長(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間整體道床快速施工技術(shù)

Rapid Construction Technology of Integral Track Bed in Long and Large Shield Section

HUANG Hai-bin

摘要：本文結(jié)合石家莊地鐵1號(hào)線二期工程實(shí)際，分別從優(yōu)化施工組織、測(cè)量靠前、縮短前期準(zhǔn)備時(shí)間，曲線軌排采用任意縮短軌方案，改進(jìn)混凝土澆筑料斗，鋪軌設(shè)備長(zhǎng)距離供電等方面介紹了穿越滹沱河3.4km盾構(gòu)區(qū)間整體道床快速施工方法，以便對(duì)今后類似工程起到借鑒作用。

Abstract： Combining the actual phase II project of Shijiazhuang Metro Line 1， this paper introduced the rapid construction method of the integral track bed of the 3.4km shield section across the Hutuo River from optimization of the construction organization， measurement front， shortening the preparation time， curved rail row adopting any shortened rail scheme， improvement of concrete pouring hopper and long distance power supply for track laying equipment， so as to draw lessons for similar projects in the future.

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間;整體道床;快速施工技術(shù)

Key words： long and large shield section;integral track bed;rapid construction technology

中圖分類號(hào)：U213.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）32-0163-03

1? 概述

石家莊地鐵1號(hào)線是中心城區(qū)東西向骨干線，二期工程為一期的北延線路，呈南北走向。工程起于洨河大道站（不含），止于東洋站，沿秦嶺大街和新城大道敷設(shè)，線路全長(zhǎng)13.5km/雙線，均為地下線，是連接主城區(qū)、高新區(qū)、正定縣的紐帶工程。線路途經(jīng)滹沱河生態(tài)風(fēng)景區(qū)、園博園自然景觀區(qū)、會(huì)展中心、商務(wù)中心等大型客流點(diǎn)，可有效緩解交通壓力，改善市民的出行條件，拓展城市發(fā)展空間。對(duì)于主城區(qū)、高新區(qū)和正定新區(qū)的交通、人流、物流都有著極大的帶動(dòng)作用。

刷新石家莊地鐵地鐵最長(zhǎng)區(qū)間記錄的是東莊至?xí)怪行牡拇┰戒镢訁^(qū)間，區(qū)間長(zhǎng)約3.4公里。工程難度大，建設(shè)周期長(zhǎng)，技術(shù)要求高。該區(qū)間線路長(zhǎng)且下穿滹沱河，采用優(yōu)化后的機(jī)鋪施工工法施工，加快了整體道床施工進(jìn)度，如此長(zhǎng)大穿河盾構(gòu)區(qū)間整體道床施工在河北省同類工程中尚屬首次。

為了方便群眾辦事，服務(wù)市民出游，最大限度的滿足工期要求，千方百計(jì)加快施工進(jìn)度，1號(hào)線二期工程建設(shè)“挑戰(zhàn)不可能”，打破常規(guī)，全力攻堅(jiān)，每日調(diào)度，確保24小時(shí)施工。經(jīng)過(guò)不懈努力，按期實(shí)現(xiàn)了軌通節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，為全線運(yùn)營(yíng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2? 施工現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

根據(jù)土建工期節(jié)點(diǎn)要求，原計(jì)劃東莊站至?xí)怪行恼鹃L(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間整體道床施工由東莊鋪軌基地負(fù)責(zé)。即在東莊鋪軌基地生產(chǎn)軌排，設(shè)置混凝土溜槽供應(yīng)混凝土，分左右線同步向會(huì)展中心方向進(jìn)行長(zhǎng)大區(qū)間整體道床施工。后因工期調(diào)整，現(xiàn)有長(zhǎng)大區(qū)間左右線工作面已無(wú)法滿足業(yè)主下達(dá)工期要求。

