大直径铁路盾构机始发施工技术

1、大直径铁路盾构机始发施工技术 一、工程概况 新建广深港客运专线狮子洋隧道工程全长10.8km，从广州 侧由西向东下穿狮子洋后进行东莞。 根据工程水文地质特点， 隧 道施工选用四台直径 11.182m气垫式泥水平衡盾构，气垫控制 精度为+0.2bar，装机总功率为4150KVA是目前国内同行业盾 构机直径较大、 装机功率较高的。 隧道衬砌采用单层装配式钢筋 混凝土管片，管片外径10.8m，内径为9.8m，管片厚度为0.5m， 环宽2.0m，每环管片选用“ 5+2+1 ”形式，即5块标准块，2块 邻接块， 1 块封顶块，管片接缝设定位榫和定位杆槽。 该工程主要由盾构隧道 +明挖暗埋隧道组成，明挖暗

2、埋段是 由地面进入盾构隧道的过渡段，其中盾构始发井深 21.69 m 宽 23m,盾构段隧道下穿狮子洋，最大水深约26.6m，最大水压为 0.67MPa所以本标段工程具有工程规模大、设计标准高、涉及工 法多、工期紧、工程地质复杂、水压力大、盾构掘进距离长等特 点，是目前国内铁路隧道最长、标准最高的水底隧道，是广深港 客运专线的控制性重点工程。 二、大直径泥水盾构始发总体方案 盾构出洞施工为大直径泥水平衡式盾构的关键重要工序， 施 工技术方案需根据不同的工程水文地质条件和周围施工环境来 确定。大直径泥水盾构的出洞端头土体是否稳定相当重要，洞门 端头土体一旦被扰动，可能造成地表塌陷和导致泥水昌溢，

3、 所以 首先须对始发洞端头地层进行加固处理，常采用“高压旋喷 法”、“冻结法”“固结灌浆”等。其次，要安设预埋洞口密封 止水装置和盾构基座与反力架。 接着依次进行组装盾构后配套拖 车、盾构主体、刀盘、连接桥及相关配套设施，并完成盾构整机 调试工作。最后在盾构机始发前，要完成洞门密封、洞门凿除、 反力架支撑加固、负环管片拼装定位和形成盾构始发定位状态， 同时待相应的泥水处理系统、 垂直运输系统和水平运输系统、 制 浆系统等准备完善后才可以开始盾构始发掘进。 盾构始发时，从反力架端部里程点开始沿隧道设计中心线的 内弦线 推进，直到盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道 设计线路推进。整个盾构始

4、发过程中盾构始发流程见“图1盾构 始发流程图” 三、大直径泥水盾构始发前施工措施 3.1 、洞门地层加固处理 洞门所处地层根据现场钻探揭露自地面往下显示： 上部为人 工填土层，0.6m8m为淤泥层与淤泥质砂层，8m27n为粘土层、 粉细砂层、粘土 +粉细砂互层、中粗砂层，属于软塑可塑稍 密、饱和等稳定性较差地层。27m以下为微风化泥质粉砂岩。盾 构隧道顶部覆土厚度约为 7.5m，为了确保盾构始发洞门围护结 构凿除后土体稳定和保证盾构始发阶段姿态的准确， 依据需 加固土体的强度要求进行了力学计算， 采用咬合三重管旋喷桩加 固方案。最后，经过现场试验室检测在隧道顶、底部和左、右边 线各3米范围内的

5、土体均能满足加固土体强度iMPa满足加固 土体渗透性W1立方/d不得漏泥砂的标准，且加固土体均匀，此 加固方案能满足盾构始发地层要求。 3.2 、洞门密封装置设计 盾构隧道洞门在围护桩内预埋钢环， 钢环的参数为：外经为 11.82m （内经为 11.50m）、厚度为0.5 m、环框面板宽1.0 m钢环共重约为20吨。为了确保预埋的钢环整体精度和圆度， 对钢环进行分块预埋安装， 钢环之间用型钢网格支架连接； 在围 护施工期间，为了防止砼浇筑造成洞门钢环上浮、错位变形，所 以将钢环面板背侧的锚固筋与围护桩体主筋及洞门环形钢筋焊 接牢固。在盾构始发阶段，为了防止盾构刀盘进洞门后低头，在 安装钢环时均

