徐洪强，王翔，李先飞 （中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023）

1 引言

盾构始发掘进是地铁施工中极易发生安全事故的关键环节，由于地铁线路施工环境十分复杂，使得盾构始发面临着越来越严峻的挑战。周诚等依托武汉地铁2号线越江工程，建立了盾构始发掘进全过程的施工安全保障体系，并动态调整了开挖参数，取得了良好的应用效果。朱世友等总结了既有盾构始发控制关键技术，提出了相应的施工安全保障措施库，继而开发了一套盾构始发自动推理软件，能够可靠便捷判别地层综合稳定性。张伯阳基于南京纬三路超大断面盾构的工程经验，系统介绍了泥水盾构始发端头冷冻加固、洞门密封、联机调试等多项准备工作，形成了越江跨海超大盾构始发的关键技术体系。高丙丽等研究了西安地铁3号线盾构始发井开挖对周边给排水管网的影响机制，提出了桥梁桩基加固、盾构始发注浆、管线实时监测等行之有效的控制措施。李东海等研究了基坑围护结构受盾构始发开挖的影响机理，得出玻璃纤维筋桩体的桩体变形明显大于钢筋混凝土桩，但仍能保障盾构切削的安全始发。

此外，盾构始发建设可用地面积受到越来越多的限制，这也直接导致部分盾构始发需在较为狭小的施工环境下完成。邵翔宇等通过广州地铁6号线小半径圆曲线盾构始发的工程实践，探讨了盾构机械选型、始发参数和管片设计等方面的安全控制经验。王刚针对北京地铁8号线盾构始发施工的场地限制，自主研发了盾构分体始发小台车和双轨梁，实现了精细化施工管理与动态化参数调整，在降低施工风险的同时，显著加快了掘进速度。

杭州至富阳城际铁路为联通杭州至富阳的交通干线，受工期与周边环境影响，个别盾构需从区间风井始发，区间风井尺寸较小，不满足全套盾构设备安装就位的长度要求，需采用分体始发技术。本文基于既有研究，针对分体始发水平运输与管路衔接工序，进行了合理的施工组织，同时针对始发段大纵坡与平面曲线的线形要求，设计了适当的推进参数。

2 项目概况

杭州至富阳城际铁路中村站～中文区间风井盾构区间为两条单洞单线圆形隧道，盾构外径6.48m，管片外径6.2m，内径5.5m，管片宽度1.2m。采用土压平衡盾构机进行盾构作业，全长88m。受工期限制，盾构需由中文区间风井始发，始发段位于R=700m圆曲线上，纵坡21‰。风井井长51m、宽23.8m、深22.12m，由于风井长度较短，难以下放全部盾构台车，故采用分体始发。

盾构始发段位于全断面中等风化粉砂岩，岩石单轴饱和抗压强度统计值为12.90～79.70MPa，平均值为43.68MPa，标准值为 35.12MPa，属较硬岩。地下水为基岩裂隙水，对盾构施工影响较小。

3 盾构始发施工组织

3.1 盾构机设备改造情况

3.1.1 螺旋机、设备桥拆除

原盾构机为双螺旋过江专配盾构机（图1），现因本区间隧道围岩存在较大差异，需拆除盾构机的2#螺旋机，将设备桥以及后部台车（1—5#台车）向前顺接，拆除2#螺旋机后，设备桥整体缩短6m（图2）。螺旋机拆除完成后1#、2#螺旋机之间的伸缩闸门保留在1#螺旋机上，作为1#螺旋机在后续推进期间的伸缩闸门，设备桥处的出土口位置、角度需要重新调整。

图1 原设备桥侧视图

图2 调整后设备桥侧视图

3.1.2 新改装皮带机安装

新改装皮带机安装的工序包括门架及1#台车车架尺寸检查、放线—皮带机骨架安装—皮带托架—安装下托辊—安装改向滚筒—安装拉紧装置—安装上托辊—皮带敷设—安装传动装置—安装头尾护罩等附件。

