城市富水砂卵石条件下大直径泥水盾构始发技术.doc

城市富水砂卵石条件下大直径泥水盾构始发技术吕传田 翟志国 黄学军（中铁隧道集团二处有限公司 河北燕郊 065201）摘要：本文通过对北京铁路北京站至北京西站地下直径线工程采用的直径11.97m膨润土气垫式泥水平衡盾构机始发竖井及盾构始发施工的介绍，总结了在城市繁华地段、富水砂砾石地质条件下，大直径泥水盾构始发施工的一些关键技术，希望对类似工程有借鉴作用。关键词：城市；富水砂卵石；大直径；泥水盾构；始发Technology of big diameter slurry shield launching in urbanwater-rich sandy cobble groundLV Chuan-tian ZHAI Zhi-guo HUANG Xue-jun（China Railway Tunnel Group Co., Ltd. 2，sanhe065201，hebei，china）Abstract:Based on the introduction of building launching shaft and the shield launching of Beijing Rail Transit which construct with a slurry shield machine by diameter 11.97 m,some key technologies of shield launching is summarizedin the urban areas and the water-rich grit stone geological conditions, with the hope of a reference for similar engineering.Keywords:Urban；Water-rich sandy gravel；Big diameter；Slurry shield machine；Launching0 引言盾构法施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。随着我国科学技术进步、综合国力的增强以及地铁、公路、铁路、水利等基础建设的飞速发展，大断面盾构已越来越多地应用于城市地下工程。泥水平衡盾构是一种全新的盾构技术，在目前各类盾构中是结构最为复杂、施工质量最好、效率最高、技术最先进、安全可靠性最高的一种。而泥水盾构在始发阶段的施工难度较大，如何保证泥水盾构始发成功是盾构法施工成败的关键。1 工程简介1.1工程概况北京站至北京西站地下直径线工程为连接北京站和北京西站两大铁路枢纽的电气化铁路工程，位于北京市中心区。隧道全长6282m，其中5175 m隧道采用盾构法施工。盾构法隧道采用一台全新的11.97m膨润土气垫式泥水加压平衡盾构机施工。盾构由天宁寺桥北4#竖井始发，沿天宁寺桥、西便门桥、宣武门西大街，前门东大街，最后到达终点祈年大街和暗挖扩大段对接后，在洞内解体拆除吊出地面。其中设4#竖井（盾构始发井）、5#竖井（始发辅助井）和2#竖井（接收井）。盾构隧道管片内径10.5m，管片外径11.6m，环宽1.8m。管片环采用通用楔型环，每环管片由6块标准块、2块邻接块和1块封顶块共九块组成。天宁寺桥北5#暗挖竖井北京西站东端预埋段6#竖井北京站前门宣武门北京西站天宁寺桥4#盾构始发井图1北京站至北京西站地下直径线工程线路平面图示意图Fig 1. Planar graph of Beijing Rail Transit Line由于受竖井空间的限制，盾构机在始发阶段，5#竖井作为盾构始发辅助井，盾构施工所用材料及泥浆管路等从5#井进洞，待始发完成拆除负环管片后再换装到4#井。北京站至北京西站地下直径线工程线路走向见图1所示。盾构隧道主要穿越的地层以卵石土、圆砾、中砂、粗砂为主，向西卵石粒径逐渐加大。一般粒径2040mm，最大粒径为 550mm，大于20mm的颗粒含量约占总重的60%，亚圆形砾石，中粗砂充填。盾构隧道各地层所占比例具体见图2所示。盾构隧道所在地层主要为空隙潜水和孔隙承压水，地层最大渗透系数K=150 m/d潜水，最大水土压力为3bar。地下水位埋深为23.1324.31。 1.2 泥水盾构始发总体施工方案首先采用明挖法开挖竖井，在盾构始发竖井施工期间同步进行始发井端头土体加固；然后井下安装盾构始发基座及洞门密封，依次组装盾构后配套拖车，并将其拖入 图2盾构区间各地层所占比例饼图暗挖后盲洞段。