《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》是廣東華隧建設集團股份有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是陳欽東、刁志剛、馮勝利、陳俊山、李學科、鄭志明、夏文韜、李文杰；適用範圍是各種狹小場地的盾構始發施工。
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》主要的工法特點是：通過將土壓平衡盾構機主體結構和台車後配套有效調配分體進行始發滿足了始發場地盾構施工需要；採用一體式移反力架提供盾構推力；結合增加後導洞暗挖施工。
2018年12月24日，《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》被廣東省住房和城鄉建設廳評定為2018年度廣東省省級工法。
基本介紹
- 中文名：φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法
- 工法編號：GDGF595-2018
- 完成單位：廣東華隧建設集團股份有限公司
- 主要完成人：陳欽東、刁志剛、馮勝利、陳俊山、李學科、鄭志明、夏文韜、李文杰
- 審批單位：廣東省住房和城鄉建設廳
- 主要榮譽：廣東省省級工法（2018年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的形成原因是：
隨著全球經濟快速發展，時代的進步，城市也在不斷發展和繁榮，在城市的建設過程中，電力隧道工程對於城市的現代化建設有著重要意義。截至2018年，電力隧道工程的施工逐漸採用小直徑盾構施工，通過小型盾構施工使得工期大幅度地縮短，工程建設成本也得到普遍降低。但是電力隧道始發井長度通常較小，無法滿足整機始發，無法滿足始發階段渣土運輸和材料運輸，施工效率低下；同時採用常規拼裝負環管片提供盾構推力，施工風險大。
通過提出土壓平衡盾構機分體始發、採用一體式移動反力架、增加暗挖後導洞的綜合技術進行土壓平衡盾構始發掘進，能夠滿足土壓平衡盾構機在電力隧道始發掘進和常規掘進要求，能夠極大提高土壓平衡盾構機分體始發掘進施工效率，降低盾構機始發負環拼裝風險，解決土壓平衡盾構機渣土和管片水平運輸難題，極大節約了成本，縮短工期，同時保證了施工安全。
工法特點
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的工法特點是：
1.該技術通過將土壓平衡盾構機主體結構和台車後配套有效調配分體進行始發滿足了始發場地盾構施工需要，取代了傳統盾構始發對場地面積的要求，極大的節約了成本。
2.該技術採用一體式移反力架提供盾構推力，取代了傳統盾構機始發階段管片拼裝負環提供反力的要求，極大的提高了盾構始發施工掘進效率，減小始發階段盾構拼裝負環施工風險。
3.結合增加後導洞暗挖施工，解決了土壓平衡盾構機始發階段渣土和管片水平運輸難題，提高始發掘進效率，縮短工期，取代了始發階段傳統用卷揚機運輸渣土和管片運輸，大大提高了盾構機分體始發掘進效率，縮短工期。
操作原理
適用範圍
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》適用於各種狹小場地的盾構始發施工；能夠有效降低盾構施工的風險；同時極大提高土壓平衡盾構機始發掘進效率，縮短施工工期，減少投入，保證施工安全。
工藝原理
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的工藝原理敘述如下：
施工工藝
- 工藝流程
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的工藝流程見圖1。
圖1 土壓盾構始發流程圖
- 施工步驟
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的施工步驟如下：
一、後導洞施工
由於電力隧道工作井小的特點，土壓平衡盾構機分體始發掘進效果的高低關鍵是解決渣土、管片的運輸，工作井淨空長度只有23.6米，電瓶車一列完整編組長度為35米（包括電機頭、3節渣土車、2節管片車，1節漿斗），為了提高土壓平衡盾構機始發掘進施工效率，在工作井後面增加一個長15米的後導洞暗挖，增加電瓶車編組的空間，提高施工效率，解決渣土水平運輸問題。
新增暗挖導洞長15米，開挖尺寸為4.3×3.65米，結構採用複合式襯砌結構，初襯厚250毫米，採用C25噴射早強砼，抗滲強度等級P6；二襯為鋼筋砼結構，厚250毫米，採用C35模築防水砼，抗滲強度等級P10。
