基于盾構(gòu)解體平移接收的暗挖車站方案研究

韓 聰 聰

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100034)

隨著城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)技術(shù)在地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)軌道交通建設(shè)中不可避免地穿越都市繁華地段，造成盾構(gòu)接收端的選址困難，易出現(xiàn)因接收端不具備接收條件或接收條件受限而無法正常接收[1，2]。針對(duì)無法正常接收，主要有以下幾種方案：

1)在接收端結(jié)合車站風(fēng)道進(jìn)行接收；2)在接收端附近區(qū)間一側(cè)設(shè)置豎井橫通道進(jìn)行解體平移接收；3)無法設(shè)置地面接收井時(shí)，采取洞內(nèi)解體并通過始發(fā)井吊出。寇鼎濤等[3]針對(duì)地面無法設(shè)置接收井，研究了在狹小暗挖空間內(nèi)解體并通過始發(fā)井吊出的方案。李海等[4]研究了一套包括刀盤、前盾、中盾、盾尾在內(nèi)的盾構(gòu)主機(jī)分割解體方案，有效地解決了盾構(gòu)主機(jī)無法通過隧道內(nèi)運(yùn)輸?shù)碾y題。仝海龍[5]通過在正線一側(cè)設(shè)置豎井及橫通道，完成盾構(gòu)的始發(fā)、接收。

針對(duì)特殊接收方式，設(shè)計(jì)往往缺乏經(jīng)驗(yàn)，易造成設(shè)計(jì)方案的可實(shí)施性差或無法滿足盾構(gòu)接收條件，引起工程變更。本文主要針對(duì)PBA暗挖車站接收條件受限時(shí)，利用車站風(fēng)道進(jìn)行盾構(gòu)接收，通過對(duì)車站接收端凈空尺寸、預(yù)留預(yù)埋等方案的研究以滿足盾構(gòu)解體、平移接收。

1 工程概況

石家莊地鐵2號(hào)線一期工程長(zhǎng)安公園站—藍(lán)天圣木站區(qū)間沿建設(shè)大街敷設(shè)，區(qū)間下穿建和橋，并進(jìn)行兩處橋樁托換，受工期和整體環(huán)境條件影響，區(qū)間從藍(lán)天圣木站始發(fā)，在長(zhǎng)安公園站接收，車站采用PBA暗挖施工，故盾構(gòu)接收需

在狹小封閉空間內(nèi)解體并利用車站2號(hào)風(fēng)道平移吊出。

車站接收周邊現(xiàn)場(chǎng)條件平面圖見圖1。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 盾構(gòu)機(jī)參數(shù)

本工程采用中鐵裝備生產(chǎn)制造的EPB土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾體直徑為6.4 m，刀盤直徑為6.41 m，刀盤至螺旋機(jī)端頭長(zhǎng)度為12.8 m，刀盤至盾尾的長(zhǎng)度為9.6 m，具體參數(shù)見表1。

表1 盾構(gòu)機(jī)參數(shù)表

2.2 車站端頭方案設(shè)計(jì)

根據(jù)車站端頭周邊環(huán)境條件，車站2號(hào)風(fēng)道處具備設(shè)置臨時(shí)吊出井的條件，故本方案優(yōu)先考慮盾構(gòu)解體平移吊出，相比于盾構(gòu)洞內(nèi)解體由始發(fā)井吊出經(jīng)濟(jì)效益明顯，且對(duì)盾構(gòu)機(jī)重復(fù)利用率高。

為確保盾構(gòu)機(jī)順利接受并確保滿足盾構(gòu)解體及平移空間，主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行空間設(shè)計(jì)：

1)車站下沉段柱跨要求；2)底板下沉段長(zhǎng)度；3)盾構(gòu)機(jī)平移通道凈高；4)車站中板預(yù)埋吊鉤要求；5)盾構(gòu)吊出井尺寸。

