用户篇
盾 工 程
广州新城泥水平衡盾构始发技术
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｒｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｉｔｈ ｓｌｕｒｒｙ ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ
Ｘｉｎｃｈｅｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
杨自华，钟志全
ＹＡＮＧ Ｚｉ－ｈｕａ， ＺＨＯＮＧ Ｚｈｉ－ｑｕａｎ
（广东省基础工程公司，广东 广州 ５１０６２０）
盾构始发是泥水平衡盾构施工中的一个重点和难点，这是因为：①盾构机始发时，盾构机主体在始发导轨上不能进行调向，因此对托架和反力架安装有较高的精度要求；②在盾构机的盾体未完全进入土体时，一般在洞门圈上安装环状止水胶圈形成泥水仓，从而形成泥水环流，但胶圈承压能力不高容易破损，导致泥浆泄漏从而影响切口水压和泥水循环，因此对切口水压的选择和控制要求较高；③当盾体未完全进入土体时，盾体及管片没有围岩和注浆形成的磨阻力，很容易发生盾体转动，因此扭矩和推进速度一般选择较小，这样对上方土体挠动时间更长，对地面沉降控制比正常推进阶段更困难。
本文介绍了广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统土建１标段泥水平衡盾构始发的一些做法，供同行参考。
隧道施工须经过２次始发。
初次始发端头所处的地层自上而下依次为：人工填土层（１）、冲积－洪积土层（４－１）、可塑或稍密状白垩系红层残积土层（５－１）、硬塑或中密状白垩系红层残积土层（５－２）和粉砂质泥岩中风化带（８）。地下水类型主要为赋存于第四系土层中的孔隙潜水和赋存于白垩系碎屑岩风化裂隙承压水，地下水位约４ｍ，水量不大。隧道主要处于（５－１）地层中，上部覆土厚度约为７ｍ，开挖面的地层有一定自然稳定性。
２ 始发前准备
泥水盾构机在始发前需进行一系列的准备工作，主要包括：①端头加固；②洞门施工；③泥浆处理系统场地布置与安装调试；④盾构施工场地布置；⑤盾构机托架及反力架安装；⑥盾构机下井、组装、调试等。其中应特别注意的是盾构机基座托架、后盾构支撑安装。２．１ 盾构机托架安装
盾构机托架安装前按照测量放样的基线在盾构始发井底板安装托架预埋件，然后将加工好的托架焊接固定在预埋件上。
在安装过程中托架必须处于水平支撑状态，按照测量放样的基线吊入井下就位焊接，托架上的轨道按设计要求放置，并设置支撑加固。
１ 工程概况
广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统土建１标段包括２个车站和２个盾构隧道区间，隧道内径５４００ｍｍ，外径６０００ｍｍ，管片厚３００ｍｍ、宽１．５ｍ。工程采用德国海瑞克公司生产的?６２５０型泥水平衡盾构机进行隧道掘进施工。由于工程包括２个盾构隧道区段，中间由１个车站明挖段隔开，因此２台盾构机完成本盾构
建筑机械化 ２００７（０５）
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盾构需以一定的坡度始发，但考虑到盾构在始发掘进过程中由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构机托架安装时纵向无需考虑坡度，只需使盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构轴线可比设计轴线适当抬高２０～３０ｍｍ。２．２ 反力架安装
盾构后盾由钢环、反力架框及钢支撑组成，钢环宽５０ｃｍ。钢环精度要求：环面平整度５ｍｍ，使砼管片受力均匀。
钢环后部用５６＃二榀工字钢制作反力架框，钢环与反力架框之间焊接固定；在二榀工字钢后各采用３ｍ和７ｍ的?５００ｍｍ钢支撑，盾构掘进时的后座反向力由其传递至车站结构（见图１），钢支撑需焊接在预埋的钢板上。
斜撑的强度和稳定性以及埋铁的焊缝强度均满足始发要求。
３ 盾构始发
盾构开始向前推进到盾体完全进入土体后洞门封堵完成是泥水盾构始发的关键，在这个过程中应注意负环管片安装和盾构掘进参数的设置。３．１ 负环管片安装
