盾构在矿山法隧道接收洞内解体关键技术研究_谭竹青.pdf

58 建筑机械SURVEYING专题论述盾构在矿山法隧道接收洞内解体关键技术研究谭竹青（中交（广州）建设有限公司，广东 广州 511466）摘要随着城市地铁建设的全面展开，盾构法凭借其安全性高、施工速度快、成本低等特点成为隧道施工的主要手段。盾构施工通常受始发和接收场地限制，尤其在不具备吊装条件时盾构接收变得尤为困难。本文通过对盾构接收过程中的洞内脱壳解体技术进行研究，提出了适用于复杂地层的暗挖接收结构和盾构隧道内拆解方法，解决了盾构接收受场地条件限制的工程难题，对地铁施工具有指导和借鉴意义。关键词盾构；暗挖接收；洞内拆解中图分类号U455.43 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）02-0058-04Research on key construction technology for shield disintegrated in mined tunnelTAN Zhu-qing由于盾构始发与接收过程复杂，施工过程的安全性与质量难以控制，时常出现工期不可控的现象。当受场地条件限制而无法修建盾构接收井时，如何将盾构从始发井退出成为一个工程难题。工程实践证明，城市地铁盾构施工中在到达竖井设置困难的特殊情况下，在隧道内设置盾构接收工作室，盾构于接收工作室内接收、脱壳解体的施工方法是可行的，施工较为安全可靠，达到了预期目的。该施工方法为较复杂环境下盾构接收施工提供了对策，解决了城市地铁施工中征地拆迁困难、施工工期紧张等一系列施工难题，具有较大的推广意义。1 工程概况深圳地铁2号线三期工程采用2台复合式土压平衡盾构施工。盾构分别从仙湖路站东侧左右线始发，在莲塘站接收转场，从仙湖路车站的另外一端二次始发完成与仙湖路站到莲塘口岸站矿山法区间连接的掘进任务及洞内拆机任务。盾构区间长436m，施工段尾端与矿山法隧道相连，且盾构法-矿山法交界处无吊出井，盾构掘进完毕在洞内接收，并进行弃壳解体作业，盾构解体后将其从洞内原路返回到仙湖站吊出地面。该区间段地质环境相对复杂，且地下水多为孔隙水和基岩裂隙水，对钢筋混凝土结构及钢筋有一定的腐蚀作用。地层多为中、微风化石英砂，局部有断层、强风化岩等。盾构能否在暗挖隧道内实现接收和解体，成为该工程成败的关键。2 接收工作室设计2.1 洞内接收工作室结构设计盾构段管片内表面距轨面线920mm。为满足盾构出洞要求，在矿山法与盾构法隧道接口位置，矿山法隧道需在原开挖面基础再往下扩挖，洞内结构见图1，主要包括接收洞门以及矿山法二衬、超前小导管、玻璃纤维墙以及环框梁。矿山法二衬为接头的前部结构，超前小导管设置在接收洞门四周，玻璃纤维墙为接收洞门的主体结构，环框梁与矿山法二衬端部内侧相连。2.2 施工方法当矿山法隧道先完成施工时，盾构推进进入矿山法隧道。为了确保掌子面土体稳定，防止地下水涌入矿山法隧道，矿山法隧道掌子面完成后，对矿山法隧道与盾构隧道接头4.5m范围内采用超前 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.02.004收稿日期2022-08-02通讯地址谭竹青，广东省广州市南沙区横沥镇中交汇通中心CONSTRUCTION MACHINERY 592023/02总第564期小导管对土体进行水平注浆加固，提高土体的强度和自立性。结合接收位置的地质条件和现场工作环境，拱顶以上120，采用双排423mm超前小导管加固，加固长度L=6m，环距0.4m；拱顶以下240，采用单排423mm超前小导管加固，加固长度L=6m，环距0.4m。加固范围如图2所示。