接着进行盾构主机安装、反力架下半部分 Fig 2. Pie chart of the stratigraphic composition安装。待管片安装机横梁安装完成后将反力架上半部分进行安装，随后将主机和后配套拖车连接，并完成盾构机整机调试；同时完成泥水处理系统的安装调试。最后盾构达到始发条件开始试掘进。2 盾构始发井施工2.1 设计情况4#竖井位于天宁寺立交桥2号匝道桥下北侧绿地，为盾构始发井，竖井向东为盾构法施工区间隧道，K6+786.5+803.5为盾构始发井，竖井向西为浅埋暗挖法施工区间隧道。4#竖井设计基坑平面尺寸为21.619.6m（含围护结构厚度），基坑开挖尺寸为17.6m19.6m，设计基坑深度为31.52米。基坑围护结构采用厚1.0m的C30钢筋砼地下连续墙，墙体深度为40.8m，墙体入土嵌固深度为9.28米；井身开挖过程中设置6道横撑，第1第3道横撑为钢筋砼结构，第4至第6道横撑为609，t=16mm钢管支撑；井身内衬采用C35、S12的钢筋防水砼，井底设20cm厚的C15砼垫层。2.2总体施工思路4#始发井围护结构采用地下连续墙。采用盾构直接掘削新型材料墙体的方式开洞门，开洞处的地下连续墙钢筋笼全部换用玻璃纤维筋代替普通钢筋，混凝土采用以石灰石为粗骨料的细石混凝土，混凝土抗压强度为C20，其余范围地下连续墙采用C30混凝土。在地下连续墙施工完毕后，进行竖井的开挖及衬砌，竖井施工采用逆作法与顺做法相结合，即地表至11.39m采用逐段开挖逐段衬砌，11.39m至31.72m采用分段开挖架设支撑至竖井底后再分段衬砌。消防水池的局部加深部分安排在盾构施工后再进行。2.3施工工序4#竖井施工工序见图3所示。图3 竖井施工工序图Fig 3. Process chart of shaft construction4#竖井施工工艺流程见图4所示。施工准备工作拆除第六道钢支撑地下墙施工搭设满堂支架及钢筋绑扎凿除内侧导墙和抓斗作业平台安装盾构门洞钢环圈梁施工设置井点和预降水浅埋暗挖隧道洞口立模挖第1层土至第二道环框梁底面浇筑混凝土浇筑井身及第二道环框梁恢复第一道临时支撑挖第2层土至第三道环框梁底面拆除第五道支撑浇筑井身及第三道环框梁接高满堂支架挖第3层土至第四道支撑底面钢筋绑扎、立模、浇筑混凝土安装第四道钢支撑恢复第二道临时支撑挖第4层土至第五道支撑底面拆除第四道支撑安装五道钢支撑接高满堂支架挖第5层土至第六道支撑底面钢筋绑扎、立模、浇筑混凝土安装六道钢支撑恢复第三道临时支撑挖第6层土至坑底设计标高完工清场浇筑素混凝土垫层浇筑结构底板及侧墙上2.0m井身图4 盾构始发竖井施工工艺流程图Fig 4. Flow chart of tunnel shaft construction2.4地下连续墙施工2.4.1盾构破除洞门新旧工法比较盾构破除洞门和端头地层加固是保证盾构始发的关键。传统方法是在做始发竖井的地下连续墙维护结构时，始发洞门处的连续墙不做特殊处理，钢筋笼仍采用普通钢筋，砼的选择也可不做特殊要求。盾构始发时采用人工分区分块破除洞门砼的方法。人工破除洞门砼时一般分区分块进行，边破除砼边割除钢筋笼，并及时喷射纤维砼，做为临时堵头墙，保持连续墙外侧土体的稳定。洞门砼破除采用人工开凿的方法，不仅作业环境极其艰苦，同时由于墙体的开凿破坏、土体的暴露，易出现土体塌方，即危险性较大(特别是大深度情形下)。本工程盾构始发破除洞门采用NOMST工法，即盾构直接掘削新型材料墙体的方式。始发竖井地下连续墙开洞处的钢筋笼全部采用玻璃纤维筋，砼采用以石灰石为粗骨料的细石砼，抗压强度为C20等级。盾构始发时利用盾构机刀盘直接切削连续墙一次性进洞。由于盾构直径较大（直径11.97m），侧土压力很大，而玻璃纤维筋与普通钢筋接头处抗拉强度较低（只有普通钢筋抗拉强度的10%），因此在始发端头区施做两排素混凝土桩以保证始发竖井开挖的安全性。2.4.2地下连续墙施工盾构始发竖井地下连续墙深41m，厚1m。盾构开洞口范围内有3副（总宽12.6m）的地下连续墙。连续墙开洞处钢筋笼全部采用玻璃纤维筋，即开挖轮廓线左右各0.3m，上下各1.5米范围内，具体如图2所示。每幅槽孔的钢筋笼均分为上中下三节加工，分节下放钢筋笼，接头处采用“U”型卡连接牢固。用泥浆下直升导管法浇筑砼，混凝土浇筑在洞口上下各3m范围内全部采用以石灰石为粗骨料的细石砼，且砼强度等级为C20，其余范围采用C30砼。（1）槽孔开挖地下连续墙槽孔开挖采用旋挖钻机配合液压抓斗成槽。（2）玻璃纤维筋笼加工地下连续墙钢筋笼长41m，钢筋笼分三节加工吊装。