盾构穿越暗挖风道施工技术分析

黄士杰

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

盾构穿越暗挖风道施工技术分析

黄士杰

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

地铁施工采用盾构技术施工过程中，由于暗挖风道跨度比较小，作业空间相对来说也较小，增加了盾构二次始发、盾构穿越姿态控制的难度，进而导致施工风险增加。以实际工程为例，分析和探讨地铁盾构穿越暗挖风道的施工技术。

盾构技术；暗挖风道；地铁施工

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.46

0 工程概况

某隧道工程总长度4100 m，穿越地层主要为粉土层，水位相对来说比较高，盾构隧道的外径为6 m，盾构隧道的内径5.4 m，设计使用Φ6250mm土压平衡盾构机进行施工，主机长度8.3 m。风道使用双层暗挖风道，风道宽度5.8 m，风井中净空尺寸为5.0 m×7.2 m。

1 施工难点分析

风道穿越施工中有5大难点：①对1号风道的宽度进行测量得知其净宽度值5.8 m，而盾构机的主体长度达8.3 m，在作业时如何保证盾构机的运行很关键，若盾构机的出洞方式控制不到位，会使得盾构机在风道内很难有效调整，给风道内部构造造成一定的影响，因此应引起相关人员的重视。②由于风道内空间有限，如若处理不当，会造成反力架安装困难。③风道内光线阴暗，空间较窄，这也给负环拆除工作带来了极大的难度。④施工中地铁盾构在穿越暗挖风道时，若控制不到位会造成风道变形等不良现象的发生，影响施工进度的实施。⑤对于地铁盾构来说，在暗挖风道施工中，风道的环梁部位是主要承受外力的区域，随着应力的不断增加，风道两边的环梁也会不断发生变化，且左边的环梁应力总是比右边的环梁应力值要大。因此必须严格按照施工方案的要求，选择恰当的位置作为暗挖风道环梁的修建区域[1]。

2 施工方法选择

为了提高施工效率，保障施工各个阶段的安全、有序实施，施工单位组织专业人员在施工前结合工程特征，对盾构穿越风道中的各种方法进行比对分析，如表1所示。

表1 风道穿越施工方法对比

一般而言，风道穿越主要分为2种类型，一种是盾构先穿越风道结构后施工，这种类型的优点是有助于盾构施工的顺利开展，但美中不足的是施工中风险等级较高，若发生疏漏后期修补难度非常大[2]。另一种是先施工再进行穿越风道结构，这种类型的风道穿越方式优点是施工中可控性较强，可直接在风道内完成盾构刀盘等的维修与更换工作，可靠性很强。不足之处主要表现在盾构姿态较难控制。通过对2种风道的穿越方式进行比对分析，最终选择第二种作为穿越风道的实施方式。由于盾构隧道与风道底板之间存在一定的高差，因此在进行盾构穿越前，施工人员必须将其进行填平处理。施工中所选择的盾构机自身重量达300 t，应注意选择合适的填平材料[3]。

经过综合比对分析后，施工单位决定采用型钢基座，严格根据盾构接收与二次始发进行施工的有效控制，直接使用风道南侧现有的正式环管片与负环管片作为盾构机二次始发的反作用力源。

3 施工过程控制

3.1 施工流程

施工单位经过协商后，采用“风道结构先施工、盾构机后穿越”的施工方法，并将型钢盾构接收基座安装在风道内，完全根据一次到达与一次始发的标准要求，做好施工的有效控制工作。盾构机的反推力主要通过风道南侧现有的隧道与负环管片提供。待盾构隧道全部打通后，应及时将负环管片等临时装置拆除。

为了节省材料，减少供水管、污水管等设备的用量，施工人员在盾构穿越风道掘进80 m时，确保后备台车全部进入到北侧隧道内后，将冷却塔、空压机等设备移动到风井处。此外，为了便于施工，还应在风道内设置行人通道。

