摘要：郑州市轨道交通4号线某标段在中州大道世纪欢乐园处规划有车站一座，后由于各种外部原因改成中间风井。中间风井主体为双柱3跨地下2层矩形框架结构，采用明挖法施工，区间结构外包长度为33.6m，宽度为27.6m，埋深18.18m，共设3个出风口和1个安全出口。在设计中风井在半径为700m的小半径曲线上，盾构要在相对密闭的风井中完成接收和始发工作。
关键词：盾构过风井；整环拼装；小半径曲线；空推
1、工程方案确定
过风井的方法通常有拆解平移法、整环拼装法、半环拼装法、回填土压平衡法等。
常规的拆解主机与后配套台车分离，主机空推过站，然后台车整体拖拉过站，然后安装反力架始发，此方法风险小，但工期时间长。
半环拼装法具有安全快速等优点，缺点是盾构上部无受力点，管片强度低，在盾构的推力下易变形等。
整环拼装法过站是盾构机在不拆解的情况下，靠盾构机自身的油缸顶在整环管片上进行空推过站，此方法工期较短，易操作，管片整体度高，线型好，后期在较密闭的风井中拆除负环比较困难。
回填水土平衡法就是在完工的风井负二层回填泥土等填充物，并将中板所有孔洞封堵，在风井内部形成一个密封的空间，此方法工期较短，比较安全，避免了危险性较高的进出洞环节，但造价高，后期不但要拆除负环还要清理泥土，工期较长。
本工程工期较为紧迫，如采取拆解平移过站法或回填水土平衡法，工期不能满足业主要求。由于本工程线路处在小半径曲线上，如采用半环拼装法，管片易变形，且管片上部加固较困难。
综合对比之后本工程选择整环拼装法空推过站，既能满足紧迫的工期要求，又能满足小曲线半径中对管片整体度要求高的需求。
2小曲线半径段过风井控制技术
2.1 混凝土导台制作
由于本工程中间风井较长，钢托架长度不足，所以使用混凝土导台作为盾构滑行的基础，并为负环提供支撑。
在施作风井底板时预埋钢筋，与导台钢筋绑扎连接。严格控制导台的标高，和导台斜面角度，在导台顶面间隔40cm预埋25cm*10cm钢板。使用43kg/m钢轨焊在预埋钢板上，钢板上焊吊钩供后期挂钢丝绳加固负环使用。导台浇筑使用与后期底板回填同标号的C30混凝土。
图 1 加工完成的混凝土导台
2.2 接收控制
由于盾构机在通过中间风井时处在半径为700m的小曲线半径上，盾构机在进出洞时盾构极易剐蹭洞门环，为了避免此现象的发生，在洞门环制作时加大洞门环尺寸，由常规的6700mm增加到7100mm，洞门密封装置也随之增大。
在盾构机距离洞门50环时，盾构机适当加大右侧推进油缸的推力，使盾构姿态向曲线内部偏移2-3cm，以抵消在出洞门时盾构沿曲线方向的偏差，根据情况释放铰接油缸，是尾盾拟合曲线线型。
盾构机进入加固区后，逐渐减小推力和速度，推力不大于500吨，速度不大于20mm/min，增加刀盘正反转频率，防止盾体滚动角过大。在尾盾完全进入加固区后，在脱出尾盾的整环管片所有吊装孔进行二次注浆，以形成止水环箍，阻断涌水通道。
刀盘顶桩后，在洞门打探孔检查加固情况，确认水位在底板以下后进行洞门的破除作业。
在洞门帘布安装后盾构继续推进，刀盘刀具在避开导台钢轨后停止旋转，盾构缓慢推进滑上导台。
2.3 空推控制
空推即盾构机在预制好的导台上通过拼装负环的形式向前
图 2 盾构推出洞门
推进，导台拟合线路制作，空推段位于半径700的圆曲线上，空推过程中线型的控制为重难点。空推过程若盾构机姿态偏差过大，导致推进过程负环管片受力不均，存在较大安全隐患。另外，由于区间风井盾构机二次始发无法正常设置反力架，始发所需的反力，均由负环管片提供，线型参数控制不到位，将直接影响到盾构在区间风井的二次始发。
区间空推段全长33.6m，共需23环负环管片，空推过程中，通过导向系统显示盾构机姿态及盾尾实测间隙，确定每环负环K块的拼装点位，以此来控制空推线型。
严格控制总推力和推进速度，空推时总推力不小超过300吨，速度不超过30mm/min，并根据负环变形程度及时调整油缸推力。通过在负环上粘贴反光片，使用全站仪测量的方法来监测负环变形情况。
每环负环管片拼装完成脱出盾尾后，管片与导轨之间存在11cm的间隙，采用木楔进行支垫，防止管片脱出盾尾后悬空产生位移，影响盾构空推线型控制。同时，在每环管片脱出盾尾之后，在管片上设置反光片，测量人员对管片位移进行监测，盾构司机通过监测数据，来调整盾构姿态。