底部一节为普通钢筋笼长11.545m，洞门部分采用玻璃纤维筋笼长16.97m，洞门顶部一节为普通钢筋笼，长16.485m，其钢筋笼主筋接头均搭接1m。玻璃纤维主筋和普通钢筋主筋之间采用“U”型卡连接，玻璃纤维箍筋之间采用细铁丝绑扎，玻璃纤维筋钢筋笼配筋见图5所示。图5 玻璃纤维筋笼加工图Fig 5. processing of the glass fiber-reinforced polymer（3）玻璃纤维筋笼吊装由于碳素纤维钢筋的抗剪切强度很低，钢筋笼属于柔性结构，在起吊之前必须对钢筋笼内外两侧安装“井”字型钢管骨架进行加固，防止吊装过程中玻璃纤维筋受剪切断裂。加固使用的钢架在钢筋笼下放过程中逐步拆除。钢筋笼加固如图6所示。图6 洞门段玻璃纤维筋笼加固示意图Fig 6.GSRP strengthen chart near the tunnel-door 玻璃纤维筋吊装采用1台履带吊和一台汽车吊配合进行。如果在起吊过程中发生吊点脱落或加固钢架变形致使起吊无法继续时，必须将钢筋笼放回平台重新加固完成后再继续起吊。钢筋笼吊装见图7所示。图7 玻璃纤维筋笼加工、吊装效果图Fig 7. Processing and hoisting of the GSRP（4）砼浇筑砼采用泥浆下直升导管法浇筑。砼塌落度控制在220mm，并优化配合比，保证砼的扩散度。必须控制好C30和C20两种强度砼界面的高度。2.5始发竖井施工2.5.1锁口圈梁施工锁口圈梁为梁体高150cm，宽200cm的钢筋砼结构，砼标号为C30。圈梁施工在竖井围护连续墙完成后开始。施工顺序：土方开挖墙顶砼凿除圈梁及井身钢筋绑扎模板及支架施工圈梁混凝土浇筑。（1）土体开挖井口段0-2.5m仅开挖锁口圈梁与1.0m竖井井身土方，保留竖井中部土方。开挖采用反铲挖掘机配合人工进行开挖。开挖时井壁位置预留30cm利用人工进行修面。锁口圈土方开挖见图8所示。（2）凿除连续墙顶端砼连续墙顶端砼凿除在开挖结束后进行。由于连续墙施工中浇注标高高于设计标高，所以需根据测量组所放控制线对超过墙顶标高的墙体进行凿除并对墙顶进行凿毛处理，同时将墙体预留钢筋清理干净。图8 锁口圈土方开挖示意图（3）预埋井身钢筋考虑圈梁与下层井身的连接，在圈梁下方预埋井身钢筋，预埋钢筋锚入圈梁长度为70d，其它环梁按照规范要求埋设35d（如钢筋直径大于等于25mm，则锚固长度为40d），预埋钢筋下方内外层钢筋接头相互错开35d且不小于500mm。（4）模板及混凝土浇筑圈梁模板采用1m1.5m的钢模板，锁口圈段的纵向迎土侧不做模板施工，内侧安装钢模板，并保证其垂直度和平整度，模板搭接用U型卡连接牢固。在锁口圈拐角处采用阳角模板进行拼装。支撑体系基础用木板垫实，并且平整、稳定。混凝土采用商品砼，用砼搅拌车送到施工现场。用溜槽送入模板内，分层对称浇筑，用振动棒振动密实。混凝土表面必须抹平、收光。 2.5.2竖井第二、三道圈梁及井身施工 Fig 8. Schematic diagram of earth excavation竖井1.511.39m分两次施工，第一段为1.56.1m，第二段为6.611.39m，均为逆作法施工。施工顺序为：墙面修整及基面处理铺设防水板钢筋绑扎安装侧模及加固浇筑砼并养护。（1）土方开挖图9 竖井模板支架示意图在完成上段砼浇筑并达到设计强度的75%后，开始进行下层施工。第一段为1.56.6m，采用地面反铲开挖配合人工修面；第二段为6.611.39m采用反铲开挖配合人工修面，利用龙门吊配合吊桶出碴。具体见图9。（2）支架及模板安装支架体系采用在竖井井内设置满堂红脚手架支撑，满堂红脚手架步距为9090cm，层距为90cm，模板采用1.01.5m的平面钢模板。脚手架布置见图10所示。（3）混凝土浇注井身内衬采用C35、S12的钢筋防水砼，利用在环梁上预埋的200钢管，进行混凝土的浇注和振捣。2.5.3竖井11.3931.72m开挖及支撑施工竖井11.3931.72m分四次开挖，第一段为11.3916.79m，第二段为16.7922.29m，第三段为22.2926.02m，第四段为26.0231.72m。（1）土方开挖完成上段砼浇筑并达到设计强度的75%后，进行竖井下部开挖。考虑到井内作业空间及提升，开挖采用机械分层分片进行，利用龙门吊配合吊桶出碴。 （2）架设支撑加工 Fig 9. Stent of the shafttemplate钢腰梁采用3号钢，由工厂分段制作，现场拼装。焊接采用手工电弧焊，焊条采用E43系列，所有焊缝满焊。钢腰梁：由HW400400的H型钢和钢肋板焊接而成。斜撑处钢腰梁上的剪力块角度与斜置角度一致。