始发井长度不足情况下盾构机分体始发技术分析

 ,孙海洋 

摘要：盾构机是现阶段地下隧道工程中重要的大型施工设备，受到地下施工环境的限制和影响，在部分工程现场需要通过分体始发技术的应用来解决始发井长度不足的问题。本文以台州市域铁路S1线工程为例，分析盾构机分体始发技术的应用要点，探讨优化盾构机分体始发技术应用质量的策略，目的为提升盾构机分体始发工作质量和效率。

关键词：盾构机；分体始发技术；始发井

引言：盾构机是现阶段隧道开发中重要的施工设备，有着相对庞大的尺寸结构，安装和使用都需要一定的始发空间。但盾构机开展施工作业的现场环境比较复杂，有的场地尺寸狭小，有的场地地下、地上环境复杂，盾构机难以获得充足的空间进行一次性安装，需要分体始发施工。这就涉及盾构机分体始发技术的应用，最大限度减少分体始发对盾构机本身工作质量、安全和效率的影响，降低因为分体始发带来的施工故障率，保证隧道工程项目的推进顺利。

1 盾构机分体始发工程现场情况和分体方案

台州市域铁路S1线一期工程土建二工区盾构工作井～台州中心站盾构区间左线盾构始发，由于施工场地条件限制，盾构机只能采用分体始发方案。本台盾构机采用型号为铁建重工DZ510 直径8.8米级，电驱设备。本次工程中采用了4次盾构机分体始发。第一次分体为盾构机主机与设备桥分体，台车全部存至在矿山法施工的羊头山隧道里。第二次分体为掘进至隧道10环，将设备桥与1号台车断开，设备桥推至盾构施工隧道内，待上部负环管片切除完成后将自制台车（后文中有详细介绍）下入井下。第三次分体为盾构掘进20环，将1、2、3、号台车推入隧道内，自制台车安装至3号台车尾端。第四次分体为隧道掘进26环，将4、5、6、号台车推入隧道内，自制台车安装至6号台车尾部。

图1 第一次分体主机与设备桥之间的延长管线图

图2 第二次分体自制台车下井图

2 始发井长度不足情况下盾构机分体始发技术概述

始发井长度不足是本文讨论盾构机分体始发技术的前置条件，即盾构机需要先安装一部分进行始发，待掘进一段距离获得较为充足的长度条件后，再将分体始发的盾构机后部配套部分吊装下井，组装拼接后进行整机二次始发，完成后续的隧道施工作业[1]。

2.1 盾构机分体始发分节长度

盾构机分体始发分节长度，一方面受到始发井的长度限制，不能超出始发井的长度，否则依然难以安全、有效开展隧道开发工作；另一方面受到盾构机分体始发前部设备的零部件尺寸、管路长度、分体改造工作量、盾构机分体始发工作效率等因素的影响，需要尽可能在保证盾构机正常施工的同时减少改造工作量，保证改造后盾构机能够安全、高质量运转，保证隧道施工的实际效果。比如台州市域铁路S1线一期工程中，使用的盾构机为铁建重工DZ510，直径8.8米级，主机长11.9米，整机总厂125米，装机功率4500KW，刀盘装有48把19寸单刃滚刀和6把17寸中心双刃滚刀[2]。盾构机分体始发技术的应用是客观条件不允许情况下的选择，应以盾构机工作质量安全、盾构机改造功效、盾构机改造零部件故障了作为重点参考内容，减少盾构机分体始发带来的负面影响。

2.2 盾构机分体始发组装方式

在保证盾构机分体始发后的施工作业能力的情况下，盾构机分体始发组装方式主要有两种：①盾构机主机与台车分体，主机在井下组装，台车在隧道里通过管路与本体进行连接。②盾构机主机与第一节台车在井下组装，除第一节以外的台车在隧道里通过管路与主体和第一节台车相连。具体的盾构机分体始发组装方式需根据现场始发井的实际长度、施工现场地质环境、盾构机零部件尺寸进行具体组装方式选择。通常来讲，第一种组装方式会随着始发掘进的深度加深，出现后续注浆管路堵塞的不良情况，第二种组装方式需要更大的始发井长度，随着掘进深度的增加，后续施工条件比第一种有利。在本次工程中受到始发井长度的限制，第一次分体采用了主机与台车分体的方式，第二次分体起采用了主机与部分台车在井下、部分台车在隧道里的方式，是因为第二次分体时掘进深度依旧无法满足主体与全部台车均在井下始发的需求，体现了盾构机分体始发组装方式的灵活性和因地制宜。

