站內(nèi)解體過(guò)站盾構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)研究

閆永陣，石小偉

(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016)

隨著城市的不斷發(fā)展，以盾構(gòu)技術(shù)為支撐的地鐵隧道施工工程已經(jīng)成為解決城市化所帶來(lái)的一系列交通問(wèn)題的主要途徑[1]。盾構(gòu)施工在已有地面建筑的特殊站點(diǎn)，會(huì)存在盾構(gòu)無(wú)法正常始發(fā)或接收的情況。為解決上述問(wèn)題，在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)通常采用“分體始發(fā)”；在接收時(shí)則采用“洞內(nèi)拆機(jī)平移接收”。盾構(gòu)的“分體始發(fā)”技術(shù)劉海峰等[2]和杜金峰[3]做過(guò)詳細(xì)的研究，盾構(gòu)的“洞內(nèi)平移接收”技術(shù)崔青玉等[4]和黃云生[5]做過(guò)詳細(xì)的研究，現(xiàn)在已經(jīng)是成熟的技術(shù)方案。

越來(lái)越多的盾構(gòu)接收時(shí)不具備車站整機(jī)接收條件，所有盾構(gòu)部件必須在洞內(nèi)完成拆解和隧道內(nèi)回撤運(yùn)輸。結(jié)合盾構(gòu)自身特點(diǎn)和到達(dá)位置的空間條件，通過(guò)制定合理的盾構(gòu)洞內(nèi)拆機(jī)方法，可以有效提高洞內(nèi)拆機(jī)效率，減小盾構(gòu)后期恢復(fù)的成本[6～7]。接收車站封閉條件下盾構(gòu)拆機(jī)解體技術(shù)李海等[8]做過(guò)詳細(xì)的研究，現(xiàn)洞內(nèi)拆機(jī)技術(shù)已有成熟的技術(shù)方案。但在工期緊且需穿越位于正常運(yùn)行高鐵站下方的封閉接收車站后再始發(fā)的研究尚無(wú)成熟的案例，封閉接收車站和上方運(yùn)行的地鐵線路的空間限制對(duì)盾構(gòu)的解體過(guò)站帶來(lái)了一系列技術(shù)難題。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究封閉車站接收站內(nèi)解體過(guò)站盾構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用技術(shù)，以期增加技術(shù)儲(chǔ)備，為以后類似的盾構(gòu)施工項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

1 項(xiàng)目概況

寧波市軌道交通4 號(hào)線柳西站-寧波火車站-興寧橋西站區(qū)間隧道，縱坡為“V”形坡，最大縱坡為28.3‰，隧道埋深為13.8～27.6m，上行線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約2 054m，下行線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約2 028m，整個(gè)線路最小平面曲線半徑為369m，盾構(gòu)區(qū)間管片外徑為6.2m。該項(xiàng)目采用的兩臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：開(kāi)挖直徑為6 350mm，盾體采用通徑設(shè)計(jì)，均為6 340mm，鉸接形式為主動(dòng)鉸接，允許平面最小曲線半徑250m，允許最大隧道縱向坡度為50‰。

2 施工方案確定

該項(xiàng)目的施工難點(diǎn)在于位于寧波高鐵站下方，上方還有已運(yùn)行的軌道交通2 號(hào)線橫穿，且其主體結(jié)構(gòu)已完成封頂，不具備盾構(gòu)吊出條件。由于寧波火車站接收端不具備吊出盾構(gòu)的施工條件，項(xiàng)目原計(jì)劃兩臺(tái)盾構(gòu)完成柳西站至寧波火車站掘進(jìn)后，在寧波火車站站內(nèi)完成盾構(gòu)的解體，經(jīng)隧道將解體的盾構(gòu)回撤至柳西站始發(fā)井口吊出，之后將兩臺(tái)盾構(gòu)運(yùn)輸至興寧橋西站，盾構(gòu)在興寧橋西站恢復(fù)后完成興寧橋西站至寧波火車站的掘進(jìn)，在寧波火車站站內(nèi)完成兩臺(tái)盾構(gòu)的再次解體，最后將解體的盾構(gòu)回撤至興寧橋西站始發(fā)井口吊出。