支托体系：钢腰梁上设置两排间距为28cm的YG2型M20膨胀螺栓固定在地连墙身上。腰梁上拉筋用16圆钢加工，拉筋与桩上后埋的膨胀螺栓焊接，焊缝长度双面焊不小于80mm。钢管支撑：钢管支撑工厂制作好标准管节及端头管节，现场采用法兰盘和高强螺栓拼接。竖井第46道支撑见图11所示。（3）钢腰梁和钢管制成安装图10 竖井模板脚手架布置图图11 竖井第46道钢支撑平面布置图Fig 10. Scaffolding of the shafttemplate Fig 11. Planar graph of 4 and 6 steel supportin the shaft预制管节及端节预制钢腰梁钢腰梁背后砼回填吊装钢腰梁吊 运 钢 管 支 撑拼装节段施 加 预 应 力打 设 隼 子拆 除 千 斤 顶 图12钢支撑架设工艺流程图1）钢支撑架设工艺流程见图12所示。2）钢支撑架设安装注意事项：开挖到钢管支撑标高后，在围护桩设计位置用冲击钻钻M20膨胀螺栓孔，打入膨胀螺栓。用吊车将支撑托架钢吊至设计标高处放置在已安装好的膨胀螺栓上并固定。采取单点取吊，用吊车吊装钢围囹至设计标高处放置在已安装好的膨胀螺栓上并固定。两节钢腰梁之间联接焊接。安装时要求腰梁横撑各轴线在同一平面上。3）施加预应力钢管支撑的拼装及吊装支撑的安装应与土方施工紧密结合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装支撑（一般在16小时以内），并及时施加预应力。 根据基坑宽度将端节、标准管节拼装成整体，不同 管节之间及管节与端头之间用法兰联接。先在地面 进行预并以检查支撑的平整度，其两端中心连线的 偏差度控制在20mm以内，采用双起吊法用吊车将拼装好的钢支撑吊放到预定 Fig 12. Flow chart of erectting steel support位置和标高处，放置在已焊接好的钢围囹托架上，此阶段吊车的绳索不应松开。吊车根据钢管长度及重量拟采用两台16吨吊车，吊车位置根据现场情况停放。钢支撑吊装到位，用特制的液压千斤顶对钢管支撑端部施加设计轴力的50%的预加力，再用特种钢特制的楔形隼子塞紧，再取下千斤顶。安装时要求施加的预应力为设计轴力的50%70%。，并严格执行规范要求。竖井横撑与钢腰梁节点见图13所示。图13 竖井横撑与钢腰梁节点图Fig 13. Joint drawing of steel beam and transverse brace2.5.4竖井11.3931.72m衬砌竖井11.3931.72m分4段衬砌，采用分段拆除609横撑，替换临时支撑，以保证竖井衬砌施工期间的施工安全。（1）施工顺序施工顺序为：竖井封底墙面修整及基面处理铺设防水板钢筋绑扎安装侧模浇筑砼并养护。（2）竖井封底开挖至井底后进行竖井封底施工，封底采用20cm厚素混凝土。（3）竖井衬砌在竖井内设置满堂红脚手架支撑体系，脚手架步距为6060cm，层距为60cm，纵向迎土侧不设模板，内侧采用1m1.5m钢模板安装形成整体，并保证其垂直度和平整度，模板搭接用U型卡连接牢固。支撑体系基础用木板垫实，并且平整、稳定。满堂红脚手架支撑体系具体布置见图14所示。图14 竖井模板支架示意图Fig 14. Stent of the shafttemplate混凝土采用商品砼，用罐车送到施工现场。用汽车泵送入模板内，分层对称浇筑，用振动棒振动密实。混凝土表面必须抹平、收光。（4）临时支撑替换及支撑拆除利用临时支撑进行竖井横撑及斜撑的替换，主体结构的砼强度应要达到设计要求的强度值方可拆除临时支撑。2.5.5预埋洞门钢环（1）在天宁寺4#工作井东侧墙面上预埋盾构洞门钢环，作为盾构始发洞门。（2）钢洞门安装加工时分成上下两个半圆或四个四分之一圆，上下对拼。（3）由于钢洞门定位相当重要，安装时首先测量放样，定出洞中心标高和位置，然后在地下墙墙体上放出圆洞大样，先安装下半部半圆，然后再拼装上半部半圆，拼缝全部电焊焊接。（4）钢洞门固定：可在预埋于底板上的预埋钢板上焊撑头承托，并可凿出地下墙钢筋焊接撑头，在两侧固定钢洞门。2.5.6防水施工竖井采用全包防水。结构变化处设置变形缝，变形缝采用橡胶钢边止水带，外贴防水卷材止水，并设置嵌缝槽。（1）基面处理在开挖竖井土方后，进行人工凿除侵限混凝土和表面不平整处，如果地连墙接缝处有渗漏水，采取在渗水点处涂抹“水不漏”防水涂层或在渗水点处打设注浆管进行注浆止水。铺设防水板的基面应平整；采用水泥砂浆抹面找平的处理方法。处理后的基面应满足： D/L1/10的要求（D为相邻两凸面间凹进去的最大深度，L为相邻两凹凸间的最小距离）。