6、应抬高50伽。 根据洞门防水设计，本工程中洞门密封采用双道折叶式翻 板。即：采用折叶式密封压板 +帘布橡胶板。由两道相同的密封 组成，两道密封间隔480mm其中每道密封由帘布橡胶板、折叶 压板、垫片和螺栓等组成。见图“图2.洞门密封装置结构图” 3.3 、盾构基座 盾构始发基座的主要作用是用于稳妥、准确地放置盾构机， 承受盾构机自身重力和推进时的摩擦力， 且保证盾构机能够安全 地组装、调试与始发，因此始发基座的设计必须有足够的强度、 刚度和安装精度。 在进行盾构井底板及填充层施工时， 提前要按 基座相关尺寸调整好标高、 坡度，预埋好基座的连接、 加固钢板， 并预留好盾壳焊接和反力架立柱预留槽等

7、。 本次由于盾构机重达 900 多吨，所以盾构基座采用全部钢结构形式，根据盾构机长度 （盾壳（含刀盘）总长度 L= 11.42m）及反力架与洞门距离，故 取始发基座总长为 15.971m。 3.4、反力架及支撑系统设计与安装加固 盾构机始发时， 支撑在主体框架梁处的反力架为盾构机提供 反向推动力，因此，不仅要求反力架须具有足够的刚度和强度， 而且应保证反力架安装精确度，采取的主要施工技术措施如下： a）、反力架结构 由于本次约需向盾构机提供 3330 吨的反力，所以反力架采 用便于组装与拆卸的组合钢结构件， 其结构尺寸要根据支撑面的 具体尺寸而定，反力架结构尺寸厚为 1.2m,高12.37m,

8、宽为 11.47m，支撑面宽12m b）、反力架端部里程的确定 按如下公式计算： 式中： Ds 设计第一环管片起始里程,如本次左线取 DIK42+999. 2 ； N负环管片数量，如本次取N= 8环； Ws 负环管片宽度,取 2m； COS a 与基座所设计坡度有关； DR 反力架端部里程， 考虑基座坡度为 1%和盾构基座与洞门间导轨长度后， 经反 复计算复核后确定反力架安装起点中线里程为DR= DIK43+17.266 。 C) 、支撑系统设计确定 本次反力架的支撑结构采用12根 609 ( 5 =16mm钢管直 接撑到主体结构墙面上， 两侧采用 H 型钢加固。 根据盾构机始发 时需要提供3

9、3300 kN的反力，每根 609钢管受力F0= 33300/12 kN,按荷载不均匀系数1.2计，反力架的每根 609钢管所受压 力F= F0X 1.2/cos300=3845(kN)，下列分别对 609钢管强度 与稳定性进行验算 4 ： 609 钢管强度验算 =3845 / 刀 X( 0.6092 - 0.5772 ) /4 =129MPs (T = (T s = 235MPa 故 609 钢管强度满足设计要求。 609 钢管稳定性验算 临界力 Pc= 2X El/ L2 式中：E = 210X 103 MPa , I = X (D4 一 d4 ) /64, 钢管长 L= 4.7 m ，厚 5 =16mm 故 Pc =刀 2X 210X 103X 刀 X (D4 一 d4 ) /64 /4.72 =1.23 X 104kN 临界应力 （T c = Pc /A = 413 M Pa p= 200 MPa 根据经验公式 （T c = （T s a 入 2= 235 0.00668 X L2 X A/ I =232 MPa N =（T cX A = 6916 kN F = 3845 kN 所以 6O9 钢管支撑稳定满足要求。 d） 、反力架安装精度