運營鐵路站內(nèi)密閉空間多臺盾構(gòu)機調(diào)頭技術(shù)研究

張亞勇 薛新枝 沈 宏

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司 江蘇蘇州 215000；2.蘇州工業(yè)園區(qū)市政服務(wù)集團有限公司 江蘇蘇州 215024）

1 工程概況

蘇州軌道交通4號線蘇錦村站－火車站站－北寺塔站區(qū)間全長2 167 m，其中火車站站長123 m，是軌道交通2、4號線的地下三層換乘車站，2007年上海鐵路局對蘇州火車站做綜合改造時同步施工并于2012年完工，本次實施的4號線部分位于地下三層。為了最大限度地減少施工對運營中的軌道交通2號線、滬寧鐵路和滬寧城際高鐵的影響，施工組織方案中確定采用兩臺盾構(gòu)分別從蘇錦村站、北寺塔站始發(fā)，到達火車站站后同時調(diào)頭再二次始發(fā)。

2 工籌調(diào)整方案

本工程盾構(gòu)機總長度約82 m，總重量約350 t，包括盾構(gòu)機主機和后配套設(shè)備兩大部分，主機與后配套設(shè)備由橋架連接。主機由刀盤、前盾、中盾、盾尾四部分組成，盾體最大直徑6 400 mm，刀盤直徑為6 410 mm，總長度約9.4 m，總重量約180 t；后配套設(shè)備總長度約72.6 m，總重量約170 t。

火車站站南北端頭井內(nèi)部凈距12.00 m，寬度約25.20 m，凈空高度8.00 m，下翻梁處凈空7.1 m，站長123 m，凈空滿足盾構(gòu)機調(diào)頭最小需求（6.6 m），但長度無法滿足兩臺盾構(gòu)機同時調(diào)頭需求（164 m），無法滿足原工籌計劃。受外部環(huán)境制約，蘇錦村站－火車站站－北寺塔站區(qū)間貫通是軌道交通4號線的控制性工程，也是4號線“洞通”的最后節(jié)點，而火車站密閉空間內(nèi)調(diào)頭更是施工的重難點，直接關(guān)系著整個4號線盾構(gòu)區(qū)間貫通及后續(xù)的鋪軌施工，影響到4號線的開通試運營。如分別實施調(diào)頭，則會對運營中的2號線、滬寧鐵路、滬寧城際高鐵影響期延長，同樣影響4號線的如期開通［1－4］。

為實現(xiàn)火車站站兩臺盾構(gòu)機及后配套設(shè)備同時調(diào)頭、同時始發(fā)，根據(jù)本標段三站兩區(qū)間自身特點，兩盾構(gòu)區(qū)間需左右線交叉施工，蘇－火區(qū)間從蘇錦村站南端頭始發(fā)，先掘進左線，火－北區(qū)間從北寺塔站北端頭始發(fā)先掘進右線，兩盾構(gòu)同時到達火車站站后，盾構(gòu)主機從左、右線分別調(diào)頭，在空間上滿足同時調(diào)頭、二次始發(fā)的需要。盾構(gòu)施工組織工籌見圖1。

圖1 盾構(gòu)施工組織工籌

3 盾構(gòu)機調(diào)頭方案

根據(jù)盾構(gòu)機主機及后配套的尺寸，結(jié)合設(shè)計圖紙和結(jié)構(gòu)施工測量結(jié)果，同時為了保證盾構(gòu)機組裝調(diào)試、始發(fā)節(jié)點工期，分別制定了兩個施工方案并從經(jīng)濟性、可操作性、工期等方面進行對比分析。