從洞通到開(kāi)始鋪軌需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：隧道清理→導(dǎo)線優(yōu)化點(diǎn)布設(shè)→導(dǎo)線優(yōu)化點(diǎn)測(cè)量→結(jié)構(gòu)斷面測(cè)量→調(diào)線調(diào)坡→鋪軌綜合圖設(shè)計(jì)→控制基標(biāo)測(cè)設(shè)→控制基標(biāo)復(fù)測(cè)→加密基標(biāo)測(cè)設(shè)→應(yīng)用于軌道鋪設(shè)。土建單位的洞通僅僅是盾構(gòu)井刀盤到達(dá)接收井位置，距離盾構(gòu)機(jī)吊車還需要10-20天時(shí)間才能全部吊出。洞通后需土建單位及時(shí)清理隧道，盾構(gòu)吊出后，及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)線優(yōu)化測(cè)量。聯(lián)絡(luò)通道、手孔嵌縫，洞門環(huán)梁、盾構(gòu)井回填等施工不能影響測(cè)量工作。土建單位在導(dǎo)線優(yōu)化點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行斷面測(cè)量，三方復(fù)測(cè)無(wú)誤后提報(bào)設(shè)計(jì)院進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡。測(cè)量密度不夠或有數(shù)據(jù)異常，還需補(bǔ)測(cè)或復(fù)測(cè)。盾構(gòu)線型控制情況對(duì)調(diào)線調(diào)坡時(shí)間有直接影響。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中線型控制情況，調(diào)線調(diào)坡時(shí)間一般為8-25天不等（不包括送審時(shí)間），調(diào)線調(diào)坡成果出來(lái)后還需進(jìn)行鋪軌綜合圖設(shè)計(jì)，拿到鋪軌綜合圖后，進(jìn)行導(dǎo)線復(fù)測(cè)，控制基標(biāo)測(cè)設(shè)及加密基標(biāo)測(cè)設(shè)。按照上述流程，從洞通到可以鋪軌需要大約2-3個(gè)月時(shí)間，對(duì)軌道工期有很大影響。

地鐵設(shè)計(jì)速度一般為80km/h，考慮地下線軌溫變化較小，環(huán)保及噪音控制要求高等原因，地鐵一般設(shè)計(jì)為區(qū)間無(wú)縫線路。為盡可能減少因曲線造成軌枕不方正及軌頭相錯(cuò)量過(guò)大的問(wèn)題，曲線地段需考慮使用縮短軌。由于地鐵線路個(gè)別曲線半徑比較小，采用標(biāo)準(zhǔn)廠制縮短軌，軌頭相錯(cuò)量依然比較大，造成對(duì)軌調(diào)軌費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勻枕現(xiàn)象依然存在，且會(huì)有大軌縫影響行車安全，尤其是在長(zhǎng)大區(qū)間整體道床鋪設(shè)時(shí)，因縮短軌選用不合適對(duì)施工進(jìn)度和行車安全的影響很大。

目前軌道整體道床施工用混凝土料斗普遍采用錐形料斗。這種料斗存在問(wèn)題是混凝土極易粘附在錐形下底處，清理困難，影響混凝土澆筑速度。尤其對(duì)于長(zhǎng)大區(qū)間隧道整體道床施工，混凝土運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，塌落度損失較大，澆筑和清理料斗的時(shí)間就更長(zhǎng)，對(duì)混凝土澆筑速度有較大影響。

地鐵整體道床軌道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)采用3臺(tái)電力鋪軌門吊來(lái)完成。鋪軌門吊供電需要從車站向區(qū)間敷設(shè)臨時(shí)供電系統(tǒng)。供電線路越長(zhǎng)，壓降損失越大，壓降損失過(guò)大將導(dǎo)致鋪軌門吊無(wú)法正常工作。對(duì)于長(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間隧道鋪軌必須采取一定的措施，保證供電系統(tǒng)壓降在合理范圍，才能保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，整體道床施工順利進(jìn)行。

3? 長(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間整體道床快速施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 優(yōu)化組織，長(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間雙洞對(duì)鋪施工技術(shù)（圖1）

施工籌劃階段，計(jì)劃從東莊向會(huì)展方向鋪軌，直到會(huì)展中心站與北四站先期已鋪軌地段相接。實(shí)際實(shí)施階段，由于工期調(diào)整，東莊鋪軌基地場(chǎng)地有限，東莊至?xí)归L(zhǎng)大區(qū)間整體道床鋪軌僅在東莊安排2個(gè)作業(yè)面已無(wú)法滿足工期要求。

