场地受限条件下盾构平移始发施工技术

场地受限条件下盾构平移始发施工技术陈建党1, 陈礼强1, 徐顺明1, ∗, 王晓飞2(1.广州地铁集团有限公司；2.中铁七局集团有限公司)

摘 要：为解决地铁建设城市中心区域施工狭小场地盾构平移组装始发问题,结合广州地铁13号线2期E42—车陂站区间工程实际，论述一种盾构盾体及后配套设备台车平移前的准备工作和平移装置过程，分析盾构分体快速平移通过横通道后在正线暗挖隧道进行组装的方法，并对盾构在盲洞始发和推进的施工工法进行研究。在施工过程中，创新性设计出一种可调式后配套设备平移装置，先后解决了盾体及后配套设备长距离平移、暗挖隧道组装、无负环及无电机车盲洞始发和双电瓶车推进等困难，加快了盾构平移速度，节约了施工成本，取得了较好的施工效果。

关键词：盾构始发；横通道；暗挖隧道；盾构平移；盲洞

0引言

当前广州地铁建设工程快速发展，但是在广州市中心区域施工，,地铁施工面临着场地狭小、周边环境复杂等诸多难题，同时将盾构这样庞大的特种机械设备引入地铁建设中来，尤其是本工程施工地点位于广州市黄埔大道与车陂路2条交通主干道交叉处，周围建筑物林立，施工场地问题变得尤为突出。

盾构在隧道内平移施工，盾构自身盾体体积庞大,且重心高,前重后轻,易发生偏移,同时盾尾较为薄弱，易变形，平移环境苛刻，施工难度大。常见的平移方法有滚杠法、钢板接触法、移动平移法[1]等，这些方法虽然能够有效解决盾构平移，但存在施工难度大、效率低等问题，因此结合本工程实际，针对盾构盾体和后配套设备不同的结构特点提出不同的平移方案，暗挖隧道盲洞始发和推进与国内外常规盾构施工大有不同，常规盾构施工采用反力架和电机车进行始发推进，由于场地限制，本工程采用无负环、无电机车始发的施工方式[2]，待始发完成后改成双电机车推进的模式进行施工，节约了施工成本，克服了场地限制带来的诸多困难。

1工程概况

1.1线路概况

本工程为广州地铁13号线2期E42盾构井—车陂站—E43盾构井,一站两区间(见图1)。区间位于中山大道，线路呈东西走向，左线线路长1641.827 m，右线线路长1620.624 m，过车陂站采用先隧后站的方式，同时下穿既有正在运营的地铁4号线。本区间采用中铁装备土压平衡盾构进行掘进施工，开挖直径为6680 mm，盾体长9089 mm，最长部件为设备桥(12784 mm)。

1.2场地概况

本次盾构始发场地为E42盾构井，E42盾构井位于车陂路西侧，中山大道中南侧地块。E42盾构井距离右线隧道中心距离为23.5 m，距离左线隧道中心距离为37.7 m，盾构吊入井内净空尺寸为11.5 m×7.5 m，深度为38.7 m，盾构平移横通道腰部设计宽度为11.9 m，净空高度为9.8 m。变更前后E42盾构井始发井位置平面图见图2。

E42盾构井初步设计为长42.4 m、宽28.6 m、深38 m。围护结构采用1000 mm 地下连续墙+5道内支撑方式，第1道至第3 道采用混凝土环框梁,其他均采用钢支撑。由于地块权属单位不同意隧道进入地块内，影响其后续开发,因此施工无法开展,通过研究将隧道移出该地块，但为避免将施工场地设置在中山大道主干道上，因此采用这种特殊的横通道侧向导洞方式进行施工。E42盾构始发井三维、剖面与平面示意见图3。