3.2 型钢机座制作及安装

施工人员对风道的宽度进行测量，得到净宽度为5.8 m，结合工程特征以及施工中的相关要求，将型钢机座的尺寸确定为5.4 m×4.3 m。型钢机座各部件的制作工作在工厂内完成，各部件配备到位后运至风道内，完成组装工作。由于型钢机座对角线长度6.9 m，远大于风道的实际宽度，倘若将型钢机座整体运入风道内，风道内条件有限，转体难度较大，因此应将型钢机座进行合理分块后再运至风道内。

3.3 负环拼装风道

风道内负环拼装如图1所示，从图1中可看出，共有拼装负环管片5环，且都采取通缝拼装，隧道正上方是封顶块区域。由于事先在整环负环与开口环之间安装有临时支撑钢环，因此在负环拆除时应先拆除临时支撑钢环。待二次始发端的首个整环负环脱离盾尾后，应及时安装开口环钢支撑，结合实际情况判断是否需施加预应力。将开口环钢与端头钢板焊接牢固，并使用短弧形螺栓将已拼装完成的混凝土环片与环形钢板加以固定。对型钢与托架上导轨之间存在的缝隙可使用楔子进行填充，提高其牢固性。

图1 风道内负环拼装示意图

3.4 二次始发控制

（1）严格根据常规的控制方法对二次始发初始掘进进行控制。施工人员要注意在开口环钢支撑未安装前，盾构机上半部千斤顶是绝不能使用的，否则会影响施工的顺利实施[4]。在盾构始发前，需对风道内进行彻底检查，将杂物清理干净。盾构掘进时刀盘与掘削土面距离（30～40）cm时开始转动，为了确保掘进工作的顺利开展，可加入一定的润滑材料比如膨润土液等。

（2）当盾构机刀盘达到土压加固区时，应对土压力值进行严格控制，待盾构机刀盘与土体加固区外侧距离（2～3）m时，应适当抬高刀盘，使其作用于主动土压力。

3.5 负环拆除

由于1号风道负环在拆除时无可用的吊点，因此施工人员需在风道二衬结构浇筑时安装预埋件，并焊接起重横梁。预埋件分别安装在如下几个区域：风道一层的侧墙上安装8块800mm×600mm的预埋件，南北两侧墙上分别安装四块。起重横梁焊接在南北两侧墙上各4根，选择型号为I30B的工字钢作为起重横梁的组成材料。为了防止负环拆除中的不当操作，出现负环斜拉等现象，施工人员可在每根起重横梁上安装5 t的滑车，在滑车下方安装工字钢移动横梁，要确保滑车与移动横梁之间连接的牢固性。此外，还应在移动横梁上安装重达10 t的手拉起重葫芦，主要用来拆除负环的吊点。

3.6 做好出洞处理

为提高风道施工的效率，在盾构机进入风道刚露出刀盘后，操作人员应立即进行停机操作，对盾构机的中线进行准确的测量与科学的定位，还要对风道的土体有一定的了解。根据测量所获取的数据进行分析后，完成盾构机的接收座的安装工作。要注意在正常安装中若发现盾构机的刀盘达到洞口钢环部位时，应立即中止施工，以免影响施工效果[5]。此外，还要做好盾构机与混凝土间缝隙的有效处理工作。

4 结束语

在进行地铁盾构施工过程中需从暗挖风道通过时，要求盾构机主体长度超出风道宽度，由于盾构机自身比较重，作业空间很小，在穿越时盾构姿态产生误差后没有办法进行调整，因此选择易操作、可靠的施工方法来对施工风险进行规避。在测算施工成本时，工程持续进行了8个月的掘进施工，在规定期限内完工，施工成本大幅降低，证明采用的施工方法科学合理。研究都非常有价值。

［1］JGJ 33—2012，建筑机械使用安全技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］JG/T 100—1999，塔式起重机操作使用规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［3］GB 50446—2017，盾构法隧道施工及验收规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2017

［4］张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］郭栋.北京地铁盾构隧道近接施工技术研究［D］.北京：北京交通大学，2008.

TU94

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〔编辑 利 文〕