經(jīng)過(guò)研究討論，決定采取增加工作面，雙洞對(duì)鋪施工作業(yè)。即在原計(jì)劃東莊向會(huì)展方向2作業(yè)面施工的作業(yè)組織下，利用3.8km以外的天元湖鋪軌基地進(jìn)行軌排生產(chǎn)，利用軌道車進(jìn)行軌排長(zhǎng)距離運(yùn)輸就位，在會(huì)展中心站增設(shè)臨時(shí)混凝土下料口的措施，增加會(huì)展向東莊方向鋪軌2個(gè)作業(yè)面。此舉確保了工程的順利推進(jìn)，保證了工期節(jié)點(diǎn)要求。

3.2 測(cè)量工作靠前組織，縮短前期準(zhǔn)備時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

測(cè)量工作是施工的前提和基礎(chǔ)。按照以往的步驟和流程進(jìn)行已無(wú)法滿足工期要求。

導(dǎo)線復(fù)測(cè)、控制基標(biāo)布點(diǎn)、測(cè)設(shè)、必須跟隨土建單位導(dǎo)線優(yōu)化和斷面測(cè)量同步進(jìn)行，避免后期干擾。加密基標(biāo)布點(diǎn)、測(cè)設(shè)需在調(diào)線調(diào)坡期間測(cè)設(shè)完畢。調(diào)線調(diào)坡資料拿到后，計(jì)算鋪軌基標(biāo)數(shù)據(jù)。

施工過(guò)程中，編制了土建施工進(jìn)展情況調(diào)查表，洞通后同步進(jìn)行導(dǎo)線復(fù)測(cè)及基標(biāo)測(cè)設(shè);跟進(jìn)土建單位和三方提交斷面測(cè)量數(shù)據(jù)情況，加強(qiáng)和設(shè)計(jì)單位溝通協(xié)調(diào)，確保第一時(shí)間拿到調(diào)線調(diào)坡資料，進(jìn)行基標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算，為道床施工爭(zhēng)取時(shí)間。

3.3 曲線軌排表按任意縮短軌方案進(jìn)行編制

考慮地鐵區(qū)間為無(wú)縫線路，故在本次長(zhǎng)大區(qū)間隧道軌排表曲線軌排編制過(guò)程中，采用了任意縮短軌方案。即根據(jù)軌排進(jìn)入曲線的長(zhǎng)度，計(jì)算內(nèi)股縮短量，按計(jì)算出的縮短量對(duì)內(nèi)股鋼軌進(jìn)行鋸切，不受廠制標(biāo)準(zhǔn)縮短軌縮短量的限制。此舉的優(yōu)點(diǎn)是控制了大軌縫，減少了方枕工作量，加快了對(duì)軌及調(diào)軌速度，節(jié)約了勞動(dòng)力。

曲線各位置縮短量計(jì)算參照如下公式，列入Excel表格進(jìn)行計(jì)算。

①圓曲線里股縮短量計(jì)算（ΔLy）：

②一端緩和曲線里股縮短量計(jì)算（ΔLh）：

③曲線總縮短量計(jì)算（ΔLz）：

如果兩端緩和曲線長(zhǎng)相等，即Lh1=Lh2=Lh，則：

④第一緩和曲線里股內(nèi)任意點(diǎn)縮短量的計(jì)算（ΔLhi）：

⑤從緩和曲線起點(diǎn)到圓曲線里股內(nèi)任意點(diǎn)縮短量計(jì)算（ΔLyi）

⑥第二緩和曲線上任意點(diǎn)的里股縮短量計(jì)算（ΔLh2i）：

式中S——兩股鋼軌中心距（1500mm）;

Lz——曲線總長(zhǎng)即兩條緩和曲線與圓曲線長(zhǎng)度之和;

Ly——圓曲線長(zhǎng)（m）;

Lh——一端緩和曲線長(zhǎng)（m）;

Lh1、Lh2——分別為第一緩和曲線長(zhǎng)和第二緩和曲線長(zhǎng)（m）;

ai——第一緩和曲線內(nèi)從始點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)的距離（m）;

bi——圓曲線內(nèi)從圓曲線始點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)的距離（m）;

ci——第二緩和曲線內(nèi)從曲線終點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)的距離（m）;

R——曲線半徑（m）。

3.4 混凝土料斗工裝改進(jìn)

目前普遍采用的混凝土錐形料斗如圖2所示，存在對(duì)混凝土流動(dòng)性要求高，清理困難，影響澆筑速度的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)研究和探討，將料斗改為直上直下的矩形料斗，并在側(cè)邊開(kāi)設(shè)放料口。改進(jìn)料斗如圖3。施工時(shí)先通過(guò)料斗側(cè)邊的插板式卸料口實(shí)現(xiàn)混凝土限流澆筑;待澆筑到四分之一左右，將底門打開(kāi)，卸出全部混凝土。