2.2.1 車站柱跨

確定柱跨之前，需明確盾構(gòu)機(jī)在哪一跨進(jìn)行平移，該處也存在爭(zhēng)議，主要存在兩種思路：一種是在縱向第一跨進(jìn)行平移，另一種是在縱向第二跨進(jìn)行平移。本工程選擇在車站端頭縱向第一跨進(jìn)行平移，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：可減少盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)體次數(shù)，并符合盾構(gòu)機(jī)拆機(jī)及平移順序(先盾尾、其次中盾、最后前盾+刀盤)。

考慮暗挖車站柱跨不宜過大，故要求盾構(gòu)機(jī)拆解為三部分(前盾+刀盤、中盾、盾尾)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合盾構(gòu)機(jī)各部件尺寸并考慮施工誤差及操作空間，即刀盤尺寸+施工誤差及操作空間(6 410 mm+1 000 mm)，即柱跨凈距按7.5 m考慮即可。對(duì)于暗挖站應(yīng)注意底縱梁處的法蘭盤的影響。具體設(shè)計(jì)見圖2。

2.2.2 底板下沉

底板下沉深度和常規(guī)盾構(gòu)接收保持一致，下沉深度按1 440 mm即可，關(guān)于下沉段長(zhǎng)度，需考慮盾構(gòu)機(jī)主體和螺旋機(jī)長(zhǎng)度(本工程施工盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度12.8 m)，狹小空間內(nèi)將螺旋機(jī)和盾構(gòu)機(jī)主體拆離比較困難，并考慮盾構(gòu)機(jī)解體及轉(zhuǎn)體的空間，下沉段長(zhǎng)度按13.5 m～15 m考慮。本工程下沉段長(zhǎng)度為15 m，不同工程需考慮車站整體柱跨布置，并結(jié)合盾構(gòu)機(jī)尺寸及施工隊(duì)伍的專業(yè)能力等綜合確定，具體設(shè)計(jì)見圖3。

2.2.3 盾構(gòu)機(jī)平移通道凈高

盾構(gòu)機(jī)下沉段底板至中板凈高一般為6 190 mm+1 440 mm，滿足盾構(gòu)機(jī)解體的空間高度要求，主要控制點(diǎn)為車站縱梁位置，底縱梁一般完全下返，中縱梁需要控制下返高度，以滿足盾構(gòu)機(jī)通過對(duì)凈空高度的要求。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)最大直徑(刀盤位置)6 410 mm，并考慮施工誤差、操作空間等約150 mm～300 mm，故盾構(gòu)機(jī)中心距離中縱梁下皮高度按3 355 mm～3 505 mm考慮。本工程盾構(gòu)機(jī)中心距離中縱梁下皮高度為3 370 mm，即中縱梁下返400 mm。風(fēng)道部分考慮地上1層通風(fēng)面積不夠，中板向下折板，風(fēng)道中板下皮距離盾構(gòu)機(jī)中心線高度為3 370 mm，具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.2.4 車站中板預(yù)埋吊鉤要求及盾構(gòu)吊出井尺寸

由于在狹小空間內(nèi)解體盾構(gòu)機(jī)，需要在中板上方設(shè)置一定數(shù)量的吊鉤。根據(jù)施工單位提供需求，主要設(shè)置原則：在盾構(gòu)機(jī)中心線和中心線兩側(cè)各1.6 m位置設(shè)置散排吊鉤，吊鉤間距在1 m～1.5 m范圍內(nèi)。吊鉤采用兩根直徑32的Q235B型光圓鋼筋，每個(gè)吊鉤承受16 t，起吊時(shí)要求2個(gè)～4個(gè)吊鉤同時(shí)起吊受力，以確保單個(gè)吊點(diǎn)不超過最大承受力。具體吊鉤布置見圖2。

