（厦门厦工中铁重型机械有限公司,福建 厦门 361023）

1 工程概况

厦门地铁2 号线“湿地公园-五缘湾公园”区间的盾构始发井（湿地公园站）纵向长度仅33m,不具备后置出渣口,而CTE6450 土压平衡盾构整机长86m,无法满足盾构整机下井组装的始发要求,同时该站需要一站多发,因此分体始发必须充分计算。

CTE6450 土压平衡盾构从刀盘到1 号拖车末端为32m,分体始发施工围绕盾构法施工的5 个关键工序：掘进、管片拼装、渣土吊运、管片吊运、同步注浆,制定最优始发方案,确保盾构分体始发顺利完成。两种方案：①从盾构主机断开的分体始发；②从盾构1 号拖车断开的分体始发。

2 盾构分体始发施工方案

2.1 方案一：从主机分体始发

此方案主要包括2 个掘进阶段：分体始发阶段和正常掘进阶段。

2.1.1 分体始发掘进阶段

主机完全下井,设备桥及拖车在地面组装,主机与拖车之间利用延长管线连接信号,动力及耗材传输,如图1 所示。设备始发需要对如下功能进行改造。

1）需要在主机后面加装一个结构架,将原先设备桥上的二次注浆设备布置在结构架上,利用二次注浆系统进行注浆作业。

2）利用平板车运至结构架,进行管片吊卸,实现管片转运（图2）。

3）利用特制矮平板,协助5m3的小渣斗进行螺机对接出渣（图3）。

图1 分体始发阶段整机布置图

图2 注浆和管片吊装模拟

图3 电瓶小车接渣示意图

该始发方案,存在注浆、管片吊运以及出渣的难题,会影响整体施工进度。

2.1.2 正常掘进阶段

分体始发阶段掘进60m 之后,将主机与1 号拖车之间利用延伸管线拆掉,整机下井组装,后置8m 出渣空间,如图4 所示。

图4 拖车由地面下井组装示意图

2.2 方案二：从1#拖车分体始发

此方案主要包括3 个掘进阶段：始发阶段、分体始发阶段和正常掘进阶段。

2.2.1 始发阶段

主机、设备桥和1 号拖车在始发井内完全组装,2 号至6 号拖车于地面组装,1 号拖车与2 号拖车间使用延伸管线进行连接信号,动力及耗材传输（图5）。

设备始发需要对如下功能进行改造：①利用电瓶车直接将渣斗运至螺机出渣口接渣；②设备桥改造,割除设备桥顶部斜撑用于渣土吊装（图6）；③利用设备桥改造口进行管片吊运,管片吊机协助管片运输（图7）。

该始发方案,存在注浆的难题,会影响整体施工进度。

2.2.2 二次改造始发阶段

掘进12.5m 之后,可以对1 号拖车进行改造,将5 号拖车上的皮带机出渣口改装到1 号拖车尾部,并复原先设备桥的皮带机及管片小车；此时可用18m3的渣斗正常出渣（图8）。

二次改造始发,保障同步注浆、管片吊运、渣土的正常吊运：利用龙门起重机和盾构本身的设备进行。

2.2.3 正常掘进阶段

分体始发掘进60m 之后,将2 号拖车与3号拖车之间利用延伸管线拆掉,整机下井正常组装、掘进,如图9 所示。进入正常掘进阶段,利用盾构本身设备进行管片拼装、同步注浆、管片吊运、渣土吊运。

图5 始发阶段整机布置图

图6 始发阶段临时吊装口

图7 管片吊机吊运管片

图8 1#拖车尾部加装出渣斗

图9 整机下井示意图

2.3 方案比选

2.3.1 经济性及设备的稳定性分析

最大限度利用盾构原有设备,减少对原有设备的改造,取消不必要的设备添加,两个方案对比如表1 所示。

表1 两方案经济性对比

由表1 可得出结论：方案二延长管线长度为方案一的2/3,成本减少将近1/3,具有明细经济性优势。

2.3.2 施工强度分析

方案二只需掘进12.5m 之后,所有工序即可利用盾构本身设备完成,无须借用其它设备,施工强度更低。

2.3.3 施工效率分析

两方案掘进60m 之后,盾构均可整机下井组装,正常施工。故只讨论前面60m 掘进过程中的施工时间。依据施工经验做一下假设：①盾构每拼装1 环,盾构前进量为管片长度L=1.2m,掘进直径D=6.48m,土体松方系数ξ=1.5,故每环出土量≈60m³；②按施工经验每环管片拼装与下井,并进行电线、油管拖拉耗时,需耗时T1=2h；③盾构每环掘进耗时,按照推进速度ν=80mm/min 计算,每环掘进时间T2=0.25h；④渣斗出土速度,1/6h/斗；⑤设备每环维保时间1h。两方案施工效率对比见表2。

由表2 可以得出结论：从1#拖车始发施工耗时更短,通过对比可知采用方案二可有效提高盾构的掘进效率,并降低成本。

表2 两方案施工效率对比

3 分体始发台车布置及延长管线设计计算

3.1 始发方案台车布置原则

盾构后备套布置及龙门起重机布置,如图10所示。

图10 后备套布置及龙门起重机布置

1）台车布置尽量靠近始发洞门 为了减少延长管线的长度,结合场地需求将方案2#～6#台车的摆放位置进行了布局设计,2 号台车应尽量靠近始发洞门,可有效减少延长管线长度。

2)满足设备一站多发 减少不同始发口台车与地面之间连接管线长度。

3）出渣效率的综合分析 充分结合龙门起重机的走向,缩短出碴时间,发挥设备的有效工作时间,保证龙门起重机车横跨4 个井口,可减少行车行走距离,有效提高吊装效率。

3.2 始发延长管线计算

图11 延长管线示意图

如图11 所示,延长管线长度计算：台车离竖井边缘4m,始发井深度22m,始发井宽度20m,且需要满足2 台盾构同时始发,并且尽量不移动地面的后备套拖车,避免不必要的工作量。满足上述条件,按1.2 倍的弯曲余量计算,延长管长度为（28.6+4+22+20)×1.2=89.5≈90m。

3.3 分体台车间管路压降计算

3.3.1 液压管路延长后压力损失计算

对于高压管路,局部压力损失太小不计算,只作延程压力损失计算

ΔP1=λ(L/d)(ρV2/2)

其中,d为管路内径,mm；V为液压油流速,m/s；ρ为油液密度,kg/m3；L为管路长度,m；λ为延程阻力系数,液流层流λ=64/Re,液流紊流λ=0.316×Re-0.25。

Re为油液雷诺数：Re=Vd/v，其中v为油液运动粘度,mm/s。

液压油管主要有3 种规格,1 寸、1.5 寸、2 寸,按上述公式,分别代入计算如表3 所示。

表3 3种液压油管规格

结论：液压管路由正常情况下加长后的压力损失不超过3MPa。

3.3.2 液压管路压力损失对分体始发阶段的影响

结合盾构的液压管路的压力浮动值±5MPa,通过与压降计算3MPa 的对比,本次管路的延长满足盾构的正常掘进,因此延长盾构的性能和操作性是没有影响的。

4 结语

综上分析,受城市始发场地的限制,城市地铁施工中往往具备整机始发的条件,本文通过对始发方案对比,始发的台车布置以及管路与压降计算分析,提高了盾构分体始发的效率。因此,本次研究可为今后一站多发的工程提供借鉴。