图3　E42 盾构始发井三维、剖面与平面示意图(单位: mm)2施工难点分析与解决思路

2.1工程难点分析

1) 盾构始发端头位于非正线位置，盾体质量为350t，摩擦力大，平移困难[2]。

2) 盾构井横通道空间狭窄,无法使用大型机械设备。

3)E42 盾构井横通道宽度为9.7 m，盾体长度为9.089 m，配套台车最长12.784 m，空间狭小平移困难。

4)盾构始发阶段，负环安装在盾构井横通道内，盾构渣土仅可利用出土井横通道进行出渣，出土井横通道断面较小，出渣能力受限，且渣土需进行平移外运，施工工效较低。

5)盾构盾体体积庞大，且重心高，前重后轻，易发生偏移，而且盾构盾尾较为薄弱，易变形。

6)盾构井及横通道空间狭小，给盾构组装平移带来了不小的施工难度，如何确保设备及人员安全是本工程的难点。

2.2工程解决思路

施工的组织与协调: 盾构侧向平移始发与侧向导洞开挖工程同时进行，并且在狭小的空间进行起重吊装和交叉施工作业，因此必须通过严密的组织和协调，才能按质、按量、按期和安全地完成施工任务。根据本工程的特点，其施工主要划分为5个施工阶段如下。

1)施工初期准备。进场后首先进行施工准备，组织施工人员、机械(盾构)、材料进场，按照设计好的施工平面图进行现场布置，铺设现场施工用水用电线路；深化设计施工图纸和施工方案，熟悉并复核地上测量控制网，通过联系测量建立井下测量控制网。

2)盾构组装准备。由于盾构井横通道浇筑的地面平整度无法满足盾构平移所需要的条件，第1 步对横通道水平面进行找平工作，将黄砂铺在横通道地面，待抄平后铺上钢板，随后在钢板上铺设7根钢轨作为盾构平移的轨道并一直延伸至横通道端头，铺设完成后进行加固，最后由测量人员放出井口位置的中心对托架进行定位并组装加固[3]。

3)盾构侧向横移。盾构在盾构井吊入进行组装，盾体整机通过横通道平推至隧道正线位置，盾体平推至导台上，在横通道与隧道正线位置安装螺旋输送机，完成之后整体平推至始发位置，按照同样的方法将设备桥、台车平移安装到位。盾构平移施工工艺流程见图4。

图4　盾构平移施工工艺流程图

4)盾构始发。由于空间限制，始发阶段无法使用电机车进行出渣，通过在台车右侧安装运输皮带，将台车的渣土口进行改装，增加斜溜槽，使得台车渣土口的渣土落至台车右侧的运输皮带上；同时在横通道位置安装运输皮带，将暗挖隧道运输皮带上的渣土转接至横通道运输皮带上，在吊装井口放置渣土斗，施工过程中移动至皮带接口下方接渣土，这样就能解决始发阶段的连续出渣问题。E42盾构井横通道出土示意见图5。

管片和浆液等材料利用卷扬机拉动1个由3辆管片平板车和1块铺设有钢轨的钢板所组成的移动装置从井口通过横通道送至左右正线隧道入口处，随后在台车内安置的卷扬机以同样的方式将材料送至隧道内指定位置，以此循环不断向隧道内运送材料。

5)盾构正常推进。当盾构最后1节台车通过侧向导洞后，在洞门处铺设钢板、轨道和道岔，将暗挖隧道设置为存车线，并在侧向导洞、井口和反向导洞内铺设轨道[4]。利用2组电机车编组进行水平运输，编组1：电机车+4个渣土斗；编组2：电机车+2个渣土斗+1个砂浆车+2个管片车，每掘进1环，2组电机车各往返1次。运输通道示意、洞口道岔以及左右线交叉线见图6。

3盾构平移实施

3.1盾构平移施工

为保证盾构(盾体)平移面的平整性，在横通道铺设2cm厚的钢板，在钢板上铺设7条钢轨作为平移轨道，移动前在钢轨面上涂抹黄油，减小摩擦力。在吊装井口组装始发托架，采用350t履带吊按照盾尾——拼装机——中盾——前盾——刀盘的吊装顺序依次吊装，并进行组装[5]。横通道钢轨铺设见图7。盾体组装见图8。