盾构隧道施工中，一般称隧道洞门口处管片为０环管片，盾构井中用作传递反力的管片则称为负环管片。负环拼装时第一环负环的定位相当重要，对后面的管片拼装起着基准面的作用。为保证管片环面安装精度，负环管片采用闭口环安装方式，靠后的４环负环管片拼装均由盾构举重臂在盾构壳体内按顺序拼装成形，环向和纵向螺栓连接牢固后分别逐环将负环推到要求后座位置上。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷和负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木或型钢，以使管片在盾壳内的位置得到保证。３．２ 切口水压控制３．２．１ 切口水压理论计算
由于盾构始发端头处覆土厚度较小，上部覆土有一定拱效应但稳定性不够，因此可采用主动土压力的计算公式Ｐａ＝?Ｈｔａｎ２（４５°－?／２）－２ｃｔａｎ（４５°－?／２）计算切口水压。
根据地质勘查报告，此处掘削地层的土体容重?取值１９ｋＮ／ｍ；掘削面底部以上２Ｄ／３（Ｄ为盾构机刀盘直径）处到地表的覆盖土层的厚度Ｈ＝７．２ｍ＋２ｍ＝９．２ｍ； 土体的粘聚力ｃ＝２５ｋＰａ；土体的内摩擦角?＝１３°。计算得开挖面土体压力为７０．４ｋＰａ，预压取１０ｋＰａ，所以切口水压理论值为８０．４ｋＰａ。
３．２．２ 切口水压实际设定值
盾构始发掘进阶段由于受到反力架承载力设计值及洞门密封圈等因素的限制，切口水压实际设定值不宜过高。
１）盾体出洞前的切口水压 盾体出洞之前，泥浆主要靠洞门密封圈封堵，此区域长度为盾体加１环管片长度，考虑洞门密封圈特性和端头加
图１
反力架斜撑纵剖面简图
?５００钢管通过预埋铁传力至车站底板，预埋铁厚为２０ｍｍ，尺寸为１２００ｍｍ×７００ｍｍ。预埋铁与焊缝之间采用Ｔ形围焊，外加４块肋形钢板，前后２块焊缝长３０ｃｍ，左右２块焊缝长１０ｃｍ。焊缝高１０ｍｍ，有效高度ｈｏ＝７ｍｍ。
由于反力架的强度与稳定性不仅关系到始发的成败，而且关系到人员与设备的安全，因此必须对其斜撑的强度和稳定性进行验算，同时还要验算埋铁的焊缝强度。始发时盾构推力一般控制在１０００ｔ以下，推力通过管片传递到反力架上。验算时假设推力平均作用在反力架上，根据结构力学计算结果可知斜撑所受的弯矩和剪力很小，轴力很大，因此可采用斜撑所受到的轴力来验算斜撑的强度与稳定性。采用上述设计，经过验算
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盾 工
程
固及地质条件，取切口水压值６０～８０ｋＰａ。
２）盾体出洞后的切口水压 盾构从加固区进入非加固区后，在保证反力架及洞门密封圈安全的条件下，逐步提高切口水压设定值至切口水压理论计算值，并根据地面监测情况进行调整，尽快掌握调整的规律以指导掘进施工。３．３ 掘进速度控制
１）为控制推进轴线、保护刀盘，推进速度不宜过快，使盾构缓慢稳步前进，推进速度应控制在１０ｍｍ／ｍｉｎ以下。
２）盾构启动时，盾构操控手必须检查千斤顶是否靠足，开始推进和结束推进之前速度不宜过快。每环掘进开始时，应逐步提高掘进速度，防止启动速度过大。
３）一环掘进过程中，掘进速度应尽量保持恒定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。
４）推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。
５）在调整掘进速度的过程中，应保持开挖面稳定。
３．４ 掘削量的控制
实际掘削量Ｗ′可由下式［２］计算得到
Ｗ′＝［?ｓ／（?ｓ－１）］［Ｑ１（?１－１）－Ｑ０（?０－１）］ｔ式中 ?ｓ—土的比重；
Ｑ１—排泥流量（ｍ３／ｍｉｎ）；； ?１—排泥密度（ｋｇ／ｍ３）； Ｑ０—送泥流量（ｍ３／ｍｉｎ） ?０—送泥密度（ｋｇ／ｍ３）； ｔ—掘削时间（ｍｉｎ）。
当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。此外，也可以通过地面监测，调查地面沉降情况，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。
［参考文献］
［１］康宝生，陈 馈，李荣智．南京地铁盾构始发与到 达施工技术［Ｊ］．建筑机械化，２００４，（２）：２５－２９．［２］项兆池，楼如岳．最新泥水盾构技术［Ｚ］．上海： 上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所科技情 报室，２００１．
