盾构施工是一个系统性工程,从设备进场到隧道贯通,需要经历始发、掘进、接收三大关键阶段。每一个阶段都有其特定的工艺要求和风险控制要点。
一、盾构始发:从零到一的突破
盾构始发是指盾构机从始发井开始掘进的阶段,是盾构施工中最关键的环节之一。
1. 始发前的准备工作
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始发井施工:完成盾构始发井的结构施工,提供设备下井和组装的空间
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洞门处理:对洞门外地层进行加固(旋喷桩、冻结法等),防止始发时土体坍塌
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基座安装:在井底安装盾构机始发基座,确保盾构机按设计姿态始发
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反力架安装:为盾构机提供初始推进的反力支撑
2. 盾构机组装与调试
盾构机通常分部件吊装下井,在井内完成组装:
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主机部分(刀盘、前盾、中盾、尾盾)依次吊装下井、组装
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后配套台车吊装下井、连接
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管线连接与系统调试
2024年5月,“香山一号”盾构机在南中城际中山段横门井下井组装,主机部分在井内整装待发,工人们进行始发前的检修、维护、轨道焊接加固、设备联动调试等工作。
3. 分体始发技术
当始发井空间狭小时,可采用分体始发工艺。上海示范区线16标“申平号”盾构机首次在市域线14米级超大直径盾构中实施分体始发。
具体操作如同“拼搭积木”:
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首次装机:完成刀盘、前盾及中盾组装,形成核心掘进模块
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二次延伸:隧道掘进至20米时,吊装下井安装连接桥
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三次贯通:隧道掘进至80米时,完成剩余所有后配套设备的连接,形成完整施工链
这种分体始发方式有效解决了始发场地空间受限的问题,为项目建设争取了宝贵的时间与空间。
4. 始发掘进要点
始发掘进的前几环至关重要:
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严格控制掘进参数(推力、扭矩、掘进速度)
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密切监测盾构机姿态,及时调整
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确保同步注浆质量,防止地面沉降
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加强地表和建筑物监测
二、正常掘进:稳步向前的日常
进入正常掘进阶段后,盾构机按照“掘进—排土—拼装”的循环持续推进。
1. 掘进参数控制
操作手需要随时注意盾构机内部各种设备的状态,严格遵守各个参数指令,按照正确的线路方向掘进。关键控制参数包括:
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土压力:保持与掌子面水土压力平衡,防止地面沉降或隆起
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推力与掘进速度:根据地质条件调整,保持稳定掘进
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刀盘转速与扭矩:反映刀具切削状态,扭矩异常预示可能存在问题
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出土量:与理论开挖方量对比,判断超挖或欠挖
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注浆压力与注浆量:保证管片背后空隙填充密实
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盾构姿态:控制轴线偏差在设计允许范围内
2. 管片拼装
每掘进一环管片宽度(通常1.2米或1.6米),停止掘进进行管片拼装。
拼装流程:
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清理管片拼装区域
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拼装机抓取管片,按顺序就位
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插入并拧紧连接螺栓
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调整管片环面平整度
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重复直至完成一环
拼装手需要有丰富经验,确保管片拼装精度,避免出现错台、破损等问题。
3. 物料运输
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管片运输:由龙门吊从地面下至竖井管片车,电瓶车牵引至台车附近,电动葫芦吊运至管片小车,再送至拼装机
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渣土运输:皮带机将渣土运至台车尾部渣土车,电瓶车牵引至竖井,龙门吊吊至地面渣土坑
三、特殊地段掘进
1. 穿越建筑物
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提前调查建筑物基础情况
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加密监测点,实时反馈
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优化掘进参数,减少沉降
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必要时采取加固措施
2. 穿越江河
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确保盾构机密封性能,防止透水
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控制掘进速度,减少对河床扰动
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加强泥浆或土压平衡控制
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备足应急物资
3. 穿越软硬不均地层
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合理配置刀具,适应不同岩土
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控制掘进参数,避免刀具冲击损坏
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加强刀具检查,及时更换
四、盾构接收:完美收官
盾构接收是指盾构机进入接收井的阶段,同样需要精心组织和风险控制。
1. 接收前准备
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接收井施工完成
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洞门地层加固(与始发类似)
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接收基座安装就位
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洞门密封装置安装
2. 接收段掘进
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最后几环加密监测
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控制掘进速度,缓慢推进
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加强注浆,防止地层损失
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清理洞门区域障碍物
3. 盾构机出洞
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刀盘顶破洞门,进入接收井
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清理盾体周围土体
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盾构机推上接收基座
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完成接收,进行设备拆解或转场
五、风险控制与应急管理
盾构施工全过程需建立完善的风险控制体系:
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超前地质预报:提前预判不良地质体
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实时监测系统:地面沉降、建筑物倾斜、管线变形等
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应急物资储备:注浆材料、堵漏材料、排水设备等
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应急预案演练:定期组织,提高应急处置能力
“香山一号”从横门井向香山站始发,盾构距离约3.4公里,用时约2年。这段看似不长的距离,凝聚着盾构施工技术的精髓——在看不见的地下,精准地开辟出一条安全的通道。