原方案需要在寧波火車站站內(nèi)完成兩次盾構(gòu)解體、兩次盾構(gòu)解體運(yùn)輸、兩次始發(fā)井盾構(gòu)吊入和吊出和一次兩個(gè)站點(diǎn)之間的盾構(gòu)運(yùn)輸。為縮短施工工期，降低施工成本，施工方結(jié)合專家組與盾構(gòu)生產(chǎn)廠家建議，創(chuàng)新式地提出了站內(nèi)解體過(guò)站的施工方案，即2 臺(tái)盾構(gòu)完成柳西站-寧波火車站掘進(jìn)后，在寧波火車站站內(nèi)完成盾構(gòu)的解體過(guò)站，完成寧波火車站-興寧橋西站的掘進(jìn)后吊出。兩種方案的優(yōu)劣對(duì)比如表1 所示。

表1 兩種施工方案對(duì)比

由表1 可知，現(xiàn)方案較原方案省了1 次洞內(nèi)解體、2 次隧道內(nèi)解體運(yùn)輸、1 次始發(fā)站吊入吊出和1 次站與站間運(yùn)輸次數(shù)，僅增加了1 次洞內(nèi)過(guò)站?，F(xiàn)方案比原方案能有效地縮短施工周期，減少施工成本。

3 邊界條件分析

盾構(gòu)過(guò)站技術(shù)汪定國(guó)[7]做過(guò)詳細(xì)的研究，常規(guī)施工項(xiàng)目的盾構(gòu)過(guò)站方案已有成熟的技術(shù)方案。由于既有車站主體結(jié)構(gòu)尺寸的不同，其文中所提的過(guò)站技術(shù)不能有效解決本項(xiàng)目所遇到的難題。為制定針對(duì)性的盾構(gòu)設(shè)計(jì)和站內(nèi)解體過(guò)站工藝流程，對(duì)封閉車站邊界條件的測(cè)量與分析必不可少。根據(jù)實(shí)地測(cè)量的寧波火車站主體結(jié)構(gòu)的尺寸分析發(fā)現(xiàn)，在其站內(nèi)實(shí)現(xiàn)解體過(guò)站需要解決以下問(wèn)題。

1）站內(nèi)線路上有一段風(fēng)道墻，如圖1 所示。施工線路上頂板距底板的高度僅有6 200mm，小于刀盤和盾體的直徑。因此，盾構(gòu)在過(guò)站時(shí)需對(duì)刀盤進(jìn)行局部切割后平移過(guò)站；盾殼需考慮分塊設(shè)計(jì)，拆完盾殼頂塊后進(jìn)行平移過(guò)站。

圖1 施工線路上橫向最小截面圖

2）線路中心距標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻僅2 100mm，無(wú)法滿足后配套過(guò)站的要求。因此，需對(duì)過(guò)站存在干涉的后配套結(jié)構(gòu)進(jìn)行可拆卸式設(shè)計(jì)，以滿足盾構(gòu)再次始發(fā)時(shí)機(jī)、電、液等部件的正常工作。

3）接收井底板與標(biāo)準(zhǔn)段底板存在1m 的高度差，過(guò)站時(shí)需抬高和降低主機(jī)，需特制升降工裝，保證各其安全起升和下降。

4 盾構(gòu)針對(duì)性設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目盾構(gòu)能實(shí)現(xiàn)站內(nèi)解體過(guò)站的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)刀盤、盾體的過(guò)站和滿足后配套結(jié)構(gòu)能正常通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻。接收車站封閉條件下刀盤的解體與恢復(fù)技術(shù)李海等[8]做過(guò)詳細(xì)的研究，本文不再詳述，施工現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)刀盤進(jìn)行適當(dāng)分割與恢復(fù)，保證刀盤能順利過(guò)站即可。但是文章所述的盾體需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)氣刨解體，這種方案不僅需要大量人力，而且盾體恢復(fù)的質(zhì)量難以保障。本文創(chuàng)新性地提出盾體采用分塊設(shè)計(jì)，各分塊盾體采用螺栓連接，可以實(shí)現(xiàn)盾體高效、安全的解體過(guò)站和恢復(fù)。

4.1 前盾分塊設(shè)計(jì)

由圖1 可知，中墻與風(fēng)道墻中間2 600mm 的間隙為前盾的縱向過(guò)站提供了可能性，但必須將盾體頂部進(jìn)行分塊，頂部分塊即要考慮前盾頂部設(shè)有人員過(guò)渡艙，又要考慮其站內(nèi)拆除時(shí)的便利性和安全性；作為針對(duì)站內(nèi)解體過(guò)站方案而設(shè)計(jì)的盾構(gòu)還需考慮設(shè)備的通用型，為了滿足不同邊界條件下盾體解體過(guò)站，前盾可分成2～4 塊設(shè)計(jì)。

