淺談地鐵盾構(gòu)空推通過暗挖隧道施工方法

康前進(jìn)

摘要：以西安地鐵某標(biāo)段盾構(gòu)空推過地裂縫暗挖隧道為例，采用先施做弧形混凝土導(dǎo)臺，后利用自制的新型反力裝置使盾構(gòu)機(jī)整機(jī)通過暗挖隧道，并在暗挖隧道內(nèi)進(jìn)行二次始發(fā)。重點(diǎn)介紹空推方案比選、自制反力裝置、盾構(gòu)機(jī)空推步進(jìn)、二次始發(fā)等施工技術(shù)及控制要點(diǎn)，以期為類似工程提供借鑒和指導(dǎo)作用。

Abstract： Taking a shield tunneling through ground fissures in a bid section of Xi'an Metro as an example， the arc-shaped concrete guide platform is constructed first， and then the self-made new reaction device is used to make the whole shield machine pass through the undercutting tunnel， and the secondary launching is carried out in the undercutting tunnel. This paper focuses on the comparison and selection of empty push scheme， self-made reaction device， empty push step of shield machine， secondary launching and other construction technologies and control points， so as to provide reference and guidance for similar projects.

關(guān)鍵詞：暗挖隧道;盾構(gòu)空推;反力裝置;空推步進(jìn);二次始發(fā)

Key words： undercutting tunnel;shield empty push;reaction force device;empty push step;secondary launch

中圖分類號：U231.3;U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0141-02

0? 引言

近年來，依托大規(guī)模的軌道工程建設(shè)，我國的盾構(gòu)法隧道施工工藝有了很大的提升，在某些地區(qū)因地質(zhì)差異較大、施工條件有限等，須采用多種工法組合施工，因此盾構(gòu)空推工法得到越來越多的應(yīng)用。而如何安全、快速、高效、優(yōu)質(zhì)的空推過暗挖隧道，并進(jìn)行二次始發(fā)，顯得尤其重要。

1? 工程概況

西安地鐵某標(biāo)段上行線和下行線長度分別為888.961m、923.127m，由于F4地裂縫穿越本區(qū)間盾構(gòu)線路，故設(shè)計在地裂縫段采用淺埋暗挖法施工，暗挖隧道為直徑7.6m的圓形斷面，長度為186m，且處于小半徑350m的曲線上。與常見的盾構(gòu)拼裝管片同時在背后噴填豆礫石+注漿填充的施工工藝不同的是，此工程在地裂縫段設(shè)置有特殊變形縫，盾構(gòu)機(jī)需在暗挖隧道二襯施工全部完成后空推通過，然后在暗挖隧道內(nèi)進(jìn)行二次始發(fā)。

根據(jù)水文地質(zhì)情況，本標(biāo)段選用中鐵裝備兩臺土壓平衡盾構(gòu)機(jī)分別進(jìn)行上行線和下行線的施工任務(wù)，兩臺盾構(gòu)機(jī)為兄弟機(jī)型，設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)基本一致，該機(jī)刀盤直徑為6.28m、主機(jī)（含刀盤）長為10.2m、后配套臺車（含連接橋架）總長為72m。

2? 方案比選

本工程施工前應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個方面：①盾構(gòu)接收、空推、二次始發(fā)時姿態(tài)難以控制;②暗挖隧道內(nèi)空間較為狹小，施工作業(yè)面小;③盾構(gòu)空推步進(jìn)的線路處于轉(zhuǎn)彎半徑為350m的曲線段;④工期較緊，所以在保證盾構(gòu)機(jī)安全、快速、平穩(wěn)通過的同時，應(yīng)加快施工進(jìn)度并盡量節(jié)約施工成本;⑤盾構(gòu)機(jī)二次始發(fā)時，應(yīng)特別注意反力裝置的安全性及穩(wěn)定性。

根據(jù)本工程特點(diǎn)，通過查閱相關(guān)資料，并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，提出了三個實(shí)施方案進(jìn)行比選。（表1）

方案一：盾構(gòu)機(jī)空推速度快，耗時短。但是由于暗挖隧道距離過長，如全部采用管片拼裝造價過高，后期盾構(gòu)掘進(jìn)完成需要將管片拆除，又會增加施工成本，且會對整體工期造成影響。

方案二：需頻繁焊接牛腿，耗時較長，且對焊接質(zhì)量要求特別高，施工難度大，工期長，操作要求高。

方案三：對操作要求低，耗時短，施工速度快。盾構(gòu)主機(jī)和后配套臺車不需要斷開連接，對后續(xù)施工基本沒有影響，能很好實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

通過對三種方案的對比分析，綜合考慮施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面，最終選擇方案三作為本工程盾構(gòu)空推的最終實(shí)施方案。

3? 方案實(shí)施

3.1 施工流程

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際情況及以往施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過以上三種方案比選，最終本工程采用方案三：盾構(gòu)機(jī)千斤頂自身推力結(jié)合自制夾軌器裝置提供反力的方法進(jìn)行空推。此方法的核心是利用自制工字鋼裝置與盾構(gòu)機(jī)下部千斤頂固定以延長千斤頂?shù)膫髁β窂?，利用自制夾軌器與軌道固定為反力支撐，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在混凝土導(dǎo)臺上空推步進(jìn)，具體施工工藝順序如圖1所示。