出土口方案也进行了调整，随着盾构机设备桥中间段的拆除，将皮带出土口顺延至1#螺旋机正下方，在设备桥最前沿段用2个20t手拉葫芦将出土口先悬挂起来（图3）。随后调整出土口与皮带距离之间的净距离，先调整至35cm，并根据出土情况再做调整，调整结束后采用铁拉链将出土口位置进行最终的安装固定。如使用过程中出现受力不均匀情况，需在设备桥前段焊接托架将出土口再次进行安装加固。最终在出土口两侧安装挡料板，改变物料下落方向，同时可以增加导向槽使渣土下落到皮带的位置更加集中。

图3 临时出土口设置图

在1#台车尾部设置临时出土口，采用20#工字钢焊接成门架临时将皮带主电机安装在门架上，在门架四个面方向均需要焊接45°角的斜撑，充分固定门架，门架高度2.5m，斜撑长度0.8m，皮带宽度为800mm，皮带带速为2.5m/s，改装后的皮带主电机高度与原皮带电机高度一致，1#台车车架上部气管、油管、水管、膨润土管等均不改动。

3.2 分体始发阶段性流程

阶段一：受分体始发影响，最初时只能下放盾构盾体+设备桥+1#台车，总长34m。此时剩余空间仅可以下放后配套系统中的电瓶车+1节渣土斗+1节管片小车，含链接在内共21.08m。受顶部结构横梁影响，只能将渣土斗置于最后，便于吊装（图4）。此外，受1号台车长度影响，当该编组达到1号台车前部时，渣土斗尚未到达皮带末端下方，因此需在1号台车尾部增加一个门架，将皮带顺延到渣土斗上方（图5）。同步注浆浆液由负一层浆箱直接下放到一号台车浆箱中。单环推进出土量约54方，一个渣土斗16方，出土需要3.5斗，因此配置一个管片小车满足需求。

图4 台车与后配套编组（阶段一）

图5 1号台车尾部增加门架（阶段一）

阶段二：盾构始发一段距离，上层结构梁不影响吊装，调换电瓶车与渣土斗位置（图6）。

图6 台车与后配套编组（阶段二）

阶段三：在1号台车过-2环之前，同步注浆浆液都是直接从中板浆箱下放进1号台车浆箱中，其中台车进入负环后通过在-2环位置开洞的方式（F块不拼装）下放浆管。因此在1号台车通过-2环之后，下放浆车，形成编组1电瓶车+1渣土斗+1浆车+1管片车。此时因2号台车未下放，1号台车+增加的门架长度只足够1渣土斗的出渣空间（图7）。同理，工程中不具备增加管片小车条件（图8）。

图7 台车与后配套编组（阶段三）

图8 难以增加渣土斗及管片车（阶段三）

阶段四：如图9所示，盾构推进至68环位置时，洞内空间已经足以下方2-5号台车，此时结束分体始发，下放2-5号台车，同时后配套实现满编组，1电瓶车+3土斗+1浆车+2管片车。完成分体始发阶段。

图9 台车与后配套编组（阶段四）

3.3 分体始发管路配置

由于在阶段四之前，2-5号台车位于地面，与1号台车需要通过自上而下的转接管路进行连接，同时该管路需要随着盾构推进不断延伸。为方便施工，盾构始发前所有转接管路一次性安装完成，配置管线长度为端头井长度+端头井宽度+深度+阶段四时1号台车尾至洞口长度。盾构始发后，在隧道台车左右两侧分别布置分体始发管线同步移动装置，同步移动装置由钢丝绳、单轨工字滑车和绳子，钢丝绳一头固定连接轨道，另一头固定连接在盾构隧道上部的管片螺栓上，单轨工字滑车沿轨道长向间隔设置并行走于轨道上，转接管线由绳子吊挂于单轨工字滑车的托架上（图10）。

图10 转接管路一次就位

在盾构机始发掘进时，转接管线可通过该装置随着主机的前移而不断前移。通过采用该装置，避免了转接管路的损坏甚至断裂，从而使系统无法进行。右线盾构始发时采用左线盾构机2-5号台车，这样右线结束分体时直接下放右线2-5号台车，同时左线2-5号台车不动位置继续作为左线分体始发使用，避免了台车的多次移位（图11）。

