字撑(2块），中柱（2块），上八字撑（2块），共计6块，全部采用高强螺栓连接。反力架斜支撑采用3根直径530mm，壁厚14mm无缝钢管，一端与主梁焊接，另一端焊接于预埋在导台上的钢板上，斜撑与地面的角度为30°。
3.4.2反力架安装
在暗挖隧道二衬中预埋吊钩与钢板便于反力架的安装。吊钩采用直径32mm圆钢加工而成，反力架上方并排设置4 个吊钩，盾构机上方二衬内设置14个吊钩用于后期拆除负环管片和其它吊装。吊钩嵌入二衬500mm，外漏80mm。另外，在反力架底部预埋2块1500×1500×20mm钢板与反力架焊接作为固定措施之一。支撑反力架的斜撑下部施做6500×1175×800mm（从反力架底部算起高800mm）素混凝土台，表层预埋共计6块1500×750×20mm钢板作为斜撑的固定基础。
反力架六大部分全部采用板车运至安装现场，并利用暗挖隧道拱顶预埋的吊钩进行吊装。首先将下八字撑导入盾构机尾部，将两块下八字撑吊至反力架设定位置，采用高强螺栓连接。然后连接反力架中柱，待下八字撑与中柱安装牢固后，将反力架与二衬底板结构上预埋的钢板焊接牢固，然后钢管斜撑与导台处预埋钢板焊接。最后将反力架上八字撑与中柱进行连接加固，并架设第三道斜撑，保证反力架的每一部分都有斜撑支撑。
3.5 负环安装加固技术措施
3.5.1 负环安装技术措施
在安装负环管片前，在盾构机盾尾内安设4～8根厚度50mm（盾构机盾尾直径为6230mm，盾尾结构体钢板厚度为40mm，管片外径为6000mm），宽度50mm，长度2000mm的硬质方钢，等待盾构机完全进入洞内，洞口开始进行同步注浆时，将方钢拆除。
3.5.2负环加固技术措施
3.5.2.1支垫负环管片
由于始发支座轨道与管片外侧有125mm的空隙（盾构始发台的尺寸是按照盾构机的前体6250mm设计，管片外径为6000mm），为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在拼装好第二环负环管片后，让盾构机继续向前掘进，使盾尾密封刷脱离第一环管片，将520×200×200mm的三角木楔楔进负环与始发台导轨之间的空隙内，左右两侧各楔两个木楔，使其将负环管片托起。
3.5.2.2紧固钢丝绳
从负7环脱离盾尾后，每环管片接缝往中200mm处均匀用两根16mφ18的钢丝绳绕过负环管片顶部，每个绳头上穿上紧线器，利用在导台上的M20膨胀螺栓配合20厚钢板，将钢丝绳拉紧。盾构机继续向前掘进，重复上述1、2步，直至盾尾进入洞门后，将负环管片全部用钢丝绳固定。
3.5.3盾体防扭措施
盾构在始发推进中刀盘进洞切削掌子面时会产生巨大的扭矩，为了防止此时盾体在始发导轨上发生偏转，在始发导轨两侧的盾体上各焊接2个防扭装置（采用400×390×40mm钢板加工而成），分别焊在前盾与中盾上，距地面1cm左右。随着盾构机的前行，当防扭装置靠近洞门密封时，将之割除，防止其破坏洞门密封装置。见图3-6。
图3-6 盾体防扭措施示意图
4结束语
虽然盾构始发技术已经很成熟，但在空间狭小的暗挖隧道内进行盾构始发的情况还是相对较少的。西安这个城市因地裂缝破碎带特殊地质往往盾构区间会包含一部分矿山法隧道，使得盾构在暗挖隧道内始发的情况也比较多。按照上述方法进行施工，可顺利完成盾构始发的一切准备工作，尤其解决了始发基座、反力架的设计及施工、负环的加固等始发前的重要准备工作，为今后盾构在暗挖隧道内始发提供了较成熟的技术经验。
参考文献:
[1] 王云江，曾益平.城市轨道交通工程盾构施工管理.北京：化学工业出版社,2013.7
[2] 张冰.地铁盾构施工.北京：人民交通出版社，2011.1
论文作者:宁振国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/3
标签：盾构论文; 管片论文; 隧道论文; 钢板论文; 混凝土论文; 基座论文; 吊钩论文; 《防护工程》2018年第35期论文;