前盾分塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下。

1）為便于盾體的解體與恢復(fù)，各分塊盾體法蘭宜采用螺栓連接。

2）為保證分塊盾體法蘭連接后的精度，每對(duì)法蘭需設(shè)置銷釘定位。

3）為保證分塊盾體法蘭連接后的密封性，螺栓連接外側(cè)應(yīng)設(shè)置整圈密封，同時(shí)在法蘭外側(cè)設(shè)置5mm 的坡口，盾體組裝完成后，對(duì)其焊接以加強(qiáng)盾體系統(tǒng)的密封性，保證設(shè)備的安全。

4.2 中盾分塊設(shè)計(jì)

中盾分塊的位置由于空間的限制必須布置在鉸接油缸的點(diǎn)位，因此分塊位置上的鉸接油缸座子必須設(shè)計(jì)成異性結(jié)構(gòu)以滿足中盾分塊法蘭的布置；中盾分塊的位置與前盾分塊的位置應(yīng)設(shè)計(jì)成不同角度以減少分塊盾體法蘭連接螺栓的受力，便于中盾的解體與恢復(fù)；中盾前與中盾后的分塊位置應(yīng)設(shè)計(jì)成相同角度，以減少中盾的解體與恢復(fù)的工作量；為了滿足不同邊界條件下盾體解體過(guò)站，中盾前與中盾后可分成2～4 塊。

中盾分塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下。

1）為便于中盾的解體和恢復(fù)，分塊位置上異形鉸接油缸座子應(yīng)設(shè)計(jì)成可拆卸的結(jié)構(gòu)形式。

2）為便于米字梁的設(shè)計(jì)與制造，米字梁頂部斜腿應(yīng)避開(kāi)分塊位置。

3）為保證盾體鉸接密封的密封效果，確保盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的安全性，中盾前鉸接環(huán)機(jī)加工面在其焊接恢復(fù)后必須打磨光滑。

4.3 尾盾分塊設(shè)計(jì)

管片的拼裝在尾盾內(nèi)進(jìn)行，因此尾盾分塊法蘭不能設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)；尾盾恢復(fù)時(shí)需在分塊位置進(jìn)行大量的施焊，作為長(zhǎng)筒性結(jié)構(gòu)，尾盾在焊接后會(huì)出現(xiàn)較大的變形，因此在滿足邊界條件的情況下尾盾盡量分成2 塊。

尾盾分塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下。

1）為便于尾盾的解體和恢復(fù)，頂部分塊的角度既要大于中盾頂部分塊的角度，又要盡量減少分塊的角度。

2）為減少尾盾焊接恢復(fù)的變形，需設(shè)計(jì)尾盾分塊焊接工裝。

4.4 后配套設(shè)計(jì)

由于線路中心線距標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻僅2 100mm，常規(guī)設(shè)備橋無(wú)法滿足盾構(gòu)再始發(fā)的要求，設(shè)備橋兩側(cè)的拉梁應(yīng)設(shè)計(jì)成可拆卸式結(jié)構(gòu)；盾構(gòu)再始發(fā)時(shí)，將設(shè)備橋的拉梁拆除，待設(shè)備橋通過(guò)側(cè)墻后再組裝即可。拖車底部平臺(tái)的左側(cè)設(shè)計(jì)有外側(cè)走臺(tái)作為人員通道，常規(guī)盾構(gòu)的外側(cè)走臺(tái)無(wú)法滿足過(guò)站的需求；為滿足盾構(gòu)再始發(fā)時(shí)拖車能順利通過(guò)側(cè)墻的要求，同時(shí)減少盾構(gòu)解體過(guò)站的工作量，宜將拖車的外側(cè)走臺(tái)設(shè)計(jì)成可翻轉(zhuǎn)式的結(jié)構(gòu)。

5 站內(nèi)解體過(guò)站工藝

根據(jù)可拆卸式盾構(gòu)制定合理的站內(nèi)解體過(guò)站工藝流程，可有效地縮短施工周期，減少施工成本，工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 站內(nèi)解體過(guò)站工藝流程圖

5.1 準(zhǔn)備工作

盾構(gòu)站內(nèi)解體之前，應(yīng)保證盾構(gòu)能以準(zhǔn)確的姿態(tài)落到接受架上；準(zhǔn)備好站內(nèi)解體過(guò)站需要的各種工具和材料；制作好解體過(guò)站需要的各種工裝；架設(shè)好解體過(guò)站需要的橋吊和軌道吊。

