地鐵盾構(gòu)在掘進(jìn)隧道內(nèi)車架再安裝研究

董 賓（上海隧道工程有限公司，上海 200137）

南京市軌道交通 5 號(hào)線工程 TA 02 標(biāo)右線盾構(gòu)前莊站-科寧路站區(qū)間全程 1 856.2 m，采用 1 臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。每環(huán)管片分為 6 塊，3 塊標(biāo)準(zhǔn)管片，2 塊鄰接管片，一塊封頂管片，錯(cuò)縫拼接。最小轉(zhuǎn)彎Φ350 m，最淺頂覆土只有 9 m，最大坡度 2.89%。工程由于受到空間限制，盾構(gòu)機(jī)的車架處于暗埋段與車站的內(nèi)襯砌墻有干涉，隨對(duì)車架臨時(shí)做右側(cè)主結(jié)構(gòu)單邊縮進(jìn) 150 mm 的改制，主要通過(guò)對(duì)車架底部的車輪位置進(jìn)行移位，保持原有的車架軌道鋪設(shè)位置?？s進(jìn)右側(cè)單邊主結(jié)構(gòu)后，連接車架左右側(cè)主結(jié)構(gòu)的中間橫梁也需進(jìn)行新制。與此同時(shí)車架的工作走道在始發(fā)井內(nèi)也需拆除，等車架完全進(jìn)入隧道后逐一恢復(fù)。

隨著掘進(jìn)的深入，當(dāng)所有的車架全部通過(guò)暗埋段，車架通過(guò)內(nèi)襯砌墻進(jìn)入隧道后，須將車架內(nèi)開檔位置進(jìn)行復(fù)原，替換新制改短的車架連接橫梁，安裝上原始的連接梁。相應(yīng)地隨著車架的前行，原先設(shè)計(jì)的皮帶機(jī)出土口位置可以滿足土箱起吊井口位置后，也需要將皮帶機(jī)出土口框后移至 5 號(hào)車架，恢復(fù)原先的設(shè)計(jì)出土。

1 車架再安裝的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析

此次盾構(gòu)停推位置正處公路下方，覆土 25 m 左右，車架的恢復(fù)過(guò)程需要為期 7 d 左右的工期，在此期間后配套推進(jìn)系統(tǒng)將處于暫停狀態(tài)，其余系統(tǒng)均可隨時(shí)啟用與工作。

(1) 單側(cè)車架提升與平移時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。由于車架的再安裝必須滿足一個(gè)條件，既所有后配套車架完全要進(jìn)入隧道內(nèi)，按每節(jié)車架的設(shè)計(jì)單側(cè)自重為 130 kN。利用管片連接螺栓，前后 2 吊點(diǎn)作車架提升，但存在起吊高度空間上的限制，已經(jīng)不足以利用手拉葫蘆進(jìn)行垂直牽引，而最關(guān)鍵的是用管片螺栓作吊點(diǎn)已經(jīng)超出了螺栓本身的許用強(qiáng)度。

(2) 車架傾覆與皮帶機(jī)臨時(shí)固定的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于再更換車架中間連接梁的時(shí)候，再安裝過(guò)程中需要將車架頂升至所需高度，此時(shí)車架左右結(jié)構(gòu)處于離散狀態(tài)，自立性差，主結(jié)構(gòu)有傾覆風(fēng)險(xiǎn)。車架頂部的皮帶機(jī)因?yàn)槠浔旧斫Y(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法拆解，必須將皮帶機(jī)進(jìn)行原位懸掛固定，由于工作人員正處其下方，必須有足夠的安全系數(shù)。

(3) 車架的溜車風(fēng)險(xiǎn)。施工過(guò)程中，由于車架呈左右分開狀態(tài)，同時(shí)車架與車架之間部分呈脫離狀態(tài)，盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)有 2.95% 的下坡，后配套車架存在自行向前移動(dòng)趨勢(shì)，對(duì)工作面產(chǎn)生了潛在的安全隱患。

