蒙西华中铁路股份有限公司 北京 100071
摘要：结合盾构施工在蒙华铁路白城隧道中的应用，盾构始发技术在山岭隧道双线重载铁路中的使用，着重描述了马蹄形盾构始发技术的组成、关键技术，并结合工程实际，提出了山岭隧道盾构始发的施工方法。
关键词：双线；重载铁路；山岭隧道；盾构始发；控制；技术
引言
近年来，随着我国不断快速发展交通建设设施以及对地下空间的利用率不断加大，国内大多数城市地铁，采用盾构法进行施工，为了很好的减少矿山法带来的安全风险，此次山岭隧道采用马蹄形盾构进行施工，是对传统隧道施工工艺的一大重大突破。而大断面的盾构始发是安全保证的条件之一。
1、工程概况
新建蒙西至华中地区铁路煤运通道土建工程MHTJ-3标段，地处内蒙古乌审旗及陕西省靖边县境内，途径乌审旗无定河镇，靖边县红墩界镇、海则滩乡、杨桥畔镇。白城隧道位于陕西省靖边县内，西起海则滩，东至石干沟，其北侧为萝莉窑子，南侧为东敖包疙瘩。沿线地形起伏变化，地面情况复杂，盾构隧道先后穿越天然气管道、白城子供水管线、高压线塔、大车路、包茂高速、海机线、长庆北干线等特殊地段。
隧道进口里程为DK206+365，出口里程为DK209+710，隧道全长3345m，隧道进出口各202.4m、99m明洞，进口盾构始发场地30.44m，隧道掘进3042.6m，管片1902环（每环管片宽度1.6m，厚度为0.5m）。为时速120km双线电气化铁路隧道。
本区间线路全段位于直线上，无岔线，隧道纵坡为人字坡，坡度为4.5‰、3‰、-3.112‰。线路在DK208+105.86位置为最高点，隧道顶埋深最大为81m。
始发段隧道洞身范围内地层主要为第四系上更新统风积层（Q3eol）砂质新黄土，地表为第四系全新统风积层（Q4eol）粉砂、细砂【1】。
盾构始发平面位置见图1。
图-1 盾构机始发平面位置图
2、始发技术的重点及难点工程
由于在始发阶段存在以下几种特殊情况：
（1）取消了始发井的设置，利用明洞二衬当做反力架；
（2）始发段埋深较浅，该盾构为大断面马蹄形设计，与常规地铁盾构相比在隧道埋深上有较大差异；
（3）组装场地狭小，本工程为国内第一次采用大断面异型盾构，地面管线改迁、保护困难，在明洞内组装场地狭小，无类似的借鉴经验，组装盾构的施工管理和安全保障困难；
（4）端头管线距始发端较近，埋深较浅，在盾构过此浅埋段时管线保护为重点；
（5）始发工序较多，与常规盾构相比，增加了皮带机、后做明洞等工序；
（6）盾构姿态控制存在开挖面个点压力差别，调向纠偏的难度增大；由于侧向受力不均或底层不均匀导致姿态难以控制；隧道净空位置的影响明显，滚转的纠偏也因横断面尺寸增加而变得困难。
综上所述，盾构在初始阶段的施工难度很大。因此，盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须要全力做好。同时还应确保盾构连续正常地从非土压平衡工况过渡到土压平衡工况，以达到控制地面沉降，保护管线，保证工程质量的目的。
3、始发控制技术
3.1明洞加强段加固
根据现场施工条件及组装场地布局，盾构的反力由明洞提供，在盾构组装完成后要进行如下准备工作：
（1）根据盾构隧道的里程（端头里程）反算明洞加强段的位置，然后对明洞仰拱及拱墙进行施作。
（2）从盾尾向小里程施作24m拱墙，仰拱全部完成，其中与0号管片连接处为明洞加强段。
明洞加强段未施作前，明洞加强段区域在主机组装期间作为吊装区域，主机组装完成后再施作明洞加强段主体结构。
明洞加强段位置的确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀盘在始发前所能到达的最远位置确定，加强段位于套拱往小里程29m。
由明洞洞门处向大里程施作明洞，模板内外模均为12m，扣除搭接长度0.1m，实际施作每模长度为11.9m。顺推0环管片位置为：
DK206+365为明洞洞门位置，第一模12m，剩余每模11.9m，按照17模明洞计算，则0环管片（明洞加强段）里程：
DR=DK206+365+12+119×16=DK206+567.4。
盾构始发台（包含空推段）施作至距套拱5m位置处，长度为：25.4m，盾构长度11.450m（包括刀盘、盾尾刷）。
0环管片距套拱小里程侧距离为：
DK206+597.84-567.4=30.44m，
0环管片到套拱管片环数：
N=30.44/1.6=19.025环。
导台台上管片环数可以选择19环。
（3）明洞加强段定位与施工，在盾构主机组装之后进行，主机与后配套连接之前进行。
3.2始发浅埋段
施工前对地质水文情况和周边环境进行认真调查，确定保护标准，必要时采取保护措施；坚持信息化施工，建立在监控量测基础上的数据分析反馈，指导施工，优化参数，实行动态管理；对盾构机械、电气设备进行保养，保证盾构机的良好性能；动态调整参数、注浆量和珠注浆压力；根据监控量测沉降结果，及时进行管片背后二次补强注浆。
3.4管线保护
对始发端位置的天然气管线保护主要采取施工监测的方法进行。
施工监测重点关注始发段掘进对地层变位以及燃气管线的影响，监测项目以地表沉降以及底板结构监测为主。
盾构推进影响范围内的地面沉降监测点、地下管线及建（构）筑物监测点的监测频率为每天2次，盾构推进影响范围外的监测点根据实测数据确定监测频率。
本工程监测按国家二等水准观测要求施工。高程采用水准测量，采用闭合路线或往返观测【2】。
（1）水准每站观测高差中误差M0为 ± 0.5mm；
（2）水准附合路线，起符合差Fw为1.0 （N为测站数）。
3.5盾构始发
盾构始发主要内容包括：始发前场地准备、施作盾构机始发基座、盾构机就位、明洞加强段、洞门密封装置、管片拼装定位、盾构机试运转、洞门处理、管片周边回填、盾构机加压贯入作业面和试掘进等；盾构试掘进过程中具体的盾构吊卸、组装、管片安装等。
3.5.1始发基座及冠梁
为防止始发基座土方开挖过程中基坑边坡土体滑移，在基坑两侧坡脚打设两排混凝土灌注桩，施工里程为DK206+546.8-DK206+592.8，共46m。共分2段基础施工，每个基础30根桩，
施工冠梁将所有的围护桩连接起来成为一个整体，可以提高整个结构抗倾覆的能力及易于支撑体系施工。
冠梁施工完成并达到一定强度后，进行下步门吊基础施工.位置示意见图3.