圖2 後導洞初支斷面圖
圖3 後導洞結構斷面圖
序號 | 程式圖 | 說明 |
|---|---|---|
1 |  | 1、施工小導管並注漿； 2、開挖一台階土方，架設鋼格柵； 3、施工拱部錨桿和鎖腳錨管； 4、掛網噴射混凝土。 |
2 |  | 1、開挖二台階土方，架設鋼格柵； 2、施工側壁錨桿； 3、掛網噴射混凝土。 |
3 |  | 1、進行基面清理； 2、施工底板結構。 |
4 |  | 1、架設二襯拱架、模板，施工拱牆結構； 2、施工襯砌背後注漿回填。 |
後導洞施工完成後結合工作井長度電瓶車整列編組如下。
圖4 電瓶車整列編組平面圖
圖5 電瓶車整列編組剖面圖
二、安裝始發基座
根據設計圖，考慮到盾構在始發掘進過程中，由於盾構機自身的重心靠前，始發掘進時容易產生向下的“磕頭”現象，故盾構軸線需比設計軸線適當抬高20~30毫米，所以盾構始發時設定姿態為水平狀態。
圖6 始發基座平面示意圖
三、盾構機主體和後配套安裝
在狹小的空間裡，儘量放下始發必須用的後配套設備，滿足掘進的要求。考慮到剩餘區域狹小，故採用單邊台車來擺放。土壓平衡盾構機分體始發主要講主體（前盾、中盾、盾尾）結構、螺旋機、拼裝機、連線橋進行井下組裝，其他1~16號台車在工作井地面組裝。
圖7 盾構機分體始發示意圖
四、反力架安裝
始發台架固定在始發井底板上，始發台架的兩側分別固定有側縱梁，兩側的側縱樑上各設有至少一列定位螺孔，反力架通過螺栓分別與兩側的側縱樑上任意的定位螺孔連線，使反力架垂直地可拆卸地固定在兩側的側縱樑上，反力架上固定有異形環板，基準環留有間距地設在反力架的前方，水平支撐環向均布在反力架和基準環之間，且水平支撐環的兩端分別固定在異形環板和基準環上，使反力架、水平支撐和基準環之間形成一個整體。該工法運用無需拼裝負環管片，盾構機每掘進一環，反力架隨盾構機前移一環，降低了拼裝負環管片、拆除負環管片的風險，節省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構材料及出土提供足夠的作業空間。
圖8 反力架總裝主視圖
圖9 反力架總裝側視圖
圖10 移動反力架始發示意圖
圖11 移動反力盾體進洞示意圖
五、盾構掘進55米
當盾構調試完成和反力架安裝完成後，進行盾構始發。綜合考慮設備延長管線後的性能參數及方便施工的原則，將分二次進行始發，第一次的掘進距離55米，第二次為60米，每完成一個步驟的始發後，將相應的台車組裝並出洞。
以盾構4310毫米土壓盾構機參數要求及台車長度為依據設定分體始發初次掘進距離：分體始發初始階段管路依靠延長管路的長度以及盾構皮帶機及出土口的長度決定盾構機掘進距離，各種液壓延長管線長80米，且土壓平衡盾構機皮帶機出土口在7號台車上，綜合考慮後第一盾構掘進距離為55米。
圖13 盾構分體始發第一階段圖
第一始發階段無需拼裝負環管片，盾構機每掘進一環，反力架隨盾構機前移一環，降低了拼裝負環管片、拆除負環管片的風險，節省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構材料及出土提供足夠的作業空間。
六、盾構掘進60米
以盾構掘進時的依據電瓶車編組滿足管片、渣土運輸為末次掘進距離：因該工程始發井場地狹小，4310毫米土壓平衡盾構機渣土運輸為關鍵，為了提高施工掘進效率，將電瓶車進行編制，一列電瓶車編組要求滿足管片、渣土、砂漿運輸；若渣土車安裝2節不能滿足每掘進一環出土一次的要求，若安裝3節渣土車井口空間不夠，因此綜合考慮始發井長度後導洞的長度，滿足渣土運輸和管片運輸為條件，盾構掘進距離長度為60米。
圖15 盾構分體始發第二階段圖
- 勞動力組織
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的勞動力組織如下：
一、隧道人員配置：掘進管理人員、盾構操控手、環流操作手、機修工、電工、電瓶車司機及其他配合人員；
二、地面人員配置：地面管理人員、地面指揮、司索、龍門吊司機、叉車司機、挖掘機司機、鏟車司機、汽車司機、電工、電焊工、機修工、其他配合人員。
序號 | 崗位 | 人數 | 序號 | 崗位 | 人數 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 中央控制室 | 1 | 2 | 隧道值班工程師 | 1 |
3 | 機修工 | 1 | 4 | 電工 | 1 |
5 | 測量 | 2 | 6 | 電瓶車司機 | 1 |
7 | 井下掛鈎 | 2 | 8 | 掘進配合 | 8 |
9 | 軌道維護 | 1 | 10 | 隧道清理 | 3 |