3.2 施工方案

3.2.1 盾構(gòu)機(jī)接收

盾構(gòu)機(jī)接收施工是從盾構(gòu)機(jī)到達(dá)暗挖隧道接收井前50環(huán)到盾構(gòu)主機(jī)被完全推上接收基座的整個施工過程。此階段施工，應(yīng)提前對接收洞門中心位置及標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，提前調(diào)整好掘進(jìn)姿態(tài)，同時在暗挖段內(nèi)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)接收及空推路徑施做鋼筋混凝土導(dǎo)臺（同時兼作盾構(gòu)接收及二次始發(fā)基座），為盾構(gòu)機(jī)的接收、空推、二次始發(fā)提供精確導(dǎo)向。導(dǎo)臺采用C30混凝土整體澆筑，兩側(cè)設(shè)置雙排43軌作為盾構(gòu)機(jī)軌道，軌道與導(dǎo)臺上的預(yù)埋鋼板通縫滿焊，鋼筋混凝土導(dǎo)臺的中心線與隧道中心線重合，導(dǎo)臺兩側(cè)對稱于隧道中心線。

3.2.2 盾構(gòu)機(jī)空推通過暗挖隧道

①工字鋼裝置設(shè)計及安裝。因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)千斤頂行程有限，不能直接接觸到后方軌道及夾軌器，所以設(shè)計此裝置目的歸根到底就是將千斤頂延長至后方夾軌器處，具體做法是首先拆除盾構(gòu)機(jī)下部的6#、7#和9#、10#兩組千斤頂上面的頂靴，然后將加工好的2個靴撐（1630mm*150mm）分別與兩組千斤頂焊接，再用工字鋼與自制的靴撐焊接，使之成為一個整體裝置，其長度設(shè)計為3.6m，如圖2所示。

②夾軌器設(shè)計及安裝。根據(jù)施工現(xiàn)場盾構(gòu)機(jī)軌道實(shí)測值，制作長810mm、寬260mm的夾軌器，夾軌器中間留置5個直徑為27mm的螺絲孔，用來下穿螺絲與軌道進(jìn)行連接固定，兩側(cè)各焊接4道肋板。夾軌器下部兩側(cè)緊貼導(dǎo)臺上表面，下部軌道凹處焊接2道壓板，在夾軌器上部放置長810mm的軌道，在軌道兩側(cè)填塞長810mm的壓板，用來填充空隙，使軌道與夾軌器可以緊密接觸，為盾構(gòu)機(jī)空推步進(jìn)提供反力，如圖3所示。

③盾構(gòu)機(jī)空推。為了減少阻力，提前在軌道上涂抹潤滑黃油，為了防止盾構(gòu)機(jī)在空推過程中出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或者脫軌等情況，提前在盾體兩側(cè)用鋼板焊接防扭裝置，然后通過伸長6#7#、9#10#兩組千斤頂使工字鋼裝置頂至夾軌器上，使盾構(gòu)機(jī)整體前移;為了提高施工效率，當(dāng)千斤頂伸長至2m時回收，分別在夾軌器與工字鋼裝置中間放置1.5m的工字鋼用來增加步距，再次使得千斤頂伸長至2m后回收，進(jìn)而提高空推速度;每步距可完成3.5m，用時20min。

④后配套臺車通過。后配套臺車與盾構(gòu)主機(jī)機(jī)整體通過，不需要斷開，在盾構(gòu)主機(jī)空推步進(jìn)過程中，根據(jù)臺車輪子的平面位置和高程設(shè)置相應(yīng)的軌枕及軌道通過即可。

3.2.3 二次始發(fā)

暗挖隧道內(nèi)空間狹小，不能夠采用常規(guī)車站內(nèi)始發(fā)的反力架，故根據(jù)此工程特點(diǎn)，二次始發(fā)反力系統(tǒng)設(shè)計為反力鋼環(huán)+H型鋼。具體施工方法為暗挖隧道二襯施工階段提前在二襯上沿環(huán)向及底部布置兩道預(yù)埋鋼板，在盾構(gòu)通過前，提前將始發(fā)準(zhǔn)備所需反力鋼環(huán)、焊機(jī)等設(shè)備材料運(yùn)送至二次始發(fā)段，然后將H型鋼分別與暗挖隧道預(yù)埋件及反力鋼環(huán)焊接，從而組成暗挖隧道內(nèi)二次始發(fā)反力系統(tǒng)。

4? 施工效果評價總結(jié)

暗挖隧道總長度為186m，減去接收和二次始發(fā)段的距離后，實(shí)際空推距離約為150m，空推施工實(shí)際用時3天（每天兩個工作班組連續(xù)作業(yè)），平均每天完成空推50m，施工效率較高，且每班只需要4個普工配合即可完成。

利用盾構(gòu)機(jī)自身推力+自制夾軌器裝置的方法，進(jìn)行盾構(gòu)空推通過暗挖隧道施工在技術(shù)可行性、操作難易程度、經(jīng)濟(jì)合理性等方面更具有優(yōu)勢，是目前盾構(gòu)機(jī)空推通過長距離且狹小空間暗挖隧道的一種較為理想的方式。本文以實(shí)際工程施工中的成功案例，通過對盾構(gòu)機(jī)在暗挖隧道內(nèi)接收、空推、反力裝置及二次始發(fā)等方面的介紹，希望可以為今后相似工程施工提供借鑒。

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