异型环框架，上部最大尺寸800*1100异型环框架上部尺寸800*1100环框架底部尺寸800*5001-11-1环框架内轮廓预埋钢环暗挖隧道二衬内轮廓暗挖隧道初支暗挖隧道初支二衬暗挖隧道初支二衬暗挖隧道初支隧道中心线原隧道中心线实际中心线轨面线暗挖隧道初支最后一环链片玻璃纤维墙弃壳现浇带后浇洞门最后一环链片盾体，厚45mm11005504001503300370039004000380034003250200650650780087016205505501100200549650054008550313054009207506260430430R3250R3800R31007491200 800500图1 矿山法与隧道法隧道接口剖面图暗挖隧道初支暗挖隧道初支轨面线隧道中心线盾构隧道120 0 0R3250R3400150423.5超前小导管，L=6.0m，环距0.4m拱部120双排 423超前小导管，L=6.0m，环距0.4m42超前小导管注浆加固42超前小导管注浆加固暗挖隧道初支二衬暗挖隧道初支二衬环框架底部尺寸800*550异型环框架上部尺寸800*1100拱顶以上120采用最后一环链片盾体，厚45mm5001950540054006260430430920550550550150400162075087085507800玻璃纤维墙弃壳现浇带后浇洞门图2 矿山法与隧道法隧道接口加固平/剖面图为满足盾构出洞要求，在矿山法与盾构法隧道接口位置，矿山法隧道需在原开挖面基础再往下开挖750mm，在环框梁1.95m处开始放坡下挖，放坡45，空推段二衬浇筑距离环框梁内径径向距离不得小于15cm。矿山法隧道开挖完成后，在端头墙位置水平放置玻璃纤维筋格栅（不可采用钢管，防止盾构进出洞时对掌子面扰动过大，盾构螺旋机被卡）。玻璃纤维筋格栅随隧道端头最后两榀密排格栅钢架同步架设，且玻璃纤维筋格栅与钢筋格栅搭接部分采用铅丝绑扎牢固，并采取适当辅助连接措施，确保玻璃纤维筋格栅伸入钢筋格栅长度不小于300mm，绑扎牢固的同时喷混凝土密实。掌子面开挖后立即初喷50mm厚C25混凝土，防止局部坍塌，且要求喷射混凝土与隧道最后三榀密排格栅的喷射混凝土同步施工，水平格栅及纤维筋网绑扎好后及时喷射混凝土。隧道两端墙全断面采用C25素混凝土封堵，喷射厚度为200mm。环框梁与空推段二衬钢筋连接，同时施工浇筑。环框梁内侧预埋洞门钢环，做好内部支撑，避免混凝土浇筑时对钢环尺寸有影响。预埋钢环预留预埋注浆管口，预埋注浆管7采用425mm无缝钢管，每个预埋钢环预埋环向布置12根注浆管，并用油脂封堵，注浆管口需安装球阀。60 建筑机械SURVEYING专题论述3 盾构洞内解体关键技术3.1 盾构洞内解体技术重难点（1）盾构拆机工程量大且施展空间较小，工作效率低，在施工中大型拆除辅助设备无法使用。因而工程中大型部件全部依靠倒链、吊索、液压机具，采用手动人工拆卸的方式进行拆卸。（2）拆机过程中会出现很多问题，主要集中在运输与装卸，需要安排专人进行协调安排。运输任务繁忙，运输量大，加之轨道单线运行效率低，电瓶车运力不足，途中出现故障难以排除，垂直运输紧张。3.2 盾构总体拆解流程盾构掘进到洞内拆机指定里程后，停机开始准备洞内解体拆机。总体解体方案及步骤为：前期准备刀盘旋转解体并放置在扩大段前端连接桥、台车管线分离台车逐一运至吊装井（按从7#到1#到连接桥的顺序）连接桥运至吊装井螺旋输送机抽出并转运至吊装井管片拼装机拆除及转运至吊装井管片双臂梁拆除及转运至吊装井推进油缸及其管线阀组拆除及转运中盾中间支撑梁拆除人仓拆除中心回转体拆除拆除主驱动电机马达及减速机并加设盖板主驱动轴承外圈支撑环分离主轴承翻转放置平板加固主驱动轴承拆除及转运前体压力隔板割除运出刀盘散件运出完成收尾清理。3.3 盾构洞内解体关键技术3.3.1 盾构拆机前准备及吊点布置盾构在出洞进入站台停机拆机前，需要将盾尾端的管片背部二次注双液浆填充进行止水。同时需采用拉紧装置将靠近到达洞门的15环管片纵向固定起来连为整体，防止油缸回收后管片间隙增大导致漏水。后配套台车轨道铺设（尽量保留掘进过程中不拆除台车轨道），从始发井一直铺设到拆机位，连接桥支撑架准备，刀盘拆卸吊点布置安装、刀盘分块定位码、焊接吊耳准备。照明及风水电布置，特殊拆机工装准备。制作门架配合手拉葫芦使用，准备对刀盘分块割除后的吊运。