2.3 盾构机分体始发施工顺序

盾构机分体始发组装方式确定后，根据组装方式将需要的下井部分逐一吊装到位，比如刀盘、螺旋输送机、盾尾等。下井部分吊装到位逐一进行安装连接，保证井下部分的盾构工作顺利开展。停留在地面的部分也需要逐一进行安装连接，并将井下与地面两部分通过管路进行连接。井下和地面部分通过调试后就可开展盾构机分体始发掘进工作，提升盾构机的施工质量和效率。

2.4 注浆、渣土水平运输方式

在盾构机分体始发施工过程中，由于盾构机的分体操作需要通过管路将注浆输送到盾构机前端，通过螺旋输送机将渣土排放至小土箱中，再通过卷扬机将渣土及时运输出掘进作业区域，维护盾构机的正常工作环境，保证盾构机的盾构工作效率。

2.5 盾构机二次始发转换方式

盾构机以分体始发的方式掘进一段深度后，为整体始发创造了空间条件，可进行停机、整机安装、组装调试、二次始发的系列操作，恢复盾构机的整体构造，保证后续盾构机的掘进作业质量、安全和效率。二次始发转换中，管理团队需要优选转换停留位置，避开重大风险地质因素，通过注浆加固避免停机后发生事故，做好刀盘前方土压力的计算和保压工作，做好盾尾漏砂预防工作，保证盾构机分体向整机转换过程的安全和顺利。

3 盾构机分体始发技术的应用质量控制要点

3.1 合理布置管线

盾构机分体始发技术的应用必然伴随着盾构机主体与台车部分的分离，为了保证盾构机的正常盾构掘进，分体双方需要通过管线相连，保证盾构机主体盾构安全，降低盾构设备故障率。长距离的管线提高了HBW计数的难度，提升刀盘出现跳动故障的可能性；管线之间相互冲突干扰，增加了传感器等设备的故障率，严重影响施工效率。盾构机分体始发现场需合理布置管线，降低管线间冲突；更换性能更优的评比管线，减少相互间信号干扰；优化台车使用方式或自制增加台车数量，减少单一管路的工作量，提升出渣效率，解决HBW脉冲计数报警、气动泵工作不正常等问题，使盾构机刀盘正常启动运转。

3.2 提高管理力度

盾构机采用分体始发方式，必然导致井下设备、地面设备、连接设备及管线之间的管理难度上升，需要管理团队时刻关注管路位置及长度，避免出现因为管路位置不当导致卡住、管路长度不足被拉断等情况影响工程进度；关注盾构机的掘进速度、推力、扭矩，避免因为分体始发中相关数据超出正常掘进70%而导致盾构机主体扭转、反力架变形等事故[3]；关注注浆、止水、封堵等工作的实施时间点，避免因为操作不当导致漏水、漏砂、击穿尾刷事故。用管理去降低事故率、提升工作效率是盾构机分体始发技术应用环境下重要的一环，管理团队应积极提高管理力度，避免因为管理不当导致工作效率下降。

3.3 重视二次始发

盾构机分体始发是为了后续整体始发奠定基础，盾构机主体掘进足够的深度后需要停机进行整机组装、调试，恢复到整机始发状态。管理团队需提升对二次始发的重视，积极纠正盾构机在停机组装、调试阶段的姿态变化，周密安排从分体到整体过程的调整工作，重视盾构机注浆、排渣、沉降等施工参数的变化，重视二次始发初期的掘进速度、刀盘转速提升方式，为二次始发的顺利进行保驾护航。以台州市域铁路S1线的盾构机分体始发为例，管理人员在分体向整体过渡阶段需要拆除所有分体期间的延长管线，恢复成原装状态，在末尾台车上安装污水箱，为后续的盾构掘进提供保障。整个过程工作量大、时间紧迫，非常考验管理团队的组织安排能力。

结语：综上，始发井长度不足的情况下，盾构机需要采用分体始发技术开启掘进工程，具体需分体始发方案细节需要根据工程实际情况和盾构机型号尺寸进行选择。分体始发过程中，管理团队需重视分体长度、组装方式、施工顺序、水平运输、二次始发部分的技术和管理要点，切实提升盾构机分体始发技术的应用质量。

参考文献：

[1]左永发.盾构机分体始发安全技术研究[J].建筑科技,2022,6(03):115-117.

[2]赵继华.特殊工况条件下大盾构机多次分体始发关键技术研究应用[J].中国铁路,2020(12):186-190.

[3]薛长鹏.盾构机分体始发设备的改造及技术控制措施[J].机械管理开发,2020,35(03):134-136.