（编辑 羌荣生）
［中图分类号］Ｕ４５５．４３［文献标识码］Ｂ
［文章编号］１００１－１３６６（２００７）０５－００３５－０３［收稿日期］２００７－０１－１１
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（广东省基础工程公司，广东 广州 ５１０６２０）
盾构始发是泥水平衡盾构施工中的一个重点和难点，这是因为：①盾构机始发时，盾构机主体在始发导轨上不能进行调向，因此对托架和反力架安装有较高的精度要求；②在盾构机的盾体未完全进入土体时，一般在洞门圈上安装环状止水胶圈形成泥水仓，从而形成泥水环流，但胶圈承压能力不高容易破损，导致泥浆泄漏从而影响切口水压和泥水循环，因此对切口水压的选择和控制要求较高；③当盾体未完全进入土体时，盾体及管片没有围岩和注浆形成的磨阻力，很容易发生盾体转动，因此扭矩和推进速度一般选择较小，这样对上方土体挠动时间更长，对地面沉降控制比正常推进阶段更困难。
本文介绍了广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统土建１标段泥水平衡盾构始发的一些做法，供同行参考。
隧道施工须经过２次始发。
初次始发端头所处的地层自上而下依次为：人工填土层（１）、冲积－洪积土层（４－１）、可塑或稍密状白垩系红层残积土层（５－１）、硬塑或中密状白垩系红层残积土层（５－２）和粉砂质泥岩中风化带（８）。地下水类型主要为赋存于第四系土层中的孔隙潜水和赋存于白垩系碎屑岩风化裂隙承压水，地下水位约４ｍ，水量不大。隧道主要处于（５－１）地层中，上部覆土厚度约为７ｍ，开挖面的地层有一定自然稳定性。
２ 始发前准备
泥水盾构机在始发前需进行一系列的准备工作，主要包括：①端头加固；②洞门施工；③泥浆处理系统场地布置与安装调试；④盾构施工场地布置；⑤盾构机托架及反力架安装；⑥盾构机下井、组装、调试等。其中应特别注意的是盾构机基座托架、后盾构支撑安装。２．１ 盾构机托架安装
盾构机托架安装前按照测量放样的基线在盾构始发井底板安装托架预埋件，然后将加工好的托架焊接固定在预埋件上。
在安装过程中托架必须处于水平支撑状态，按照测量放样的基线吊入井下就位焊接，托架上的轨道按设计要求放置，并设置支撑加固。
１ 工程概况
广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统土建１标段包括２个车站和２个盾构隧道区间，隧道内径５４００ｍｍ，外径６０００ｍｍ，管片厚３００ｍｍ、宽１．５ｍ。工程采用德国海瑞克公司生产的?６２５０型泥水平衡盾构机进行隧道掘进施工。由于工程包括２个盾构隧道区段，中间由１个车站明挖段隔开，因此２台盾构机完成本盾构
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盾构需以一定的坡度始发，但考虑到盾构在始发掘进过程中由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构机托架安装时纵向无需考虑坡度，只需使盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构轴线可比设计轴线适当抬高２０～３０ｍｍ。２．２ 反力架安装
盾构后盾由钢环、反力架框及钢支撑组成，钢环宽５０ｃｍ。钢环精度要求：环面平整度５ｍｍ，使砼管片受力均匀。
钢环后部用５６＃二榀工字钢制作反力架框，钢环与反力架框之间焊接固定；在二榀工字钢后各采用３ｍ和７ｍ的?５００ｍｍ钢支撑，盾构掘进时的后座反向力由其传递至车站结构（见图１），钢支撑需焊接在预埋的钢板上。
斜撑的强度和稳定性以及埋铁的焊缝强度均满足始发要求。
３ 盾构始发
盾构开始向前推进到盾体完全进入土体后洞门封堵完成是泥水盾构始发的关键，在这个过程中应注意负环管片安装和盾构掘进参数的设置。３．１ 负环管片安装
盾构隧道施工中，一般称隧道洞门口处管片为０环管片，盾构井中用作传递反力的管片则称为负环管片。负环拼装时第一环负环的定位相当重要，对后面的管片拼装起着基准面的作用。为保证管片环面安装精度，负环管片采用闭口环安装方式，靠后的４环负环管片拼装均由盾构举重臂在盾构壳体内按顺序拼装成形，环向和纵向螺栓连接牢固后分别逐环将负环推到要求后座位置上。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷和负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木或型钢，以使管片在盾壳内的位置得到保证。３．２ 切口水压控制３．２．１ 切口水压理论计算