在盾构前中尾顶部弦长为2m处附近设置固定的独立吊点。共设置承重30t以上吊点8个位置，并在吊点上安装20t双链倒链；设置管片承重吊点2个，吊点上安装吊耳。其中有4个吊点主要用于主驱动电机、人闸、主轴承拆解后的牵引平放。吊梁主要用于刀盘和牛腿的拆解，其余吊点主要用于螺旋机及散件的吊装。3.3.2 刀盘拆解目前国内大部分洞内拆机刀盘均在主驱动拆卸完之后才开始解体，刀盘无法转动，只能遵循自下而上的原则，分区域切割。这种拆卸方案每个区域都要重新布置吊点，特别是在拆卸顶部刀盘时，如无足够空间，技术难度和操作风险均会成倍 增加。依照图3所示将刀盘分解为9块，在盾构停机之前第7块旋转至底部时，首先将第7块切除，并在其底部垫上支撑，利用自制门架上吊点用倒链将其 拉出。牛腿位置图3 刀盘分块示意图 依次顺时针旋转刀盘，依次让其边块降至最低点，然后按照731562489将各个分块依次拆除；拆解过程中可利用牛腿位置用来固定部分分块不脱落，割断各筋板及焊缝后再拆卸牛腿螺栓将各分块依次放下。随后拆除中心块位置螺栓，后退回转中心；接着在前盾土仓顶部焊接2个吊耳，用手拉葫芦吊住牛腿法兰进行拆卸，割除主驱动轴承与牛腿法兰连接螺丝的保护盖板，拆除螺栓，将牛腿与主驱动分离后放下。在拆机过程中，将刀盘作为第一部分拆卸部位，主驱动未拆除，可以旋转刀盘，因此在矿山法CONSTRUCTION MACHINERY 612023/02总第564期段用工字钢设置自制门架，如图4所示。该自制门架高只有2.8m，宽3.8m，相对盾构6.3m的高度只有一半不到，却可以安全自由将切割下来的刀盘从接头处转至空旷地带，只需要切割刀盘下部区域，减少了工作人员高处作业的风险，整个过程非常安全与简便，与最后拆卸刀盘的方式相比，极大地缩短了刀盘解体的工期。隧道中心线图4 刀盘洞内拆机吊装示意图3.3.3 主驱动拆解中心主驱动是盾构的心脏，是最重要的一个单元，里面有轴承、齿圈、主驱动密封、带动刀盘的回转体，在整体拆卸当中极其重要。主驱动减速机及马达和牛腿拆除后，并排放大齿圈齿轮油，净重约30t。主驱动拆解的详细步骤为：（1）首先对盾构人闸进行拆卸，利用前盾4个吊点进行人闸拆卸。必要时在人闸外壳焊接用于吊装的吊耳，挂4个10t倒链将人闸放置在平板 车上。（2）拆除驱动上的电机减速机，从下向上将主驱动马达减速机整体拆除。拆除后需要安装盖板保护，各连接螺栓分类装箱封存运至洞口吊出，把主驱动与减速机连接孔用保护板连接好保证驱动内部清洁。整体拆出后的电机齿圈需做好清洁防护 工作。（3）割除主驱动下方土仓隔板，将轨道延伸到主驱动下方。把全部电机减速机拆除完后选好吊点挂上倒链葫芦。前盾体上选好吊点4个，用20t的葫芦，必要时在中盾上安装1个用于翻身，在焊接吊耳时不要有夹渣气泡现象。（4）环土舱两侧焊支撑加强盾体，同时把倒链葫芦挂好拉到崩劲为止。割除主驱动支撑板，先把筋板主驱动连接壳体割开，顺序从下向上。割除主驱动后部定位焊接板。在拆除前，了解焊接结构钢板厚度选择割枪割把大小，不要破坏驱动整体。（5）利用前盾及中盾的吊点，将主驱动放置于平板车进行加固后运出。4 结束语现代地铁施工盾构洞内拆机的需求越来越多，如何根据洞内拆机条件制定安全、高效、经济的洞内拆机方案是盾构设计和项目施工要重点考虑的问题。对于盾构选择合理恰当的洞内接收结构以及拆解方法，不但能够降低成本，排除风险，而且可以提高工作效率。只有了解自身设备的特点和现场工作环境条件，才能制定出理想、高效的拆除 方法。参考文献1张东，崔海涛.盾构机在地铁隧道接收端洞内脱壳解体技术研究J.市政技术，2017（02）：77-80+84.2叶蕾，庞培彦.浅谈盾构洞内拆机技术J.建筑机械化，2018（06）：55-58.3张振光，赵艳粉.盾构在矿山法隧道内进出洞施工关键技术J.铜业工程，2012（02）：47-50+71.4林韵.矿山法施工隧道内盾构接收技术J.建筑施工，2015（09）：1111-1113.5杜闯东.狮子洋隧道盾构地中对接技术及实施J.隧道建设，2014，