5.2 刀盤過(guò)站

盾構(gòu)掘進(jìn)至盾尾距離接收洞門前約1m 處停機(jī)，方便人員進(jìn)出隧道；拆除連接螺栓后，利用軌道吊將刀盤翻轉(zhuǎn)在標(biāo)準(zhǔn)段線路上；將刀盤適當(dāng)割除后通過(guò)軌道小車輸送至始發(fā)井，待刀盤恢復(fù)后，通過(guò)橋吊將刀盤在始發(fā)位置立起并固定。刀盤過(guò)站的同時(shí)，可借助拼裝機(jī)將需要拆除的推進(jìn)油缸拆除。

5.3 螺旋機(jī)和拼裝機(jī)拆除

螺旋機(jī)拆除之前，使用平板小車支撐設(shè)備橋，將后配套整體后撤約30m，分離時(shí)應(yīng)標(biāo)記好各種管線以便于盾構(gòu)的再次組裝。利用拉鏈葫蘆完成螺旋機(jī)的拆除，將螺旋機(jī)平放在電瓶車并后撤約20m，為拆除拼裝機(jī)留出空間。使用特制的平板小車支撐拼裝機(jī)后，拆除拼裝機(jī)與米字梁的連接螺栓，之后將拼裝機(jī)后撤10m。

5.4 前盾和主驅(qū)動(dòng)過(guò)站

將鉸接油缸拆除，完成中盾前與中盾后的分離，注意確保鉸接密封不被拉壞；首先完成前盾頂塊的拆除并輸送至始發(fā)井口中間空隙處；之后將前盾底部旋轉(zhuǎn)90°后放置在特制托架上并使用筋板固定，利用兩根頂推油缸以步進(jìn)的形式將前盾底部和主驅(qū)動(dòng)輸送至始發(fā)井口；最后使用橋吊完成前盾頂塊的組裝并將刀盤組裝在主驅(qū)動(dòng)上。

5.5 中盾、尾盾過(guò)站

中盾、尾盾的過(guò)站與前盾相似，所不同的是中盾、尾盾在拆除頂塊后均不需要旋轉(zhuǎn)90°，通過(guò)橫推的形式完成過(guò)站，中盾前底部過(guò)站后依次完成與頂塊、前盾的連接；中盾后完成頂塊的組裝后，首先完成鉸接密封的安裝，之后安裝鉸接油缸完成中盾的組裝；尾盾底部完成與頂塊、中盾后的連接后，安裝推進(jìn)油缸，完成盾體系統(tǒng)的安裝。

5.6 拼裝機(jī)和螺旋機(jī)安裝

安裝拼裝機(jī)和螺旋機(jī)之前，首先完成線路軌道的鋪設(shè)，之后使用平板小車和電瓶車將拼裝機(jī)和螺旋機(jī)依次輸送至始發(fā)井端并完成組裝。

5.7 后配套安裝

使用電瓶車將后配套整體輸送至始發(fā)井端并完成設(shè)備橋的組裝，注意提前將與標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻干涉的設(shè)備橋拉梁拆除并將外側(cè)走臺(tái)翻轉(zhuǎn)90°，最后將各種管線連接完畢并完成調(diào)試，至此完成整機(jī)的解體過(guò)站。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工工期愈發(fā)緊張，已運(yùn)行的地鐵線路越來(lái)越多，新施工地鐵線路下穿已運(yùn)行地鐵線路的盾構(gòu)施工項(xiàng)目的出現(xiàn)將會(huì)愈發(fā)頻繁，類似的極端條件下的解體、過(guò)站將不可避免。一方面，建議類似工程設(shè)計(jì)時(shí)盡量考慮給盾構(gòu)的解體過(guò)站預(yù)留足夠的空間；另一方面，盾構(gòu)應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就要針對(duì)其解體過(guò)站的邊界條件考慮對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)，以期減少盾構(gòu)解體過(guò)站的施工成本，提高施工的效率。本文通過(guò)對(duì)特定項(xiàng)目的站內(nèi)解體過(guò)站盾構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究，為類似施工項(xiàng)目的盾構(gòu)針對(duì)性設(shè)計(jì)和站內(nèi)解體過(guò)站工藝提供技術(shù)參考。