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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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:

  • 主机部分(刀盘、前盾、中盾、尾盾)依次吊装下井、组装

  • 后配套台车吊装下井、连接

  • 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”:

  • 首次装机:完成刀盘、前盾及中盾组装,形成核心掘进模块

  • 二次延伸:隧道掘进至20米时,吊装下井安装连接桥

  • 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:

  • 严格控制掘进参数(推力、扭矩、掘进速度)

  • 密切监测盾构机姿态,及时调整

  • 确保同步注浆质量,防止地面沉降

  • 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:

  • 土压力:保持与掌子面水土压力平衡,防止地面沉降或隆起

  • 推力与掘进速度:根据地质条件调整,保持稳定掘进

  • 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

  • 出土量:与理论开挖方量对比,判断超挖或欠挖

  • 注浆压力与注浆量:保证管片背后空隙填充密实

  • 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:

  • 清理管片拼装区域

  • 拼装机抓取管片,按顺序就位

  • 插入并拧紧连接螺栓

  • 调整管片环面平整度

  • 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

  • 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

  • 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

  • 提前调查建筑物基础情况

  • 加密监测点,实时反馈

  • 优化掘进参数,减少沉降

  • 必要时采取加固措施

2. 穿越江河

  • 确保盾构机密封性能,防止透水

  • 控制掘进速度,减少对河床扰动

  • 加强泥浆或土压平衡控制

  • 备足应急物资

3. 穿越软硬不均地层

  • 合理配置刀具,适应不同岩土

  • 控制掘进参数,避免刀具冲击损坏

  • 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

  • 接收井施工完成

  • 洞门地层加固(与始发类似)

  • 接收基座安装就位

  • 洞门密封装置安装

2. 接收段掘进

  • 最后几环加密监测

  • 控制掘进速度,缓慢推进

  • 加强注浆,防止地层损失

  • 清理洞门区域障碍物

3. 盾构机出洞

  • 刀盘顶破洞门,进入接收井

  • 清理盾体周围土体

  • 盾构机推上接收基座

  • 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:

  • 超前地质预报:提前预判不良地质体

  • 实时监测系统:地面沉降、建筑物倾斜、管线变形等

  • 应急物资储备:注浆材料、堵漏材料、排水设备等

  • 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。