淺析土壓平衡式盾構機過地鐵車站施工技術

張 偉

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京 100022)

1 工程概況

圖1 工程總體地理位置及主要建(構)筑物的布置Fig.1 General engineering，geographic location and layout of main buildings

北京地鐵15號線7標(俸伯站—順義站—石門站)盾構區間土建工程，東起北京市順義區俸伯站盾構始發井，經俸伯站穿越潮白河、中間風道至順義站，通過順義站后經府前中街、府前西街，至石門站結束(如圖1所示)。盾構機過順義站時要穿過主體結構已經完成的順義站。順義站位于府前路與光明大街的十字交叉口處，沿府前街東西向布置，起訖里程為DK42+435.7 ～ +623.5。車站總長187.8 m，標準段寬22.9 m，基坑深約16 m。車站中板至底板高度為8.36 m，過站最小寬度為7.4 m。

2 過站名詞解釋及2臺盾構機簡介

2.1 過站名詞解釋

1)盾構機過站是指盾構機在整個盾構施工過程中經過一個已經建好的車站而需要進行的所有工作，包括盾構機的到站、站內移動、組裝、調試、二次始發等。

2)盾構機的站內移動是指盾構機主體及后配套臺車經過車站內空間從盾構機的到達端到盾構機的始發端之間移動的一系列作業。

3)二次始發是指盾構機在第一區間盾構始發井已經進行了一次始發掘進，過站工作完成后又要進行所有始發掘進的工作，故稱為二次始發［1－2］。

2.2 2臺盾構機簡介

1)左線盾構為日本小松φ 6 230 mm鉸接式土壓平衡盾構機，總長68 m，刀盤結構為面板式，最大推力37 730 kN，最大推進速度80 mm/min;刀盤最大轉速2.2 r/min，最大扭矩4 800 kNm;螺旋輸送機最大轉速20.5 r/min。

2)右線盾構為日本IHIφ 6 140 mm鉸接式土壓平衡盾構機，總長72 m，刀盤結構為輻條式，最大推力37 500 kN，最大推進速度85 mm/min;刀盤最大轉速2.6 r/min，最大扭矩5 105 kNm;螺旋輸送機最大轉速20.5 r/min。

3 左右線盾構過順義站施工技術

3.1 盾構機過站人工、材料、機械等資源配置情況

3.1.1 盾構過站施工主要人員配備計劃

見表1。

表1 盾構過站施工主要人員配備計劃Table 1 Major labor arrangement when shield crossing the Metro station

3.1.2 盾構過站施工主要材料計劃

見表2。

表2 盾構過站施工主要材料計劃Table 2 Majormaterialneeded when shield crossing the subway station

3.1.3 機械設備配備計劃

盾構過站施工主要機械設備配備計劃見表3。

3.2 盾構空推過站前的各項施工準備工作

3.2.1 過站小車的準備

過站小車是由始發臺改裝而成。具體要求為:在始發臺底焊接1塊δ=30 mm的鋼板(寬500 mm)。焊縫間距 150 mm，每處焊縫長度150 mm，始發臺每側必須雙面焊接。始發臺端頭兩側加焊推進油缸延長臂。始發臺四面用擋塊和鋼支撐固定(小車定位好后)，防止在盾構機推上始發臺時，始發臺移動。

表3 盾構過站施工主要機械設備配備計劃Table 3 Machinery plan when shield crossing the subway station

3.2.2 車站底板以及洞門口預埋件

為了方便過站過程中導鏈有生根點拉鋼板或者盾構機，要求在底板上預埋掛鉤，掛鉤預埋在車站底板的兩側，緊挨側墻位置，每隔10 m預埋1個，在預埋過程中必須要預埋牢靠。

3.2.3 車站底板的準備工作

主要工作包括場地平整和在場地上鋪設鋼板，為盾構機過站小車(及盾構接收小車)提供平整且強度足夠的滾動面。為便于鋼板的移動，需在車站東端安設1臺卷揚機，在盾構機到站之前要進行車站內卷揚機的安裝固定工作。

3.2.4 盾構機固定

盾構機出洞，爬行上始發臺后，需將盾構機與始發臺焊接成一個整體。

3.2.5 盾構平移和推進準備

為保證盾構機平移，在始發臺下部鋪上鋼板，并在鋼板上涂抹黃油。為保證盾構機的順利推進，在場地鋪設的鋼板上安裝推進反力座，同時準備2個推進油缸。為了便于盾構的推進及調向，在過站小車與底板鋼板間放置滾軸(如圖2所示)。

3.2.6 盾構主機與后備套分離

在盾構機到達前做好電纜線與油管的標識，在盾構機上始發臺后，將主機與后備套之間的各種管線拆開。同時，用支撐架把連接橋支撐起來，最后把連接橋與主機連接的拖拉油缸拆除，分開主機與后備套。