由于盾构始发端头处覆土厚度较小，上部覆土有一定拱效应但稳定性不够，因此可采用主动土压力的计算公式Ｐａ＝?Ｈｔａｎ２（４５°－?／２）－２ｃｔａｎ（４５°－?／２）计算切口水压。
根据地质勘查报告，此处掘削地层的土体容重?取值１９ｋＮ／ｍ；掘削面底部以上２Ｄ／３（Ｄ为盾构机刀盘直径）处到地表的覆盖土层的厚度Ｈ＝７．２ｍ＋２ｍ＝９．２ｍ； 土体的粘聚力ｃ＝２５ｋＰａ；土体的内摩擦角?＝１３°。计算得开挖面土体压力为７０．４ｋＰａ，预压取１０ｋＰａ，所以切口水压理论值为８０．４ｋＰａ。
３．２．２ 切口水压实际设定值
盾构始发掘进阶段由于受到反力架承载力设计值及洞门密封圈等因素的限制，切口水压实际设定值不宜过高。
１）盾体出洞前的切口水压 盾体出洞之前，泥浆主要靠洞门密封圈封堵，此区域长度为盾体加１环管片长度，考虑洞门密封圈特性和端头加
图１
反力架斜撑纵剖面简图
?５００钢管通过预埋铁传力至车站底板，预埋铁厚为２０ｍｍ，尺寸为１２００ｍｍ×７００ｍｍ。预埋铁与焊缝之间采用Ｔ形围焊，外加４块肋形钢板，前后２块焊缝长３０ｃｍ，左右２块焊缝长１０ｃｍ。焊缝高１０ｍｍ，有效高度ｈｏ＝７ｍｍ。
由于反力架的强度与稳定性不仅关系到始发的成败，而且关系到人员与设备的安全，因此必须对其斜撑的强度和稳定性进行验算，同时还要验算埋铁的焊缝强度。始发时盾构推力一般控制在１０００ｔ以下，推力通过管片传递到反力架上。验算时假设推力平均作用在反力架上，根据结构力学计算结果可知斜撑所受的弯矩和剪力很小，轴力很大，因此可采用斜撑所受到的轴力来验算斜撑的强度与稳定性。采用上述设计，经过验算
３６ ２００７（０５） ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＥＣＨＡＮＩＺＡＴＩＯＮ
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程
固及地质条件，取切口水压值６０～８０ｋＰａ。
２）盾体出洞后的切口水压 盾构从加固区进入非加固区后，在保证反力架及洞门密封圈安全的条件下，逐步提高切口水压设定值至切口水压理论计算值，并根据地面监测情况进行调整，尽快掌握调整的规律以指导掘进施工。３．３ 掘进速度控制
１）为控制推进轴线、保护刀盘，推进速度不宜过快，使盾构缓慢稳步前进，推进速度应控制在１０ｍｍ／ｍｉｎ以下。
２）盾构启动时，盾构操控手必须检查千斤顶是否靠足，开始推进和结束推进之前速度不宜过快。每环掘进开始时，应逐步提高掘进速度，防止启动速度过大。
３）一环掘进过程中，掘进速度应尽量保持恒定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。
４）推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。
５）在调整掘进速度的过程中，应保持开挖面稳定。
３．４ 掘削量的控制
实际掘削量Ｗ′可由下式［２］计算得到
Ｗ′＝［?ｓ／（?ｓ－１）］［Ｑ１（?１－１）－Ｑ０（?０－１）］ｔ式中 ?ｓ—土的比重；
Ｑ１—排泥流量（ｍ３／ｍｉｎ）；； ?１—排泥密度（ｋｇ／ｍ３）； Ｑ０—送泥流量（ｍ３／ｍｉｎ） ?０—送泥密度（ｋｇ／ｍ３）； ｔ—掘削时间（ｍｉｎ）。
当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。此外，也可以通过地面监测，调查地面沉降情况，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。
［参考文献］
［１］康宝生，陈 馈，李荣智．南京地铁盾构始发与到 达施工技术［Ｊ］．建筑机械化，２００４，（２）：２５－２９．［２］项兆池，楼如岳．最新泥水盾构技术［Ｚ］．上海： 上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所科技情 报室，２００１．
（编辑 羌荣生）
［中图分类号］Ｕ４５５．４３［文献标识码］Ｂ
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