序號 | 崗位 | 人數 | 序號 | 崗位 | 人數 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 地面起重班 | 7 | 2 | 地面值班工程師 | 1 |
3 | 攪拌人員 | 2 | 4 | 龍門吊司機 | 1 |
5 | 司索 | 1 | 6 | 管片裝卸 | 2 |
7 | 焊工 | 3 | 8 | 機修工 | 2 |
材料設備
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》施工過程所需的主要設備見表3。
序號 | 設備名稱 | 用途 | 序號 | 設備名稱 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 士壓平衡盾構機（1台） | 隧道施工 | 10 | 平板車（2台） | 井下水平運輸 |
2 | 同步注漿系統（2套） | 同步注漿 | 11 | 龍門吊（1台） | 地面及井下垂直運輸 |
3 | 冷卻台（1套） | 冷卻循環水 | 12 | 壓漿泵（2套） | 管道補壓漿用 |
4 | 清水泵（3台） | 井口及沉澱池 | 13 | 電焊機（4台） | 焊接 |
5 | 機車（2台） | 井下水平運輸 | 14 | 排污泵（4台） | 隧道內排污 |
6 | 挖掘機（1台） | 沉澱池挖土 | 15 | 風管（4.3千米） | 隧道通風 |
7 | 風機（2台） | 隧道通風 | 16 | 電話（16台） | 施工通訊 |
8 | 砂漿攪拌站（1套） | 拌制砂漿 | 17 | 碴車（3台） | 渣土運輸 |
9 | 充電機（2套） | 電瓶充電 | 18 | 履帶吊（2台） | 吊裝盾構機 |
質量控制
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》實施過程中執行以下主要技術標準規範有：
1.《盾構法隧道施工與驗收規範》GB50446-2017；
2.《地下鐵道工程施工及驗收規範》GB50299-1999；
3.《城市軌道交通工程測量規範》GB50308-2008；
4.《工程測量規範》GB50026-2007；
5.《錨桿噴射混凝土支護技術規範》（GB50086-2001）；
6.《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB50205-2001；
7.《混凝土結構工程施工質量驗收規範》（GB50204-2015）。
安全措施
採用《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
一、施工機械
（1）車輛駕駛員和各類機械操作員，必須持證上崗，嚴禁無證操作，對駕駛員、機械操作員定期進行安全管理規定的教育。
（2）嚴禁酒後駕駛車輛和操作機械，車輛嚴禁超載、超高、超速駕駛，禁止使用帶病的車輛、機械和超負荷運轉。
（3）機械設備在施工現場應集中停放，嚴禁對運轉中的機械設備進行檢修、保養。
（4）指揮機械作業的指揮人員，指揮信號必須準確，操作人員必須聽從指揮，嚴禁蠻幹作業。
（5）起重作業應嚴格執行《建築機械使用安全技術規程》和《建築安裝工人安全技術操作規程》中的有關規定和要求。
（6）使用鋼絲繩的機械，必須定期進行保養，發現問題及時更換，在運行中禁止工作人員跨越鋼絲繩，用鋼絲繩起吊、拖拉重物時，現場人員應遠離鋼絲繩。
（7）設專人對機械設備、各種車輛定期檢查、維修和保養，對查出的隱患要及時進行處理，並制定防範措施，防止發生機械傷害事故。
（8）現場地面使用叉車轉運管片和其它材料設備，應嚴格執行叉車操作規定。
（9）現場垂直運輸主要依靠32噸龍門吊一台，應嚴格執行龍門吊操作規定。
（10）隧道內水平運輸主要依靠電瓶車進行，應嚴格執行電瓶車操作規定。
二、垂直運輸
施工材料及管片的吊運主要通過叉車在現場進行轉場，然後通過32噸龍門吊吊入隧道中，擺放在平板車上。
（1）應對起重設備的操作人員、電瓶車操作人員和指揮人員進行安全技術交底。
（2）行車司機必須經過培訓、考核後合格者方能上崗。
（3）重點強調重物下嚴禁站人，並落實措施及管理工作，專職設備檢查人員定期檢查並做好記錄（每周檢查）。
（4）對起重設備的索具、鋼絲繩、卸克、土箱、管片吊鉤做到定期檢查，安全使用各種安全裝置，督促落實維修、整改工作。在吊裝預製構件或其它施工材料時，吊環和索具的安全係數K≥8。
（5）同步施工由於起重高度的限制，務必要注意起吊夾角和上下人員的安全，吊裝預製構件時，必須固定牢靠後方可脫鉤。
三、水平運輸
（1）電瓶車司機必須經過培訓，考試合格後方可上崗作業。