图11 转接管路洞内续接

4 始发线形控制

4.1 割线始发

由于始发段盾构机位于始发架上，无法自主调整姿态，故始发段采用两段式割线始发（图12）。第一段割线长度为11.7m、第二段割线长度7m，第一段割线与设计轴线偏差为-24.45mm，第二段偏差为-8.78mm，左右线采用割线始发达到轴线均控制在±50mm范围内，满足盾构设计轴线控制要求。

图12 两段式割线始发

4.2 推进参数

由于地层为富水岩层，需考虑上浮问题，始发架坡度设为21‰，垂直姿态按-10～-20mm设置，水平姿态按-20～-30设置。刀盘接触掌子面至+4环间，土仓压力由0bar逐渐保持在1.0bar，推 力 1100～1300t，水 平 姿 态 -20～ -30mm，垂直姿态-15～-30mm。推进速度 10～15mm/min，刀盘扭矩 1900～2500kN·m，刀盘转速1.0～1.1r/min。

当+4环油缸至刀盘到达割线与设计线路切点位置时，土仓压力基本保持在 1.0～1.5bar。推力 1100～1300t，水平姿 态-5～-15mm，垂 直 姿 态 -35～-10mm，推进速度10～25mm/min，刀盘扭矩 2000～2800kN·m，刀盘转速 1.1～1.3r/min。其后刀盘盾构可以进行自行纠偏，控制盾构机的设计轴线姿态。

持续跟踪监测管片姿态，分析管片垂直方向变化趋势。同时加强同步注浆，保证管片上部及圆曲线外侧的管片空隙也被浆液填充密实。如存在管片上浮情况，可通过采用水泥水玻璃1：1双液浆快速打环箍。如管片上浮量较大，则垂直偏差可调整为-30～-50mm推进。

4.3 渣土改良

渣土改良对本区间盾构顺利推进有着极其重要的作用，改良好的流塑性渣土可以有效防止刀盘、土仓结泥饼以及降低刀具磨损。本区间全风化粉砂岩和强风化岩层等黏土矿物含量超过25%的地层极易形成泥饼，泡沫混合溶液的组成：原液5%～10%，工业水93%～95%，泡沫混合液组成：90%～95%压缩空气，3%～6%泡沫混合液，泡沫溶液与空气比例1:10～1:20，泡沫溶液流量根据刀盘扭矩调整，控制范围150L/min～300L/min，泡沫混合液半衰期不得小于6min。泡沫的注入量按开挖量300L/m³设计。控制渣土坍落度在150～200mm。膨润土改良采用优质钠基膨润土，膨润土溶液黏度控制在30±5s。

5 效果验证

中文区间风井～中村站区间自2019年5月24日始发，至2019年6月23日完成100环掘进任务，施工总天数31天。如扣除分体始发下台车所占用时间，实际施工时间为20天，日掘进5环（图13），整体效率已满足实际施工需求。

图13 分体始发掘进效率

盾构机总推力平均值在13500kN，最大值16000kN，刀盘扭矩平均值3150kN·m，最大值3400kN·m，最大推进速度38mm/min，螺旋机最大扭矩95kN·m，刀盘转速1.1～1.2r/min。整体参数在前期设定的参数范围内。前100环平面最大偏差偏左（-49mm），高程最大偏差偏下（-55mm），均处于规范要求之内，满足验收要求。

6 结论

①依托杭州至富阳城际铁路中村站～中文区间风井盾构区间工程，系统介绍了因场地受限而采用的盾构分体始发技术，考虑了出渣、管片拼装、垂直与水平运输等因素，实施了分阶段下放水平运输设备，一次性布设转接管路等控制手段，保障了盾构始发安全，提高了盾构掘进效率。

②通过采用两段割线始发，可有效降低曲线段盾构的纠偏次数，并减少始发平面位置偏差。

③考虑掘进区间处于富水地层，垂直姿态一般按负值推进，当统计上浮量较大时，垂直姿态甚至可以低于-50mm。