(4) 刀盤被困風(fēng)險(xiǎn)。在車架再安裝過(guò)程中，過(guò)長(zhǎng)的停機(jī)可能會(huì)造成切屑刀盤被困風(fēng)險(xiǎn)。

2 車架再安裝前采取的必要措施

2.1 刀盤正面土體的監(jiān)測(cè)

施工期間采取對(duì)地面的沉降監(jiān)測(cè)與盾構(gòu)正面土體保壓參數(shù)的監(jiān)測(cè)。盾構(gòu)設(shè)計(jì)之初在拼裝管片區(qū)域的電氣柜內(nèi)融合了刀盤正面土壓監(jiān)測(cè)畫面，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地看到正面土體壓力。結(jié)合地面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，必要時(shí)采取防沉降措施[1]。

2.2 防沉降的措施

由于后配套頂進(jìn)系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，一旦正面土體有失壓狀態(tài)，必須立即對(duì)開挖面進(jìn)行壓注膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土以懸乳液的形式在施工前補(bǔ)給至鵬潤(rùn)土箱，通過(guò)膨潤(rùn)土系統(tǒng)注入到開挖倉(cāng)，必要時(shí)可向盾殼外測(cè)注入[2]。

2.3 盾構(gòu)防后退措施

盾構(gòu)停推時(shí)，推進(jìn)油缸與控制閥組均有可能存在內(nèi)泄漏，造成推進(jìn)油缸回縮引起盾構(gòu)后退，而使開挖面土體松動(dòng)造成地表沉陷。

盾構(gòu)停推時(shí)記錄每個(gè)區(qū)域的推進(jìn)油缸行程，隨后制作相應(yīng)長(zhǎng)度的臨時(shí)支座，將其放置并固定在 4 個(gè)行程油缸區(qū)域位置。

2.4 準(zhǔn)備足夠數(shù)量和排量的抽水泵

一旦工作井內(nèi)出現(xiàn)積水不僅影響盾構(gòu)安裝，還危害施工人員和盾構(gòu)的安全，須及時(shí)采取有效的排水措施。

2.5 單側(cè)車架提升與平移

使用葫蘆作為車架提升的方式已經(jīng)存在諸多弊端，故提出改用在車架底部用型鋼作支撐，支撐同時(shí)制作支撐腿，支撐在管片上確保支點(diǎn)的受力均勻與足夠強(qiáng)度。液壓千斤頂作頂升裝置，油缸頂升行程 60 mm。由于液壓油缸在使用過(guò)程中完全靠油封來(lái)實(shí)現(xiàn)有桿腔與無(wú)桿腔的阻隔，存在一定的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，因此制作了 4 件等高塊，當(dāng)頂升至所需高度后將事先準(zhǔn)備的等高塊墊入兩型鋼的分界面，起保險(xiǎn)作用。使用管片螺栓作為葫蘆掛點(diǎn)，將左右車架進(jìn)行側(cè)向的穩(wěn)固牽引，同時(shí)檢查葫蘆掛鉤的完好性與自鎖情況。

皮帶機(jī)將用葫蘆 4 吊點(diǎn)起高，采取在車架前后皮帶機(jī)下方鋪設(shè) 2 根方管作安全保護(hù)（圖1）。

圖1 車架頂升示意圖

2.6 車架防溜、平移措施

考慮到車架在安裝過(guò)程中有自行向前移動(dòng)趨勢(shì)，采取對(duì)每節(jié)車架 4 個(gè)輪子用鐵質(zhì)契形塊進(jìn)行防溜控制措施。

完成了上述提升與穩(wěn)固工作后進(jìn)行右側(cè)車架的平移工作，平移時(shí)采用螺旋油缸作緩慢的移動(dòng)（圖2），直至車架下部?jī)?nèi)開檔達(dá)到 1 850 mm。

其次更換車架中間大梁，由 1 800 mm 替換 1 650 mm的連接梁，采用逐一替換法，以保證管片螺栓及葫蘆出現(xiàn)意外的情況下，仍有部分大梁做內(nèi)支撐保護(hù)。