盾体组装完成后，利用4根100 t夹轨油缸放置在1号、3号、5号、7号钢轨上，利用夹紧轨道提供的反推力作用在始发托架上，使始发托架及盾体整体平移。在横通道平移24m到达右线正洞位置停止。夹轨油缸及盾体平移实景见图9。

3.2正线导台平移

为便于盾构在暗挖隧道内平推，在暗挖隧道底部施作倒梯形导台，导台两侧铺设钢轨；为便于盾构从始发托架顶推至导台轨道上，导台轨道标高控制低于始发托架轨道20 mm，盾构在导台上利用2根夹轨油缸进行顶推[6]。盾体推入暗挖导洞实景图见图10。

3.3螺旋输送机平移安装

平移横通道宽度为11.8 m，不满足螺旋输送机井口安装平移条件，螺旋输送机需要在洞内进行组装。利用平板车作为横通道的运输车，履带吊将螺旋输送机吊装下井之后斜向放置在平板车上，将螺旋输送机运至隧道正线处，利用横通道顶部的预埋吊耳作为吊点，预埋吊耳每排2 个，总计6个。螺旋输送机安装实景图见图11。

3.4可变角度平移板车

平移横通道宽度为11.8 m，设备桥及台车最长部件为12.8 m，不满足设备部件横向移动距离，需要扭转一定角度斜向平移，利用管片车制作角度可调式平板车作为运输工具，采用卷扬机进行牵引[7]。可调角度平板运输车见图12。

3.5无负环盲洞始发

1)反力装置安装。由于暗挖隧道空间狭小，本次反力装置为基准环，分为4 块，采用Q235钢材，板材厚20mm，安装到距离洞门15cm的位置。采用24根斜撑及24根直撑将基准环与预埋钢板连接固定，采用H20型钢作为反力斜撑。

2)洞门封堵。本次盾构始发为洞内始发，未安装止水帘布，采用洞门封堵方式替代止水帘布。在0环管片安装完成之后，用油缸整体推至反力基准环端面，0环管片已脱出盾尾70cm，将0环管片固定在基准环上,防止偏移。0环管片与隧道初次衬砌的间隙为25cm，采用砖砌的方式将间隙进行封堵，在砖墙外侧四周的初衬上植入钢筋，保证砖砌结构的稳定,最后用喷锚料进行喷涂[8]。

隧道贯通之后将基准环拆除，在反力架位置按照设计进行洞门施工，洞口环梁宽500mm，在与管片及二次衬砌墙接缝位置安装水膨性止水胶条，并预留注浆管，洞门浇筑完成后通过管片及预埋注浆管进行注浆填充，最后在洞门与管片接缝位置安装接水槽。洞门防水施工、基准环安装与洞门封堵示意见图13。

3.6控制要点及注意事项

1)铺设钢板前抄平底板标高，突起较多部位应破除，凹陷处应采用黄砂等回填平整。

2)钢板铺设平整后焊接拼缝，形成整体。特别是采取托架直接在钢板上平移的方案时，牛腿需焊接上钢板上提供反作用力，要注重钢板的整体性[9]。

3)在钢板上安装钢轨平移时(E42平移)，应焊接压板固定好钢轨，并确保钢轨下部填充密实。

4)为更好地控制盾体平移时的方向，可采用2台5t 卷扬机辅助牵引，注意控制好外置油缸顶推位置及每顶行程。

5)提前考虑方案，并在横通道拱顶预埋一定数量的吊环，方便台车平移和转体时有可利用的受力点。

6)根据每节台车、连接桥或螺旋输送机的长度，及时调整平板小车的角度,以适应横通道宽度。

7)横通道空间狭小，台车平移及转体过程中需注意设备及管线保护，避免磕碰损坏台车部件。

8)台车置于移动平板小车上时，重心相对较高，台车需固定牢靠，平移过程中需平稳、慢速，严格控制好卷扬机行程。

3.7侧向导洞施工掘进效果

当盾构最后1节台车经过侧向导洞后，在洞门处铺设道岔，将暗挖隧道设置为存车线，相关掘进工效统计如下。

1)横通道运输工效统计。出土采用侧向皮带,为一次性安装完成，管片及浆液通过横通道卷扬机运输,平均每班1 环,每环管片1.5m，掘进60m总计掘进40环，用时19d，最后1节台车通过侧向导洞。

