盾構(gòu)機(jī)過站技術(shù)措施研究

魏斌效

摘要：城市地鐵建設(shè)中，為保證施工的連續(xù)性和質(zhì)量，一般每個標(biāo)段都含多個車站和區(qū)間。這種情況下，盾構(gòu)機(jī)需進(jìn)行過站并二次始發(fā)。本文的背景工程“北京地鐵7號線東延云景東路站～小馬莊站～高樓金站盾構(gòu)區(qū)間”采用了盾構(gòu)機(jī)和后配套臺車解體后過站的方法，即盾構(gòu)機(jī)與后配套臺車分開，然后分別用額外千斤頂或牽引設(shè)備推動或拉動盾構(gòu)主機(jī)和臺車以實(shí)現(xiàn)過站。在分析了過站過程中出現(xiàn)的各種問題的基礎(chǔ)上，探討產(chǎn)生問題的原因及改進(jìn)措施，并提出了幾種解決辦法，在施工實(shí)踐過程中取得了良好的效果，這種方法極大的縮短了工期，節(jié)約了大量的人工及時間成本。

關(guān)鍵詞：過站；空間限制；盾構(gòu)機(jī)

引言

近年來，盾構(gòu)機(jī)過站及二次始發(fā)已經(jīng)越來越頻繁的出現(xiàn)在盾構(gòu)施工中，而過站形式的選擇尤其重要。盾構(gòu)機(jī)過站主要有三種形式：1）車站主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，站內(nèi)凈空滿足盾構(gòu)機(jī)過站條件的，過站后繼續(xù)掘進(jìn)；2）車站結(jié)構(gòu)未完成或凈空不滿足過站條件的，采用吊出、轉(zhuǎn)場、下井組裝在掘進(jìn)；3）盾構(gòu)先掘進(jìn)通過車站后施工車站的“先隧后站”法。一般情況下過站采用盾構(gòu)完全解體過站，盾構(gòu)機(jī)要完全解體后再吊出，在井外進(jìn)行維修，而后下井再拼裝進(jìn)行二次始發(fā)。本文所論述的方法與一般方法相比工期短，成本底，工序簡單，安全性較高；與采用過站小車過站的方式相比，對凈空的要求更加寬松，工序更簡潔，安全性也有保證。本文通過實(shí)例介紹相關(guān)重難點(diǎn)及施工具體措施，為后續(xù)類似施工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和提供技術(shù)借鑒。

1工程概況

北京地鐵七號線東延03標(biāo)合同段包括兩站兩區(qū)間，呈東西走向，分別為高樓金站、高樓金站～小馬莊站區(qū)間、小馬莊站、小馬莊站～云景東路站區(qū)間。施工籌劃采用兩臺土壓平衡盾構(gòu)從高樓金站下井先后一個月始發(fā)，過小馬莊后掘進(jìn)到達(dá)云景東路站，盾構(gòu)直接吊出。

兩臺盾構(gòu)機(jī)其中右線由日立造船株式會社生產(chǎn)，盾構(gòu)機(jī)直徑φ6180，盾構(gòu)機(jī)自重達(dá)156t；左線由北京華隧通掘進(jìn)裝備有限公司生產(chǎn)，盾構(gòu)機(jī)直徑φ6180，盾構(gòu)機(jī)自重達(dá)253t。

盾構(gòu)機(jī)通過小馬莊站時采用站內(nèi)過站形式，小馬莊站接收井和始發(fā)井長13m，凈高8.15m，凈寬8.25m，標(biāo)準(zhǔn)段長260m，凈高7.45～7.65m，凈寬6.5m～6.75m，小馬莊站總長286m，過小馬莊站后，繼續(xù)掘進(jìn)小馬莊站～云景東路站區(qū)間，到達(dá)云景東路站后盾構(gòu)機(jī)拆解吊出。

2過站施工重難點(diǎn)

2.1盾構(gòu)機(jī)過站前需橫向平移

盾構(gòu)機(jī)出洞后進(jìn)入接收井，受車站主體結(jié)構(gòu)形式影響，盾構(gòu)機(jī)需要橫向偏移1m才能進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行縱移，橫向偏移為盾構(gòu)機(jī)連帶基座一起偏移，需要提前在基座下部墊鋼板，否則可能出現(xiàn)摩擦力過大，造成無法平移的情況，盾構(gòu)主機(jī)也無法進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段。