3.1 鑿除底板上翻梁，盾構(gòu)機及臺車站內(nèi)調(diào)頭（方案一）

（1）盾構(gòu)機和臺車分離，兩臺盾構(gòu)機進行調(diào)頭、平移施工。

（2）端頭井回填，臺車軌道延伸至車站軌行區(qū)，根據(jù)CAD模擬結(jié)果，鑿除火車站站內(nèi)原有上翻梁。

（3）端頭井中板引孔，南端頭鋪設(shè)道岔。

（4）在兩個管片車底盤焊接鋼架，通過高強螺栓與設(shè)備橋架連接，由電瓶車牽引至道岔處進行調(diào)頭操作。

（5）1號、2 號、3 號、4 號、5 號臺車組斷開后，電瓶車牽引至道岔處進行各節(jié)臺車調(diào)頭。

（6）火－北區(qū)間盾構(gòu)機臺車調(diào)頭完成后，利用中板引孔和倒鏈調(diào)整道岔方向，進行蘇－火區(qū)間臺車調(diào)頭。

3.2 盾構(gòu)機站內(nèi)調(diào)頭，將臺車運輸至始發(fā)站交叉轉(zhuǎn)場完成調(diào)頭（方案二）

（1）在管片車上，根據(jù)橋架尺寸焊接加固鋼架，將橋架固定在鋼架上使之與兩個管片車連接在一起。

（2）兩臺盾構(gòu)機和臺車分離，進行盾構(gòu)機調(diào)頭和臺車水平運輸準備。

（3）盾構(gòu)機在南北端頭同時進行調(diào)頭，同時電瓶車牽引臺車沿隧道水平運輸，火－北區(qū)間運輸至北寺塔站，蘇－火區(qū)間運輸至蘇錦村站。

（4）1～5號臺車在蘇錦村站、北寺塔站井內(nèi)分離，吊車吊出至地面進行左右線交叉轉(zhuǎn)場。

（5）將臺車吊入兩站端頭井內(nèi)進行組裝。

（6）電瓶車頭牽引蘇錦村站內(nèi)臺車沿蘇－火區(qū)間運輸至火車站站南端頭，電瓶車頭同時牽引北寺塔站內(nèi)臺車沿火－北區(qū)間運輸至火車站北端頭。

（7）臺車和已調(diào)頭完成的盾構(gòu)機連接后進行組裝、調(diào)試。

在深入研究的基礎(chǔ)上，從技術(shù)特點、經(jīng)濟合理性、工期以及對其他工序的影響四個方面對兩種方案進行分析對比，見表1。

表1 方案對比分析

綜合以上情況分析，盾構(gòu)機調(diào)頭采用方案二，見圖2。

圖2 盾構(gòu)調(diào)頭及臺車交叉轉(zhuǎn)場示意

4 盾構(gòu)主機調(diào)頭關(guān)鍵技術(shù)

火車站站南北端頭站內(nèi)調(diào)頭方法與工序相同，本文以火車站站南端頭盾構(gòu)調(diào)頭為例對施工過程進行敘述。盾構(gòu)機接收前，進行實地測量，將車站、盾構(gòu)機、基座、托架等按比例在CAD軟件中繪制成形，模擬封閉式車站盾構(gòu)調(diào)頭全部過程?；疖囌菊灸隙祟^盾構(gòu)調(diào)頭施工流程見圖3。

圖3 盾構(gòu)調(diào)頭施工工藝流程

4.1 盾構(gòu)機調(diào)頭施工準備

（1）端頭井地板鋪設(shè)20 mm厚砂漿找平。

（2）在砂漿上鋪設(shè)20 mm厚鋼板，鋼板之間采取焊接固定，焊縫進行打磨處理；每隔4 m用長200 mm、直徑20 mm的螺紋鋼植入底板，并與鋼板接縫進行焊接，防止鋼板產(chǎn)生水平位移。

（3）接收托架安裝時，底部焊接9 000×4 000×20 mm鋼板，鋼板與接收托架連接成一個整體；鋼板四周割出45°倒角并進行打磨處理，以減小盾構(gòu)機和托架、鋼板整體位移時的摩擦阻力。

（4）盾構(gòu)接收后，拆除盾構(gòu)機工作平臺與橋架間管路，工作平臺、橋架與盾構(gòu)主機分離；螺旋后閘門拆除，只留下螺旋前閘門，進行頂升油缸支腿焊接位置除銹作業(yè)。

（5）將接收架與盾構(gòu)機焊接成整體，同時焊接4個頂升油缸支腿。

（6）頂升盾構(gòu)機及接收架，使其升高50 mm，此時油缸行程240 mm（油頂受外力前油缸行程190 mm）；取出接收架下部170 mm支墩，將油缸行程縮回至0；盾構(gòu)機和托架同時下降，油缸行程縮至20 mm時，托架底部鋼板恰好與地面鋼板面接觸；油缸繼續(xù)縮回至0，盾構(gòu)機及托架與地面充分接觸。