基面不得有尖锐的毛刺部位、不得有铁管、钢筋、铁丝等凸出物存在，否则应从根部进行凿除，然后在凿除部位采用1：2.5的水泥砂浆覆盖处理。阴、阳角部位应作成100mm圆弧或50*50mm钝角（45度折角）。（2）防水板铺设、无纺布的铺设400g/无纺布的安装安装用L27mm射钉将塑料垫片钉在无纺布上固定，底板可空；无纺布搭接不少于5cm，搭接边用射钉+塑料垫片固定；边墙垫片之间间距50cm80cm，呈梅花状布置。、ECB防水板安装A、防水板采用纵向铺设的方法，以提高接逢顺齐平整。B、用电烙铁或热风枪将ECB焊在塑料圆垫片上时，位置要对准，不得用力过大和时间过长，以免破坏防水层；焊接应牢固可靠，避免防水板脱落，同时注意垫圈中间的金属射钉因温度过高而烧穿防水板。C、防水板之间接缝采用双焊缝进行热熔焊接，焊缝搭接宽度为10cm，焊缝宽度不少于1 cm；焊卷材间接缝时，焊机的温度和速度等参数必须根据当时气温、机器状况等条件，经试验充气合格后确定。D、卷材间用热熔焊机自动焊接时，要随时注意将接缝处的一侧卷材定位，以免错位后造成防水层被拉过紧，出现防水层鼓胀造成不平整，或形成单焊缝。施工过程中，尽量避免手工焊接，部分接缝无条件时再采用手工焊接，手工焊接只进行外观检查，不进行充气检查。（3）施工缝、变形缝防水施工1）施工缝防水对结构纵向施工缝主要采取3条措施： 在环向施工缝中间设一条遇水膨胀止水条。 在新、老混凝土界面上涂刷混凝土界面剂。在施工缝位置增设一道500mm宽防水板附加层。2）变形缝防水重点考虑变形缝防水。变形缝防水设二道防线： 在侧墙和底板处防水板内缘铺设背贴式止水带； 中间防水，采用中埋钢边橡胶止水带； 在施工缝位置增设一道500mm宽防水板附加层。3 始发洞门端头加固4#始发井端头加固采用地面注浆加固方式，加固范围为：东侧12.0米，隧道轮廓线上下6米，左右4米。由于玻璃纤维筋与普通钢筋接头处抗拉力强度较低（只有普通钢筋抗拉强度的10%），而在始发洞门处的地下连续墙采用C20混凝土，因此为保证4#竖井开挖的安全性，在始发洞门前端施做两排M10砂浆桩。具体注浆范围及素桩位置见图15所示。图15 端头加固范围及素桩平面布置图素砂浆桩由于地面注浆受地下管线及现场其他因素的影响，导致加固区存在一定的盲区特别是管线下方土体，未能进行有效加固，给盾构始发造成一定隐患。为了保证端头土体加固的效果，保证盾构安全始发，采取在4#竖井内对端头土体进行水平注浆补强加固。采用水平地质钻机前进式分段成孔注浆，最后一次注浆结束，再成孔下50塑料管，进行补充注浆。4 始发洞门凿除为了防止洞门破除后发生涌水涌砂现象，先将1m厚的地下连续墙凿除0.6m,剩余0.4m的保护厚度，洞门中心鱼尾刀部位1.4m范围内多凿除0.2m，并将外露的玻 璃纤维筋全部割除取出。洞门破除由人工利用风镐自上而下一次完成。洞门凿除后尽快将盾构机前移，使刀盘紧贴掌子面，保证掌子面的稳定，由刀 Fig 15. Concrete pile and the rang of end reinforcement 图16始发基座横断面结构示意图盘切削剩余部分连续墙混凝土。5 安装盾构始发基座盾构始发基座采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力荷载和推进时的摩擦力，结构设计还需考虑盾构推进时的便捷和结构受力。由于盾构机重达1000多吨，所以始发基座必须具有足够的刚度、强度和稳定性。由于盾构主机在组装过程中盾壳间还需要进行焊接作业，所以需要始发基座在距洞门6.05m处断开0.9米为盾构护盾焊接提供必要的焊接作业空间。始发基座的结构见图16所示。 6 安装洞门密封装置6.1 洞门预埋环的安装 Fig 16. Sectional drawing of launching base图17 洞门密封结构示意图洞门预埋环是为满足盾构机进洞临时封堵洞门端 头要求的环状钢板。环状钢板的内径为12212mm，外径为12960mm，环向每2.4度预埋一个M24*90螺栓，共计预埋螺栓150个。为了环板能够牢固的嵌入竖井衬砌结构内，环板背面与盾构始发井衬砌结构钢筋连接牢固，并且每根预埋螺栓必须与竖井衬砌钢筋连接牢固，环板加工成型后，待竖井二次衬砌施工时及时预埋。6.2 洞门密封装置安装始发洞门临时密封采用双道密封装置，每道密封装置由帘布橡胶、扇形压板、止水箱、注浆管和螺栓等组成，两道密封间隔0.4m。洞门临时密封装置见图17所示。 