2.2盾構(gòu)機(jī)上下標(biāo)準(zhǔn)段底板

盾構(gòu)機(jī)接收井與始發(fā)井底板均低于標(biāo)準(zhǔn)段，基座連帶盾構(gòu)機(jī)平移到標(biāo)準(zhǔn)段邊緣時，盾構(gòu)機(jī)需進(jìn)行抬高，預(yù)留出能夠焊接滑輪的空間。上下過程中需把控盾殼與標(biāo)準(zhǔn)段底板邊緣之間的位置關(guān)系，避免出現(xiàn)盾殼剮蹭標(biāo)準(zhǔn)段底板，造成盾構(gòu)機(jī)盾殼變形。

3盾構(gòu)過站方案設(shè)計

3.1盾構(gòu)機(jī)過站流程概況

盾構(gòu)機(jī)接收→盾構(gòu)機(jī)和基座沿隧道軸線縱移至島臺邊緣→盾構(gòu)機(jī)和基座向站臺方向橫向平移→盾構(gòu)機(jī)上島臺進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)段→盾構(gòu)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)段縱移至接收井→盾構(gòu)機(jī)下島臺推上始發(fā)基座→盾構(gòu)機(jī)和基座向洞門方向縱移→盾構(gòu)機(jī)和基座向側(cè)墻方向橫移→后配套臺車過站。

3.2盾構(gòu)機(jī)及基座平移設(shè)計

盾構(gòu)機(jī)在接收井（及始發(fā)井）內(nèi)處于基座上，平移時需要連同基座一起平移，考慮到盾構(gòu)機(jī)及基座自重，直接在灰面上移動摩擦力巨大，施工時采取預(yù)先在接收井（及始發(fā)井）內(nèi)鋪設(shè)鋼板，使盾構(gòu)機(jī)及基座在鋼板上平移，配合潤滑油，能極大的減少摩擦阻力，順利把盾構(gòu)機(jī)平移到位。

盾構(gòu)機(jī)自重253t，基座自重20t，總自重按300t考慮，滑動摩擦系數(shù)u取0.15，則滑動摩擦力F=uN=0.5×300t×9.8N/kg=1470KN

3.3盾構(gòu)機(jī)滾輪設(shè)計

盾構(gòu)主機(jī)采用滾輪式過站方式時，盾構(gòu)主機(jī)與后配套設(shè)備斷開過站，盾構(gòu)過站動力來源為液壓千斤頂，作用于卡在軌道上的液壓夾軌器，頂住滑輪通過反作用力推動盾構(gòu)機(jī)向前移動。

盾構(gòu)機(jī)采用4個滾輪于軌道上移動，將滑動摩擦轉(zhuǎn)換為滾動摩擦，滾動摩擦系數(shù)μ取0.1，牽引動力F=m×g×μ=300×9.8×0.1=294kN。

盾構(gòu)機(jī)單根油缸頂推力最大為1200KN，根據(jù)現(xiàn)場盾構(gòu)機(jī)偏移轉(zhuǎn)彎行走及大坡度爬坡情況，最大頂推力為900KN，油缸頂推力可以滿足。

3.4盾構(gòu)機(jī)上下標(biāo)準(zhǔn)段

盾構(gòu)主機(jī)由接收井上標(biāo)準(zhǔn)段需用千斤頂頂起盾構(gòu)機(jī)頭部從而使盾構(gòu)機(jī)超出島臺高度并開始焊接前部滾輪，然后通過基座處千斤頂頂至軌道上并向前頂進(jìn)，并在中盾處焊接滾輪。

3.5盾構(gòu)機(jī)平移過程中出現(xiàn)的問題

盾構(gòu)主機(jī)過站過程中出現(xiàn)的主要問題為結(jié)構(gòu)底板不平導(dǎo)致軌道受力不均，從而造成軌道被壓斷。過站過程中，采取的措施為根據(jù)測量測出的地面平整度，對有凹陷的地方采用鋼板墊平，盡量使軌道處于一個平面。

3.6具體施工措施

3.6.1斷開盾構(gòu)主機(jī)與后配套臺車系統(tǒng)

斷開盾構(gòu)機(jī)與臺車系統(tǒng)中的連接橋架，并在盾構(gòu)機(jī)鉸接處焊接槽鋼防止過站時拉壞鉸接。

3.6.2盾構(gòu)機(jī)與基座平移

（1）盾構(gòu)機(jī)主機(jī)與接收基座通過外置的2根100T液壓千斤頂頂進(jìn)至正常段邊緣處。

（2）再次通過2根100T千斤頂讓盾構(gòu)機(jī)及基座進(jìn)行橫向平移，使其處于過站中線處。

（3）盾構(gòu)機(jī)及基座就位后，向前頂進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，開始焊接滾輪。