盾構(gòu)吊出孔尺寸根據(jù)單個(gè)吊出部分的最大尺寸考慮，即刀盤+前盾(6 410 mm×3 850 mm)，吊出過程中需考慮施工空間及誤差約500 mm，故盾構(gòu)吊出孔尺寸最小約(6 410+1 000)mm×(3 850+1 000)mm。本工程盾構(gòu)吊出孔尺寸為7.5 m×5 m。另外，盾構(gòu)吊出孔長(zhǎng)邊盡量垂直于線路方向設(shè)置，以減少盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)體次數(shù)。

3 施工單位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

3.1 施工技術(shù)總體方案

盾構(gòu)隧道貫通前，在接收井內(nèi)鋪設(shè)鋼板、鋼軌和接收托架。隧道貫通后，盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)至接收托架上，待盾構(gòu)機(jī)推上接收托架，洞內(nèi)拆除螺旋輸送機(jī)和管片安裝機(jī)及軌道梁后，把主機(jī)拆分為刀盤和前體、中體、盾尾三部分。隨后將盾體部分推至前端并且將接收架切割為三部分，隨后將主機(jī)部件和接收架進(jìn)行加固固定，并向吊出井方向進(jìn)行平移。待空間適宜后在千斤頂?shù)捻斖葡?，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)90°，隨后重新向吊出井方向進(jìn)行平移到達(dá)吊出井。主體按盾尾、中盾、前盾和刀盤的順序依次平移吊出。

3.2 接收井平移方案

1)采用C30混凝土將場(chǎng)地找平，然后鋪設(shè)通長(zhǎng)鋼軌，軌間距0.5 m，鋼軌鋪設(shè)方向與區(qū)間線路方向垂直，鋼軌橫向設(shè)置限位鋼筋，縱向鋼軌間設(shè)置對(duì)拉桿；在鋼軌上鋪設(shè)30 mm厚鋼板，將鋼板與接收架焊接牢固，如圖4，圖5所示。

2)在盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)平移過程中，為防止發(fā)生傾覆翻轉(zhuǎn)采取以下兩個(gè)措施：a.在盾構(gòu)機(jī)兩側(cè)將盾體和接收架焊死；b.在盾體外殼焊接限位鋼板20 mm×100 mm×200 mm，每側(cè)焊6個(gè)，分別焊于前盾、中盾、盾尾各2個(gè)，焊縫要求滿焊，見圖6。

3)在平移階段，通過水平千斤頂，使油缸撐靴頂緊接收架上的推進(jìn)擋板，使得接收架底部鋼板與托架沿著鋼軌向前滑動(dòng)，見圖7。

4 結(jié)論

通過對(duì)在暗挖車站內(nèi)盾構(gòu)解體平移接收的方案研究，總結(jié)出一套適用于類似工程的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)類似工程方案設(shè)計(jì)及施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，避免后續(xù)出現(xiàn)設(shè)計(jì)方案不具備可實(shí)施性或不能達(dá)到盾構(gòu)解體平移接收的要求。

1)盾構(gòu)平移推進(jìn)在車站縱向第一跨通過，柱跨凈距最小約7.5 m。

2)盾構(gòu)端頭井下沉深度為1 440 mm，下沉段縱向長(zhǎng)度取13.5 m～15 m，具體根據(jù)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度和車站整體方案確定。

3)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)最大直徑(刀盤位置)，并考慮施工誤差、操作空間等約150 mm～300 mm，以確定盾構(gòu)機(jī)的通過凈高需求。

4)在中板預(yù)埋吊鉤，并根據(jù)具體方案，建議在盾構(gòu)機(jī)中心線兩側(cè)中板位置各開一個(gè)900 mm×3 000 mm的臨時(shí)孔洞，作為盾構(gòu)解體的操作空間。

5)吊出過程中需考慮施工空間及誤差約500 mm，故本工程盾構(gòu)吊出孔最小約(6 410+1 000)mm×(3 850+1 000)mm；另外，盾構(gòu)吊出孔長(zhǎng)邊盡量垂直于線路方向設(shè)置，以減少盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)體次數(shù)。