（2）做好對電瓶車司機安全教育，並做好安全交底工作，防止電瓶車傷人，嚴格控制電瓶車速度。
（3）井下電瓶車司機兼職掛鈎，同樣必須經考核合格後持證上崗。
（4）嚴格執行電瓶車安全操作規程，加強對電瓶車“連線”部位檢查。
（5）督促電瓶車司機做好交接班及運行情況記錄工作。
（6）電瓶車運行過程中嚴禁搭乘電瓶車，做好檢查、監督工作。
（7）做好每日巡視檢查工作，檢查電瓶車運行速度、進入車架段限速及軌道端頭限位裝置安放情況。
（8）電瓶車的警鈴和信號必須齊全，進入同步施工區域必須鳴（響）信號，警告施工人員；電瓶車上的運輸材料必須堆放整齊並固定牢靠，以防在運輸過程中滑移，撞擊台車和傷害施工人員；由於後配套台車區域二側間距較小，進入此區域嚴禁電瓶車司機的手、頭超出機車外。
環保措施
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》的施工對周邊環境影響較小，在市區內需注意夜間施工對居民影響，對於噪聲較大的作業夜間將不進行施工。施工在需用到大量的砂及水，施工完後對使用後的砂、水、砼塊及其它渣土需運輸到專門處理點進行處理，若可繼續用於現場其它部位施工可回收至場內制定地點存放。
一、噪聲控制
施工期間主要的噪聲來源是施工機械、施工活動和運輸車輛。採取的控制措施為：
（1）施工現場的高噪聲主要來源於凍結機組，如噪聲超標，需配備和安裝相應的消聲和禁止設施。
（2）採取措施，儘量選用低噪聲的機械設備和工法。並且在滿足土層施工要求的條件下，儘量選擇低噪聲的施工機具，避免使用高噪聲的機械和工法。
二、水污染控制
施工期間的水污染來源主要是盾構掘進的泥漿水，泥漿水運輸至地面，在處理區內經過處理後才能進行排放。
三、大氣污染控制
大氣的主要污染來源有：噴錨、運輸、開挖、燃油機械等。採取的控制措施：
（1）對易產生粉塵、揚塵的作業面和裝卸、運輸過程，在條件允許的情況下設定防塵棚，制定操作規程和灑水降塵制度，在旱季和大風天氣適當灑水，保持濕度；
（2）嚴禁在施工現場焚燒任何廢棄物和會產生有毒有害氣體、煙塵、臭氣等有毒有害物質要使用封閉和帶有煙氣處理裝置的設備；
（3）水泥等易飛揚細顆粒散體物料應儘量安排庫記憶體放，堆土場、散裝物料漏天堆放場要壓實、覆蓋；
（4）加強渣土運輸管理，做到運輸過程不灑落；車輛出場沖洗車輪，減少車輪攜土。
效益分析
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》為盾構隧道施工工序安排提供了新的思路和技術，可以解決狹小場地盾構始發施工中的一些問題，減少了投入，縮短了工期，其中分體始發用的23.6米基坑造價為590萬，增加15米後導洞暗挖80萬，比常規φ4310整機始發113米的基坑節省了約1100萬元的建設費，比常規的始發需要時間節省2個月，為工程創造了效益。
註：施工費用以2018年施工材料價格計算
套用實例
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》套用於500千伏楚庭（穗西）輸變電工程電纜隧道（東段），該項目位於廣州市，盾構始發井位於位於擬建南大幹線市新路口道路紅線南側，為五羊三輪車製造廠西側綠化空地。該工程為直徑4.1米的盾構隧道、整個線路全長4360.888米，該標段主要工程數量包括：6個工作井5個盾構區間、10個洞門、10個端頭加固、隧道砼墊層回填及電纜支架安裝，隧道埋深7~15米，盾構始發井平面尺寸為23.6.00米×9.0米，工作井基坑開挖深度為15.3米；採用明挖順築法施工，圍護結構採用地下連續牆+兩道內支撐體系，地下連續牆為800毫米厚，C30砼。
圖16 始發井平面圖
圖17 始發井剖面圖
新增暗挖導洞長15米，開挖尺寸為4.3×3.65米，結構採用複合式襯砌結構，初襯厚250毫米，採用C25噴射早強砼，抗滲強度等級P6；二襯為鋼筋砼結構，厚250毫米，採用C35模築防水砼，抗滲強度等級P10。
圖18 增加後導洞平面圖
圖19 增加後導洞剖面圖
《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》順利在500千伏楚庭（穗西）輸變電工程電纜隧道（東段）套用，安全、高效完成了盾構始發工作。該施工工法在保證施工的安全的前提下，提高了盾構的始發掘進效率，最大化確保狹小場地的盾構始發施工，滿足了工期，保證了經濟效益。
榮譽表彰
2018年12月24日，廣東省住房和城鄉建設廳以“粵建市函〔2018〕2933號”檔案發布《廣東省住房和城鄉建設廳關於公布2018年度廣東省省級工法的通知》，《φ4310土壓平衡盾構機分體始發掘進施工工法》被評定為2018年度廣東省省級工法。