2)将电机车重新编组为2组。电机车+4个渣土斗、电机车+1个渣土斗+砂浆车+管片车，每掘进1环，每组电机车运输1次。

3)工效统计。渣土斗吊运每斗12min，总计60min；管片吊运每吊10min，总计20min；2组电机车井口倒车及等待时间25min；油脂钢轨等材料吊运时间15 min；每环掘进施工需要120min，因此每班的最高工效为5环。

3.8平移工法的比较

目前盾构盾体大多超过300t，平移环境较为苛刻，一般的平移方法主要有滚杠法、钢板接触法、移动台车法[10]等。

1)滚杠法是采用盾构和始发架整体在辊轮上滚动前进，首先对地面平整度的要求比较高，需要在平移面铺设3cm以上的钢板，购置滚杠的成本为一次性投入，施工中存在工效低、方向控制困难等问题。

2)钢板接触法是采用盾构和始发架整体在钢板上滑动的方式，对地面的平整度要求最高，容易出现钢板卡住的情况，而且摩擦力也是最大的。

3)移动台车法是采用大型滚轮平板车进行平移，设备租赁使用费用较高，且资源较少；相比本论文中的钢轨平移法，对平移场地平整度要求不高，采用的施工材料钢轨等可重复利用，成本低，效率高。

4实际效果

广州地铁13号线2期E42——车陂站区间采用侧向平移始发工法解决了在市中心场地狭小情况下无法在正线上方设置始发井的问题，避免了交通导改及管线改迁的工作，使用侧向导洞进行渣土和管片水平运输基本达到常规盾构井始发工效，通过横通道平移和侧向导洞工法始发掘进，节约了工程投资3000余万元及缩短工期180余d。通过本项目的实施，侧向始发在综合考虑工程的安全性、适应性和经济性方面取得了成功与经验。

5结论与建议

1)在盾体顶推平移的过程，铺设的平移钢轨轨面变形，顶推油缸的夹轨器在钢轨上移动受阻，因此平移钢轨需提前进行处理或挑选轨面完好的钢轨。

2) 2号台车因主要泵站均在一侧，存在偏重的情况，平移前需做好加固措施，防止移动过程中晃动。

3)在未使用侧向导洞运输材料前，渣土及管片需要通过横通道运输，工效较低，需做好施工组织。

4)平移始发的风险主要是在横通道内进行螺旋输送机的安装，螺旋输送机质量为30t，需要在横通道顶部预埋吊耳，安装过程中通过3组20t倒链多次倒运安装。

5)区间右线行人过道跨过左线行车通道，存在安全隐患，目前已增加凸镜、警示灯、先观察后通过警示标语、司机此处必须鸣笛等措施；侧向导洞转弯半径为30 m，存在掉轨及轨道松动风险，电机车通过时需慢速匀速通过，且安排了专人进行轨道巡检。

6)在城市物流人流密集及空间狭小施工场地，采用直接始发的盾构施工，征地拆迁成本高且影响交通管理带来十分困难，采取盾构平移始发施工是目前很好方法，推荐同行使用。

本文摘编自《隧道建设(中英文)》第43卷增刊2，2023年12月,参考文献略。

第一作者简介: 陈建党(1971—)，男，河南南阳人，1996年毕业于西南交通大学，桥梁工程专业，本科，高级工程师，现从事轨道交通工程建设管理工作。E-mail：chenjiandang@gzmtr.com。

通信作者：徐顺明，E-mail：xushunming@gzmtr.com。

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