通过在盾体上焊接限位钢板，钢板另一侧与滑行混凝土导台上的钢轨顶住，防止盾构机在曲线上滑行时跑偏。
2.4 负环加固控制
（1）底部支撑：当管片脱出盾尾后，导台钢轨与管片之间存在120mm间隙，每环垫4-6块木楔，防止管片下沉。
（2）两侧支撑：
①靠近侧墙一侧，通过采用18a槽钢将每一片管片中间位置与侧墙墙体支撑起来，防止因半径较小而导致在盾构机施加推力时管片受力不均匀使管片发生水平位移。
②在管片与水平方向向下成25°角位置处，采用12工字钢三脚架顶部设置一道12工字钢横梁，通过在工字钢横梁与管片间填塞楔形木块使管片稳定。
（3）顶部支撑：为了防止管片上浮，在管片顶部设置18a槽钢支撑，槽钢顶住风井负二层中板。
（4）两环管片间的固定：及时拧紧管片与管片间的螺丝。
（5）管片脱出盾尾一半后，立即用φ18的钢丝绳环向1道拉紧管片，配合2t倒链拉紧并固定在底板预埋钢筋上，防止管片偏移。
图3.负环加固
2.5 二次始发
盾构机空推穿越风井后，将在区间风井北端头进行二次始发。区间风井未设置反力架，盾构机始发的反力均由负环管片提供。
空推所拼装的负环管片位于半径700的圆曲线上，始发过程中，极易造成负环管片位移，存在较大安全隐患。所以，对始发掘进参数的控制及其重要。
（1）土仓压力值P的选定
采用土压平衡模式掘进时，土压力的设定是施工的关键，包含了推进力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线控制和地层沉降控制起主导作用。按朗金经典公式计算土压力理论值：
P＝λ×γ×（H+D/2），其中：
P－盾构机正面土压力；
λ－土的侧压力系数，取始发段隧道所处地层③32黏质粉土与③52细砂的静止侧压力系数的平均值0.38；
γ－土的容重，取2.03×104N/m3；
D－盾构机外径，D=6.44m ；
H－盾构机的覆土深度为10.4m，根据不同的隧道埋深进行相应调整。
求得P=0.38×2.03×104×（10.4+6.44/2）=1.09×105Pa =1.09bar
始发阶段土压暂定为0.8～1.1 bar，施工中，根据不同的施工环境及监测数据，土仓压力进行相应调整。
（2）千斤顶推力F的控制
初始掘进时，盾构机的推进速度控制在15～30mm/min，试掘进阶段确定推力考虑负环管片的承受力，故在开始的20环最大推力不应大于800T。
（3）刀盘转速
刀具贯入度过大，将导致刀具线速度过快和更高的温度，引起额外的磨损；贯入度过小，又易产生刮擦而无法顺利切削土体，并导致刀具背部磨损增加。因此，我们考虑设定刀具贯入度在30-40mm/r，由此得刀盘转速为0.5rpm～1.5rpm，现场根据试掘进情况进行调整。
（4）掘进速度
掘进速度受土质、扭矩、推力和土仓压力等综合影响，其中受土质的影响最大。初始掘进阶段v≤30mm/min。
（5）出土量的控制
密封仓内土压力受螺旋输送机转速和出土门的开度控制。
理论出土量(实方）：
V ＝(π/4)×D2×L＝(π/4)×6.46×6.46×1.5＝49.14m3/环
采用土压平衡模式掘进时，实际出土量控制在理论值的120～130%左右，不超过63.88m3,以维持一定土压力，保证盾构正面土体的稳定。
3结束语
通过采用整环拼装法能使盾构不需拆机分解，靠自身推进油缸即可迅速通过，节约大量工期。在小曲线半径中通过风井。要注意负环的加固，防止负环因推进偏力导致负环变形。还要注意盾构线型的控制，可采取调整曲线曲率的办法，减小推进风险。本工程在小半径曲线中成功采用整环拼装空推法通过风井，并在之后的左线施工中再次成功实施，具有推广和借鉴意义。
参考文献：
[1]徐岩军.局部半环拼装盾构通过中间风井技术.隧道建设［J］.2012(11).
[2]严晓周.盾构快速过井施工技术［J］.建筑机械化.2014(04).
[3]李凤远．盾构过站施工技术应用［J］． 建筑机械化，2009(2)
论文作者:赵军磊
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/6
标签：管片论文; 盾构论文; 半径论文; 推力论文; 曲线论文; 工期论文; 压力论文; 《防护工程》2019年第2期论文;