3.6.3焊接滾輪

（1）頂進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，至滾輪焊接處，使用千斤頂頂起盾構(gòu)機(jī)，開始焊接前部滾輪。

（2）前部滾輪焊接完畢后，此時千斤頂作用于液壓夾軌器，頂前輪向前移動直至焊接后部滾輪處，并開始焊接后部滾輪。

（3）兩組滾輪焊接完畢后，進(jìn)行正常段前行。

3.6.4滾輪載盾構(gòu)機(jī)循環(huán)步進(jìn)過站施工

（1）通過千斤頂頂進(jìn)后方一組滾輪，來向前移動，每次頂進(jìn)長度1m，頂進(jìn)時間2min，收回油缸并前移夾軌器平均時間12min，平均每天能推44m。

（2）盾構(gòu)機(jī)滾輪式過站步進(jìn)的一個工作循環(huán)由推移、千斤頂泄壓收回、夾軌器泄壓、夾軌器前移固定并加壓四個動作分步完成，實(shí)現(xiàn)滾輪過站。

（3）盾構(gòu)機(jī)滾輪軌道

在過站施工時，為確保盾構(gòu)機(jī)平穩(wěn)前移，必須保證滾輪軌道保持在一個水平面，且軌道底緊密貼合底板，正常段結(jié)構(gòu)底板可能會出現(xiàn)不平整，此時需用鋼板墊平。

3.6.5盾構(gòu)機(jī)上始發(fā)基座

（1）正常段穿越完成后，為確保盾構(gòu)機(jī)上始發(fā)基座，軌道延伸至基座處。

（2）頂進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤部分上基座后，開始割除前部滾輪。

（3）繼續(xù)向前頂進(jìn)盾構(gòu)機(jī)至后部滾輪處，開始割除后部滾輪。

（4）待盾構(gòu)機(jī)全部置于接收基座時，平移盾構(gòu)機(jī)及接受基座，使盾構(gòu)機(jī)處于始發(fā)位置，調(diào)整標(biāo)高，最后進(jìn)行固定。

3.6.6臺車及后配套過站

盾構(gòu)機(jī)上始發(fā)基座就位后，進(jìn)行臺車過站，臺車就位后，連接臺車與盾構(gòu)機(jī)，調(diào)試完成后，準(zhǔn)備始發(fā)。

結(jié)論

北京地鐵7號線東延高樓金站至小馬莊站區(qū)間右線2018年10月17日到達(dá)，盾構(gòu)接收2天，接收井平移1天，采用滾輪式過小馬莊站標(biāo)準(zhǔn)段260m用時5天，盾構(gòu)機(jī)及基座就位3天，從盾構(gòu)接收、過站至盾構(gòu)機(jī)及基座就位共用時11天時間。保障了盾構(gòu)施工工期要求，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。滾輪式過站經(jīng)過不斷改進(jìn)取得了很好的成果，通過本工程的圓滿實(shí)施，總結(jié)了一下以下一些經(jīng)驗(yàn)，用于同類施工中進(jìn)行借鑒：

（1）滾輪式過站區(qū)別于常規(guī)的鋼板小車過站，對車站結(jié)構(gòu)的空間要求更加寬松，選擇過站方式的余地更加寬泛。

（2）滾輪式過站利用的材料消耗非常低，主材包括過站38kg/m的鋼軌、滾輪、反力裝置等，但這些主材在盾構(gòu)過站過程中可往復(fù)倒換利用，為過站成本進(jìn)行了較大的節(jié)約。

（3）盾構(gòu)機(jī)滾輪過站的工序簡便、快捷，有效地轉(zhuǎn)換滑動摩擦力為滾動摩擦力，創(chuàng)新制作的滾輪不需要復(fù)雜的安裝拆卸，只進(jìn)行焊接、就可以完成滾輪過站的目的。

（4）滾輪式過站方案滿足了本次盾構(gòu)過站需求，但還有進(jìn)一步優(yōu)化的潛力。

參考文獻(xiàn)

[1]周文波，盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用，2004. 11

（作者單位：北京城建軌道交通建設(shè)工程有限公司）