圖2 車架的平移示意圖

2.7 防止刀盤被困措施

由于盾構(gòu)機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間不掘進(jìn)，正面刀盤較長(zhǎng)時(shí)間不轉(zhuǎn)動(dòng)，刀盤有被困危險(xiǎn)。因此需要計(jì)劃在施工至整個(gè)工期一半進(jìn)度時(shí)，合理地短時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，同時(shí)又要保證最小土體擾動(dòng)。

3 車架再安裝具體步驟

前期準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行具體實(shí)施。按先后順序內(nèi)容分為 5 個(gè)階段。

(1) 移除單梁。將單梁結(jié)構(gòu)整體從 1 號(hào)車架頂部拆下，方便車架連接梁的更換工作，因?yàn)閱瘟旱墓潭ò惭b位置在梁的中間位置，隨后利用電機(jī)車將單梁運(yùn)出隧道。

(2) 斷開皮帶機(jī)、雙梁、牽引梁。斷開皮帶機(jī)斜段與一號(hào)車架處的連接銷，利用管片螺栓孔將皮帶機(jī)斜段吊起固定。拆除雙梁后端，臨時(shí)存儲(chǔ)在隧道內(nèi)。將牽引梁與車架連接側(cè)的連接銷拆除，同時(shí)借用管片吊裝孔用 3 t 葫蘆將牽引梁吊起固定。

(3) 恢復(fù)車輪組。首先將本節(jié)車架的皮帶機(jī)用 4 吊點(diǎn)的方法，用 4 只手拉葫蘆利用管片螺栓作吊點(diǎn)，將皮帶機(jī)完全吊起，每節(jié)皮帶機(jī)總重量設(shè)計(jì)在 1.8 t 左右，使頂部梁拆除工作不與其發(fā)生干涉，利用先前的垂直頂升方案進(jìn)行右側(cè)車架的施工作業(yè)。待其各工裝均到位、保險(xiǎn)措施完善后，斷開車架頂部連接梁右側(cè)的連接螺栓，車架呈左右兩半分開狀態(tài)，檢查分開后單側(cè)車架的穩(wěn)定性、頂部葫蘆鏈條的張緊力，在確認(rèn)無(wú)明顯移位后提升車架（伴隨頂部葫蘆的同步張緊）致車輪組脫離軌道面后，將原右側(cè)的兩對(duì)車輪組拆除。最后用螺旋千斤頂將右側(cè)單片車架向外平移（150 mm），使得車輪組能順利安裝。在整個(gè)過(guò)程中派專職人員看護(hù)頂部葫蘆受力情況與液壓千斤頂?shù)男谐套兓?，做到?shí)時(shí)監(jiān)控，提早做出預(yù)判。

(4) 更換頂部梁。待車輪組恢復(fù)后，利用支撐油缸將車架整體緩慢下落，降落過(guò)程中不得使頂部的葫蘆受主力，車輪組完全坐落與車輪軌道后，拆除車架頂升工裝，保留頂部5 t 葫蘆的牽引防傾覆措施。

(5) 恢復(fù)單梁、牽引梁、雙梁、皮帶機(jī)。其余結(jié)構(gòu)件在所有車架復(fù)原后按照后拆先恢復(fù)的原則進(jìn)行施工 （圖3）。

圖3 車架再安裝完成

4 結(jié) 語(yǔ)

此次南京地鐵盾構(gòu)軟土層中隧道內(nèi)對(duì)車架再安裝的改動(dòng)，滿足了工期的要求，期間能夠按照既定的方案有效地一步步落實(shí)。結(jié)合以上的施工控制措施，現(xiàn)場(chǎng)施工成效顯著，并且得出較為合理可靠的設(shè)備拆卸和再安裝作業(yè)方案，較大程度地避免了各類可能發(fā)生的事故。此次的隧道內(nèi)對(duì)車架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的更換安裝成功實(shí)施，也屬第一次，為以后類似的工程情況提供了借鑒與參考。