Fig 17. Sectional drawing of tunnel-door seal为防止盾构机刀盘磨损帘布橡胶板，影响密封效果。在盾构机进入预留洞门前，应在刀盘外围和帘布橡胶板外侧涂抹润滑油脂。当盾构刀盘全部进入内洞门密封后，开始向泥水仓内加压，压力仅满足泥浆充满泥水仓。同时，在两道密封间利用预留注脂孔向止水箱内注堵漏剂，增加洞门处的止水效果。7 安装反力架及支撑反力架采用组合钢结构件，便于组装和拆卸；反力架结构根据竖井结构进行设计；反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度；反力架支撑系统将盾构推力传送到竖井结构上，支撑提供的反力满足盾构推进要求，且支撑有足够的稳定性，反力架支撑采用水平支撑加斜撑的加固方式。如图18所示。反力架位置的确定：根据盾构主机长度、负环管片宽度以及洞门结构宽度等综合确定反力架位置。反力架位置确定见图19所示。图19反力架位置确定纵断面图图18反力架及支撑结构横断面图Fig 18. Reacting force andsupport structure Fig 19. Position of the reacting force 8 盾构始发阶段运输轨道及管线布置由于场地空间狭窄，在始发阶段后配套拖车完全进入负环管片之前，盾构施工所用材料全部由5#井下洞，经横通道运输。轨道在横通道布设为双轨，在5#竖井底及正洞段布设单轨。管片、轨道、进排浆管、循环水管、管片螺栓等材料全部由16t桥吊经5#竖井吊运，砂浆从4#竖井下料。待后配套拖车完全进入负环管片后，将反力架上面的两根支撑钢管去除，管片等材料由4#井通过35T行吊从反力架后面的空隙垂直运输到井底。始发阶段洞内轨道及管线布置见图20。图20始发阶段5#井至4#井洞内管线布置图Fig 20. Pipeline arrangement diagram between shaft 5 and shaft 49 降水井布置在4#井始发端两侧布置4个降水井。在端头加固完成后，始发洞门凿除前开始启用降水井，同时也启动所有其他暗挖段降水井，形成区域降水，使水位降至隧道底板以下1m，从而提高土体的自稳能力，保证洞门凿除及盾构始发的安全。降水井布置示意如图21所示。图21 始发端头降水井平面布置示意图Fig 21. Arrangement diagram of the dewatering well near the shaft10 盾构组装调试10.1盾构组装流程盾构组装流程见图22所示。2号拖车1号拖车0号拖车前盾下部中盾下部主 驱 动前盾上管片安装机中盾上部刀 盘移动前盾和中盾盾尾下部管片拼装机管片横梁管片拼装机工作架盾尾左部盾尾右部盾尾上部安装反力架上部盾构拖车进场盾构主机进场盾构调试达到始发条件安装反力架下部装力架下 图22盾构组装流程图 Fig 22. Flow chart of shield assembly10.2 盾构组装步骤（1）盾构机后配套拖车进场盾构拖车提前进场，进场后采用35t龙门吊卸车，部件堆放在4#竖井西侧龙门吊轨道范围内。（2）拖车轨道铺设竖井内和底板进行轨道铺设，沿隧道中心布置。（3）2号拖车组装拖车在地面上进行门架左右侧设备的组装。左右侧下井组装对接，下井左右斜撑牢固，手拉葫芦固定，避免翻到。完成顶部结构和部件安装就位后，用电瓶车拖拉拖车到暗挖段，直到要求位置止，最后固定。具体结构组装包括：左右机架、砂浆泵、辅助吊机、水管卷筒、泥浆管、上部机架、变频器、配电柜、主变压器、辅变压器、除尘风机、脱水箱、电缆卷筒、风管支架。（4）1号拖车组装在井上对门架左右侧的设备进行组装。左右侧下井组装对接，下井左右斜撑牢固，手拉葫芦固定，避免翻到。完成顶部结构和部件安装就位后。用电瓶车移动拖车到明挖段，头部露出在竖井门吊覆盖区域，固定牢固。具体结构组装包括：左右机架、液压泵站、水箱、水泵、上部机架、储气罐、空压机、操作室、注浆罐、注浆泵、栏杆、扶梯。（5）0号拖车组装拖车支撑下井，两边固定，放置溜车。地面上，拖车结构安装，部件安装固定。整体下井，用麻绳拉住两端，控制方向，避免偏摆，整体落在1号拖车和拖车接头上，并与之相连接。后移两节拖车连同拖车支撑，使2号拖车和1号拖车对接，固定。结构组装包括：机架、油脂泵、盾尾密封油脂泵、泥浆泵、栏杆、扶梯、管片吊机。（6）轨线拆出和大件下井准备轨线拆出，清理始发架轨面，并涂抹油脂。（7）管线连接拖车之间液压管线的连接：管线连接，确保连接管线清洁，并对接头进行编号。拖车之间其它管线连接，电缆连接。（8）主机进场安装前盾下部及中盾下部在进场后直接用600T履带吊吊装下井。