此料斗優(yōu)點(diǎn)在于前期可實(shí)現(xiàn)澆筑混凝土量的精確控制，料斗壁垂直，粘附的混凝土較少，清理快捷，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了澆筑效率。綜合比較，采用此卸料澆筑時(shí)間比用錐形料斗節(jié)約25分鐘。

3.5 鋪軌設(shè)備長(zhǎng)距離供電技術(shù)

地鐵整體道床軌道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)采用3臺(tái)電力鋪軌門吊來(lái)完成。本標(biāo)段采用的鋪軌門吊電路設(shè)計(jì)由華東電力設(shè)計(jì)院上海穩(wěn)壓器廠共同研制，在施工標(biāo)段超過(guò)1.2公里時(shí)需配備穩(wěn)壓系統(tǒng)。穩(wěn)壓設(shè)備選型通過(guò)以下計(jì)算確定。

K1為施工用電設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)，取0.7;K3為電焊設(shè)備同時(shí)使用使用系數(shù)，取0.4;∑P1為施工用電全部設(shè)備總額定用量;cosφ取0.75，用電安全系數(shù)取1.1。

Pj=1.1×（K1 ∑P1+K2 ∑P2+K 3∑P1）

=1.1×（0.6×（32）+0.4×20）

=1.1×（19.2+8）

=29.92kW

P變=（1.1×Pj）÷cosφ

=43.88KVA

I=1000Pj÷■·U·cosφ=29920÷■·380×0.75=29920÷493=61A

現(xiàn)場(chǎng)選用YJV— 3×50+2×35鋁芯電纜供電。

根據(jù)配電導(dǎo)線的電壓降公式計(jì)算

s=ΣP·L÷C·S≤[e]=5%×380

s——導(dǎo)線電壓降;

ΣP——各線段負(fù)荷計(jì)算功率（kW）即計(jì)算用量ΣP;

L——各段線路長(zhǎng)度（m）;

M——負(fù)荷距（kW·m）即ΣP·L乘積;

C——材料內(nèi)部系數(shù)，三線五線制銅線77，鋁線46.3;

S——導(dǎo)線截面（mm2）;

[e]——導(dǎo)線允許電壓降，對(duì)工地臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)取5%。

代入公式為：

s=49.61×L÷（46.3×50）≤[e]=5%×380=19

計(jì)算得到保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最大供電距離L為1470m，本次要施工的穿河隧道長(zhǎng)3.4公里，即使采用雙向供電，單側(cè)供電距離為1.7公里，壓降過(guò)大，已無(wú)法保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)研究討論，經(jīng)過(guò)計(jì)算驗(yàn)證，確定在干燥的隧道管壁上加裝SJW-45KVA高精度全自動(dòng)交流穩(wěn)壓器。

根據(jù)穩(wěn)壓器外形尺寸，參考盾構(gòu)區(qū)間限界圖，利用特殊支架將其固定盾構(gòu)區(qū)間安裝疏散平臺(tái)側(cè)不影響軌道車運(yùn)行的位置。

4? 結(jié)論

本文結(jié)合石家莊地鐵1號(hào)線二期工程實(shí)際，在穿越滹沱河3.4km盾構(gòu)區(qū)間整體道床施工中，分別從優(yōu)化施工組織、測(cè)量靠前、縮短前期準(zhǔn)備時(shí)間，曲線軌排表編制采用任意縮短軌方案，改進(jìn)混凝土澆筑料斗，鋪軌設(shè)備長(zhǎng)距離供電等方面入手，使長(zhǎng)大區(qū)間整體道床施工效率提高了25%，加快了施工進(jìn)度，將不可能變?yōu)榭赡埽?jīng)過(guò)不懈努力，按期實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)大區(qū)間軌通節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，贏得了業(yè)主單位的贊揚(yáng)和肯定，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)大盾構(gòu)區(qū)間整體道床快速施工技術(shù)在同類工程中的突破，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：黃海斌（1987-），男，山西太原人，畢業(yè)于西南交通大學(xué)，研究方向?yàn)檐壍拦こ淌┕づc科研。