圖2 盾構機支撐及油缸布置示意圖Fig.2 Shield support and cylinder

3.3 盾構機解體后的主機過站

3.3.1 盾構機主機平移

前期準備工作做好后，開始盾構機主機的平移工作。首先，把固定始發臺的擋塊和鋼支撐拆除，保證始發臺四周沒有障礙物。在始發臺的右側平移鋼板上焊上反力座(250 mm×100 mm×40 mm)，把2個油缸放置在反力座與始發臺間，開始水平推移盾構機。

3.3.2 鋼板及滾軸放置

先把4個頂升液壓千斤頂安裝到盾構機主機兩側的支撐座上，并把液壓千斤頂的油管接好。開動液壓泵站，把頂升液壓千斤頂油缸均勻平穩地慢慢伸出，頂起盾構機主機(如圖3所示)。盾構機主機抬起后，先把始發臺下部的平移鋼板用卷揚機拖出，然后再用卷揚機在過站小車底放置推進鋼板，鋪好鋼板后，使用卷揚機把鋼板固定拉住，確保在盾構推進過程中鋼板不至于向后移動，保證盾構推進時底部鋼板不動提供反力，同時在鋼板與過站小車之間放入滾軸，然后收回頂伸油缸，使盾構機主機和過站小車落在滾軸上。

圖3 盾構機支撐實際過站時被油缸頂起Fig.3 Shield crossing the subway station by cylinder uplifting

3.3.3 盾構主機推進

先把盾構機主機后側面的2個液壓千斤頂的油管拆除，再把油管接到推進油缸上，把推進油缸放置到位。打開液壓泵站，依次開啟兩邊的推進油缸，使油缸撐靴頂緊過站小車上的推進擋板，然后同時開動兩邊的推進油缸，推動盾構機主機前進(如圖4所示)。盾構機主機往前行走300 mm后，把推進油缸收回，前移到下個反力座，繼續進行下一循環的推進。盾構機主機在前進過程中，操作人員要及時把后面的滾軸拿到盾構機主機的前部，擺放在鋼板上。

圖4 盾構機在鋼板上空推過站時后部推進油缸Fig.4 Forcing cylinder

3.3.4 地面鋼板前移

盾構機主機前移約8 m后，需要將過站小車底部鋼板前移。具體方法是:首先開動千斤頂把過站小車連同盾構機主機頂起到完全離開滾軸，然后用卷揚機把鋼板前拖，直到鋼板的尾部和過站小車的尾部基本在同一位置，在拖動鋼板到位后，調整鋼板的橫向位置及滾軸的擺放位置。然后再收起千斤頂，使盾構機主機連同過站小車落到滾軸上，開始下一循環的前移。依此循環，直至盾構主機推進到位即完成盾構主機過站。

3.4 盾構機的后配套設備過站

3.4.1 后配套設備的過站軌道

在盾構機前進的同時，要開始后配套軌道及運輸軌道的鋪設工作。為了加快軌道及道床的鋪設速度，道床的各個部件為預制組裝式，立柱為棱臺形鋼筋混凝土預制件，道床為175 mm H型鋼制成。軌道的鋪設應注意在過通道時偏移通道中心線，即在出洞門后11 m的距離向左偏移500 mm，才不至于碰到邊墻。

3.4.2 后配套設備過站

后配套設備的軌道鋪設完成后，開始后配套設備的過站工作。將后配套連接橋的前端支撐在管片運送車上，利用35 t電瓶機車牽引整個后配套系統向前移動，直至到達車站的另一端頭。

3.5 盾構機過站完成后的組裝調試工作

1)盾構機過站完成后，需要將盾構主機與后配套拖車進行重新組裝，組裝內容包括液壓系統、供電系統、控制系統、注漿系統、油脂系統、泡沫系統等。

2)組裝完畢后進行系統的調試工作，包括對各個系統的測試。當盾構機完成調試后，即可進行二次始發前的其他準備工作，完成盾構過站任務。

3.6 此種過站方法對車站底板的要求

1)要求車站底板較為平坦，否則在推進過程中會給盾構主機下方的推進鋼板前移帶來困難，并且如果底板不平，底部鋼板也容易變形。所以，要求車站底板必須相對較為平坦。如果底板澆筑完成后不平坦，可以進行人工處理，使之到達能夠滿足此種方法盾構空推要求的底板較為平坦的條件。

2)要求底板上預埋好固定卷揚機的裝置，這些預埋好的裝置，必須達到一定的強度，保證卷揚機在拉緊鋼板時候，能為盾構空推提供足夠大的反力。

［1］ 張鳳祥，傅德明，楊國祥，等.盾構隧道施工手冊［K］.北京:人民交通出版社，2005.(ZHANG Fengxiang，FU Deming，YANG Guoxiang，et al.Shield tunnel construction Manual［M］.BeiJing:China Communications Press，2005.(in Chinese))

［2］ 張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004.(ZHANG Fengxiang，ZHU Hehua，FU Deming.Shield Tunnel［M］.Beijing:China Communications Press，2004.(in Chinese))

［3］ 張庭華.土壓平衡盾構土艙壓力控制技術研究［J］.鐵道標準設計，2005(8):83 －85.(ZHANG Tinghua.Earth pressure balance shield earth pressure control technology research［J］.Railway Standard Design，2005(8):83 －85.(in Chinese))