其它件放在4#竖井北侧场地内，根据顺序组织进场，按组装先后顺序摆放。确保出场按主轴承、前体上半部分、三块刀盘、中体上半部分、盾尾四件等先后顺序进场。（9）前体下半部分就位安装前盾下部翻身下井：用150t履带吊配合600t履带吊卸车及翻身，用600T履带吊直接下井组装。 （10）中盾下半部分安装中盾下部进场，同样用600T履带吊配合配合一台150t履带吊卸车及翻身，用600T履带吊直接下井组装。对位时控制吊车速度，信号协调一致。并紧固两者之间的螺栓。（11）中盾前体及其紧固由于盾构螺栓较多，在中盾下井后，即开始持续的螺栓连接工作。（12）主轴承安装：主轴承进场卸车，着重保护轴承的边缘，周围垫方木，放置应力集中。主轴承翻身下井，150T履带吊配合600T履带吊，将主轴承翻身下井，同时与前体对位，并固定。（13）前体上半部分安装：前体上半部分进场，并清理结合面。150T履带吊配合600T履带吊，将前体上半部分翻身下井，并与下半部分和轴承对接，紧固。焊接前体之间的结合面，保证满焊，并且，内外均要焊接。（14）人仓的安装清理人仓与前体的结合面，并涂抹油脂。安装人仓密封，并用密封胶填充间隙。安装螺栓，在人仓对位时，迅速用风动扳手按照先十字架后圆周的顺序紧固。用扭矩扳手，以规定扭矩，按先十字架后圆周的顺序紧固。（15）管片支撑架安装管片支撑架进场。管片支撑架结合面清理，打磨。支撑架井上安装，并翻身下井，与前体对接。支撑架紧固，达到对应扭矩。（16）中体上部安装中体进场，卸车，清理结合面150T履带吊配合600T履带吊翻身下井，并于中体下半部分对接。中体两片之间螺栓紧固，中前体之间螺栓紧固，用液压扭矩扳手。焊接中前体螺栓和中体之间螺栓，焊接时打坡口并且满焊，法兰内外焊接。中前体法兰只焊接内侧。（17）刀盘安装刀盘进场卸车，在地面对接。刀盘下面垫方木，高度高1m。井上安装，紧固，并焊接，使用焊条必须经过外方认可，焊工需要经过外方培训。用150T履带吊配合600T履带吊井上翻身，并起吊，在刀盘底部垫3层方木，避免应力集中变形。刀盘紧固，从大件下井后一直紧固，不占主线时间。按照额定扭矩和正确顺序（先上下左右各紧固3颗，后再上下左右紧固全部的螺栓）紧固刀盘和前体之间的螺栓。按照正确顺序和规定的长度将刀盘前面预紧螺栓紧固。按照正确的顺序和扭矩将前体、中体之间螺栓紧固。（18）盾构机前移始发轨道清理，并涂抹油脂在两侧安装反力支座，并安装液压千斤顶，测试泵站。顶推盾构机，直至刀盘几乎进入洞门密封。盾构机主机两端焊接防扭挡板。（19）盾尾底部就位安装盾尾清理，焊接部位打磨。用150T履带吊配合600T履带吊将盾尾翻身，并下井。与中体对接，紧固。（20）反力架下部安装在安装管片安装机横梁前须将反力架下部先行安装，在盾尾上部安装完成后再进行反力架上部安装。（21）管片安装机横梁的安装管片安装机梁的进场，结合面清理。在井上安装部分部件。翻身下井对接，并先用风动扳手紧固。安装其尾梁，并紧固。（22）安装管片安装机管片安装机进场，清理，并安装附件。用150T履带吊配合600T履带吊将管片安装机翻身，并下井。中板悬挂一20t手拉葫芦，并与管片装机连接，将管片安装机拉向暗挖段一侧后，管片安装机穿进轨道梁。管片安装机拖到刀盘一侧并固定。（22）安装管片安装机结构支撑部分安装管片安装机辅助平台。（23）安装盾尾剩余部分盾尾剩余部分进场，清理。从两侧到顶部，盾尾剩余部分依此下井，与中体对接，并紧固。焊接盾尾之间的连接、盾尾与中体之间的连接，焊接时采用满焊，法兰内外侧均焊接，盾尾底部的外侧从预留的豁口进去焊接。焊接盾尾刷，按照规范进行操作。（24）安装反力架上部分安装上部反力支撑架，并形成整体。紧固反力架，并安装反力环。整个反力架就位。安装反力机构，并与地面焊接。（25）后配套拖车与主机对接拖车前移，至支撑架接触主机部分。将0号拖车与安装机轨道进行搭接，操作从支撑架到轨道梁转移时，尽量避免突然的冲击。就位后铰接固定，并连接相互之间的管线。（26）管线连接管线连接在拖车就位以后，立即开展，管线连接不占主线的主要时间。液压管线连接：保持接头和管路的清洁，并确保紧固的质量，并标识连接接头。其它管线：标识连接接头，紧固固定。电缆：敷设电缆槽，标识电缆线，并将电缆线连接固定到位。10.3盾构机主机调试调试程序由NFM在安装完成日前提出并经双方代表讨论决定。调试工具、仪器由NFM按合同规定提供。参加调试的人员以现场技术人员为主，另配置一定数量的技术工人配合调试工作。盾构机调试包括以下内容：（1）检测推进系统是否能正常运转，推进速度、压力是否能达到要求。