图3-基坑表层土方开挖
盾构机组装前，依据隧道设计轴线、洞门位置、盾构机的尺寸及门吊吊装盲区，然后反推出始发基座的空间位置为：DK206+567.4开始施作，向大里程方向25.4m，始发基座终点里程DK206+592.8。
在始发基座上设置3根120kg/m钢轨作为盾构机导向轨道，底部导轨居中，上部两根钢轨距中心4.8m。基座施工时，通过与底板植筋进行加固，保证始发基座与底板结构成为整体。在盾构进入始发导洞的过程中，防止盾构刀盘下沉，在洞门导洞中铺设3根导轨，导轨与始发导洞内导轨相连，并要焊接牢固，防止盾构掘进时将其破坏，而影响盾构的正常掘进。导轨位置以始发基座滑轨延伸对应的位置为准。
由于盾构较重，盾体放置于始发基座上后不能随意前后移动，盾尾与中盾需要焊接连接，故在盾尾与中盾连接处，预留宽800mm，高700mm的盾尾焊接槽，焊接槽处不设置导向钢轨，且在焊接槽前方的导轨打斜坡口处理。具体位置见图4-始发基座断面图
图4-始发基座断面图
3.5.2始发导洞施工
在套拱向小里程方向，施作13.5m长始发导洞，拱架内径为6.195m即在开挖轮廓线外15.5cm。始发导洞大里程与套拱连接，小里程进洞端焊接预埋钢环，保证盾构在通过拱架区时呈密封状态。见后图5-始发导洞拼装示意图
3.6盾构姿态控制
（1）盾构始发时姿态
盾构始发时其铰接角度为零，盾构中心轴线位于隧道设计中心线，即处于盾构始发路径的延长线上，同时由于盾构机刀盘及前体较重，始发过程中易出现盾构机“低头”的情况，盾构机的始发姿态宜适当“抬头”。
（2）盾构离开始发台前姿态复核、控制
在盾构开始始发前，对盾构姿态进行认真的复核，保证盾构顺利通过洞门。盾构离开始发台前基本沿预定始发路径直线前进，必要时可通过对推进千斤顶的 选择来对盾构姿态作微量调整，在此期间盾构须破除始发原状土体，以慢速、低压为推进原则，以确保盾构姿态的稳定。
（3）盾构离开基座后姿态控制
盾构位于始发台上时尽量不要进行姿态调整，盾尾离开始发台后盾构已处于相对自由的状态，一般通过盾构推进千斤顶的合理选用来调整盾构姿态，必要时可通过调整管片楔形量来调整，以使盾构逐步沿隧道设计轴线推进。
图5-始发导洞拼装示意图
整个盾构掘进过程中，纠偏实行“勤纠、量小”的原则，每环姿态调整量控制在6mm以内；盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在+10mm～-30mm{3}。
在始发掘进时，严格控制盾构机的各组油缸压力，盾构机总推力小于5000T，刀盘扭矩小于3500KN?m。
4、结束语
盾构机的始发成功是由始发条件及始发施工技术每一个环节处理好所决定的。马蹄形盾构此次在蒙华铁路白城隧道中应用，是铁路隧道建设的一个里程碑，标志着山岭隧道在适当的条件下也可以采用盾构法进行施工，同时也给我们大断面隧道工程建设提供了一个很好的思路。但是，白城隧道的始发成功离不开下面2个方面的原因，一是地质原因（浅埋段属于粉砂，其他洞身地段属于新、老黄土），一是施工场地交通比较便利（临近高速公路，超宽型、超重型设备可直接从高速公路上通至现场）。
参考文献
[1]新建铁路蒙西至华中地区铁路煤运通道工程白城隧道设计图.铁道第三勘察设计院。
[2]GBT12897-2006，国家一、二等谁准测量规范。
[3]GB50446-2008，盾构法隧道施工与验收规范。
论文作者:宋琳辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/14
标签：盾构论文; 隧道论文; 管片论文; 里程论文; 基座论文; 位置论文; 白城论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;