4.2 盾構(gòu)機站內(nèi)調(diào)頭

盾構(gòu)機接收后，停在盾尾距離內(nèi)襯墻1 m的位置；采用2個100 t液壓油缸將盾構(gòu)機南移9.68 m，到達盾構(gòu)調(diào)頭指定位置；盾構(gòu)機繞軸順時針旋轉(zhuǎn)90°共計兩次，累積旋轉(zhuǎn)180°，完成盾構(gòu)調(diào)頭，見圖4～圖6。

圖4 盾構(gòu)機調(diào)頭示意

圖5 盾構(gòu)機平移現(xiàn)場

圖6 盾構(gòu)機調(diào)頭現(xiàn)場

盾構(gòu)機調(diào)頭完成后，向南平移1.32 m，再向西平移0.25 m，移至始發(fā)位置，軸線與隧道中心重合，刀盤距離洞門鋼環(huán)750 mm；千斤頂頂起盾構(gòu)機，油缸行程至240 mm，將17個170 mm高墊塊平行放到托架下部鋼板與底板的鋼板中間，保證盾構(gòu)始發(fā)軸線位置；油缸縮回，盾構(gòu)機和托架落在墊塊上；取出油缸后割除油缸支座，進行打磨處理，同時對始發(fā)托架進行加固處理，做好二次始發(fā)的準備［5－8］。

5 后配套臺車調(diào)頭關(guān)鍵技術(shù)

盾構(gòu)后配套臺車及橋架在封閉的蘇州火車站內(nèi)調(diào)頭較為困難，通過電瓶車將火車站站南北端頭盾構(gòu)后配套臺車分別依次拉至北寺塔站北端頭和蘇錦村站南端頭，采用汽車吊將后配套臺車依次進行調(diào)頭，電瓶車將連接后的臺車拉至火車站南北端頭。

（1）將管片車進行改裝，H250型鋼平行固定在管片車底盤上，形成一個平臺，根據(jù)橋架尺寸焊接加固鋼架，與管片車進行焊接，見圖7～圖8。

圖7 管片車改裝示意（單位：mm）

圖8 管片車焊接“井”字形支撐架

（2）后配套臺車運輸前拆除臺車間管路和線路及連接螺栓、銷子等，1號臺車與雙梁連接不用拆除，并將雙梁前方用焊有特殊架子的管片車支撐，保證雙梁的穩(wěn)定性。拆除管路的同時進行道岔鋪設(shè)。

（3）為防止臺車在運輸過程中由于偏心而產(chǎn)生傾覆，運輸臺車前，對臺車左右兩側(cè)進行配重處理。

（4）電瓶車將火車站站南北端頭盾構(gòu)后配套臺車分別依次運至北寺塔站北端頭和蘇錦村站南端頭。

（5）橋架和1號臺車從端頭井口吊出，旋轉(zhuǎn)180°完成調(diào)頭后吊入端頭井；將1號臺車與橋架連接，通過電瓶車牽引特制平臺的管片車，將橋架與1號臺車運送至已完成調(diào)頭的盾構(gòu)機位置，并與盾構(gòu)機進行連接。

（6）將兩號臺車吊出井口旋轉(zhuǎn)180°后用電瓶車牽引運送至1號臺車位置，并與其連接，3～5號臺車重復(fù)操作后完成后配套調(diào)頭［9－12］。

6 結(jié)論

本次運營鐵路站場下方密閉空間內(nèi)多臺盾構(gòu)同時調(diào)頭施工，通過前期方案制定、比選、優(yōu)化等措施，克服了封閉車站內(nèi)無預(yù)留孔、場地狹小給調(diào)頭施工帶來的種種困難；盾構(gòu)機的支撐設(shè)計順利解決了接收、平移、始發(fā)軸線的問題；臺車運輸后再調(diào)頭的施工方法，成功克服封閉車站內(nèi)臺車調(diào)頭施工工藝復(fù)雜、工期長、效率低、場地要求高的困難。該盾構(gòu)機調(diào)頭施工技術(shù)的特點是多臺盾構(gòu)機可同時調(diào)頭始發(fā)，且避免臺車在狹小空間內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)調(diào)頭，同時對車站內(nèi)主體結(jié)構(gòu)無特殊要求。