（2）铰接系统伸出缩回动作，以及行程显示，三种状态是否正常。（3）测试刀盘驱动系统是否正常，正转、反转、最大速度、速度调节、压力等是否正常。（4）检查液压油过滤循环系统 是否正常，能否达到降温作用（5）测试管片安装系统是否正常，各个动作是否能达到性能要求。（6）测试刀盘伸缩油缸工作是否正常。（7）测试注浆泵系统工作是否正常，各个功能是否达到性能要求，换向和调速是否正常。（8）测试其他辅助液压系统动作是否能正常。（9）管片转运系统工作是否正常。（10）岩石破碎系统工作是否正常，动作、工作压力、破碎能力等。（11）齿轮油循环系统是否正常，液位报警功能等。（12）盾尾油脂注入系统工作压力是否正常，自动工作情况是否合理。（13）HBW系统工作压力是否正常，并将刀盘前部油脂注满。（14）油脂密封系统是否正常并且将油脂注满主轴承，直至溢出，测量压力是否到达要求，控制部分功能是否正常，小油脂桶液位连锁功能是否正常。（15）测试空气加压系统的控制部分是否正常，压力是否正常（16）泥水处理系统循环工况是否正常，压力、速度自动调节是否满足要求。（17）水循环系统能否工作，主驱动部分流速是否达标，压力是否正常。（18）整机联动控制是否正常，各个环节在控制室的控制情况是否正常。（19）盾构机故障显示是否正常（20）填盾构机验收表格，确认盾构机状态。11 负环管片拼装图23工字钢焊接图在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区180度范围内均匀安设7根长1.8m、26mm厚的钢板，考虑到在拼装负八环管片时，管片后横断面没有支撑，管片拼装过程中无法提供油缸推进及封顶块插入时所需反力，所以需在负八环管片后面即盾尾适当位置焊接I22工字钢以提供管片拼装的反力，为了防止顶部管片不稳，在推进油缸的一侧也要焊接I22工字钢，保证拼装的管片在未成环前不下落。I22工字钢焊接形式如图23所示。待第一环负环管片拼装完成后，将17个临时提供反力的工字钢全部割除，然后在盾构机内拼装好整环管片后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出，为避免管片下沉，当管片推出1200mm后随即开始拼装下一环管片，当负八环管片推出盾尾200mm后，将负环管片与始发基座导轨间的空隙用纵向型钢垫实，然后继续将管片推出直至负环管片与反力架靠紧，然后用薄钢板将负环管片与反力架之间的缝隙填实并将垫块焊接牢固。见图24所示。负环管片按照错缝的方式进行拼装。负环管片在推出的过程中要及时将负环管片支撑，避免负环管片失圆过大引起管片拼装困难。支撑采用200mm的H型钢、20b工字钢及16mm钢板加工，所用垫块采用25a工字钢加工，管片支撑形式示意图见图25所示。 Fig 23. Welding of the I-beam图25始发辅助架安装示意图图24 负环管片拼装示意图Fig 24. Segment erection of negative ring Fig 25. Installationof launching assistant stent盾尾帮焊工字钢负环管片反力架反力架支撑图26 负环管片帮焊工字钢图由于第一环负环管片脱出盾尾后周围没有约束，为减小其椭圆度，在第一环和第二环负环管片生产时需要在每块管片端头外弧面各预埋2块20mm厚钢板，待管片环脱出盾尾后，将相邻的两块管片预埋钢板采用25工字钢帮焊在一起，使第一环、第二环管片成为一个整体，其他负环管片采用22mm钢丝绳箍紧。见图26所示。12 泥水处理场地布置本盾构配套的泥水处理系统采用一台台湾伯元的泥水处理系统，处理最小颗粒粒径为75m。由于本工程地处北京市中心区，泥水处理系统施工场地狭小（仅有2000m2）。为有效利用现有的施工场地，必须合理布置泥水场地。（1）泥水场地布置为保证盾构正常掘进时留有足够的渣土存放场，必须缩减泥浆池的面积。主要采用焊接钢罐作为储浆池、膨化池和清水池，将泥浆池、调整池、剩余池等迷宫型混凝土池挖深，并将渣土围挡加高，采用钢板作为渣土围挡。具 Fig 26. weld I-beam assistantly on the negative ring体泥水处理场地布置见图27所示。（2）泥水管线过路由于在北京市内征用施工场地困难，盾构始发井与泥水处理场地分别在两个不同的场地。为使盾构泥浆管以最短距离连接盾构主机和泥水处理场地，需要跨越两条既有交通干道。泥浆管线跨越交通道路采用贝雷架架空（21m、27m贝雷架钢桥各一座），钢结构立柱支撑，现浇混凝土独立基础