盾構機整體滾輪軌道過站施工方法

強 華，翟文娟

(1.中鐵北京工程局城軌公司昆明地鐵4號線5標，北京 102308；2.西南科技大學土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621010)

1 引言

近年來，隨著我國城市化建設的快速發展，軌道交通建設項目日益增多，多個城市都在積極申報、規劃修建地鐵工程，盾構法因其施工效率高、掘進速度快、擾動小以及全自動化作業等優勢，被廣泛應用于城市地鐵修建中[1]。然而盾構機復雜構造和工作原理及其它影響因素，使得在已建車站過站中遇到較多難題，因此盾構整體過站施工方法的討論與研究，有助于為后續工程提供理論參考和技術借鑒。

在已完工車站無法給盾構的進出洞提供足夠的場地、條件或者在工期要求緊迫的情況下，一般采用盾構機整機過站施工方法[2]。車站標準段長約120～200 m，凈高約7 m，凈寬也在7 m左右，滿足盾構機滾輪軌道整體過站的空間設計尺寸和施工要求，采用此種方式過站的優勢如下：①過站效率高，前進阻力小，前進方向可控可調。如若前期準備充分，組織合理，一般5～7 d即可順利過站。②成本低，滾輪軌道整體過站所使用的人員、材料、機具相較其他過站方式都少。③不用斷開盾構機的各種管、線路，包括盾構主機和后配套臺車的連接銷部分不需斷開，不需二次始發調試，方便快捷即可實施整機過站[3]。

根據長沙地鐵1號線土建8標友誼路站盾構過站施工實際情況，著重介紹了盾構機整體滾輪軌道過站施工關鍵技術與具體的過站步驟，該項目現已順利完成施工并投入使用，可為今后相關工程提供理論參考和借鑒。

2 依托工程項目概況

長沙市軌道交通1號線土建工程8標，其中包含2個盾構區間，分別為省政府站—友誼路站，友誼路站—鐵道學院站。盾構機從省政府站始發，掘進至友誼路站過站后，從鐵道學院站吊出。區間總體施工示意圖見圖1。友誼路站全長190.4 m，接收井長13 m，寬9.95 m(側墻與底板梁之間的凈寬)；始發井長13 m，寬9.95 m，凈空為8.19 m。

3 施工總體技術方案

盾構機整體滾輪軌道過站總體技術方案包括前期準備工作、盾構機過站時的技術措施以及掘進過程中的施工技術等，總體技術方案如下。

(1)盾構機破除洞門進站后，當刀盤推出距離洞門端墻3 m左右時清理渣土，然后在接收段鋪設43 kg的鋼軌，鋼軌下墊250～300 mm寬、20 mm厚的鋼板條，軌距控制在2.6 m左右。

(2)先后焊接盾構主機上部的2個前后滾輪，然后使用盾構機的8號油缸提供動力推動盾構機向前移動，當移動至車站始發端后，繼續推動盾構主機全部移動至始發托架上部，在這一過程中需先后將其先前焊接的2個前后滾輪割除。

(3)調整盾構機在始發托架上的標高及軸線至始發姿態，過站結束。安裝反力架，準備始發。盾構機整體過站程序如圖2所示。

圖2 盾構機整體過站程序

4 關鍵技術工藝

4.1 對中及糾偏系統

為控制盾構機運動軌跡始終符合設計軸線容許偏差，保證隧道襯砌拼裝的準確位置，當盾構機實際位置與設計軸線偏差過大時，就需要對其采取對中、糾偏措施。

盾構機本身所攜帶的高精度導向測量和自動化控制系統，不僅具備良好的糾偏性能，減少勞動強度和錯誤操作的發生，還能夠實時反映盾構機當前位置和理論位置，并提供調整指令。然而目前盾構機還未能自主解決糾偏方案的設計問題，當盾構機偏離軸線時，多數情況下還需操作人員進行設計糾偏方案的實施[4]。

因此盾構機對中及糾偏系統可結合自身所攜帶的自動化控制系統和人工糾偏操作：即通過建立糾偏曲線模型，尋找最快回歸糾偏曲線，可快速、精準調整盾構機線路和方向。

4.2 頂推及牽引系統

盾構機整體滾輪軌道過站采用自身攜帶的8號推進油缸提供牽引力，被動夾軌器為反推力裝置，為盾構整機過站提供反力。當液壓油缸伸長到最大允許值后，被動夾軌器松開，液壓油缸收回，反力裝置縱向移動，速度為5～10 cm/min，使得盾構機和后配套設施在鋼軌上實現縱向移動[6]。

反力架和反力撐桿提供額外頂推力。盾構機采用滾輪式整體過站技術，降低了盾構機與軌道間的摩擦阻力，使得反力裝置所提供的頂推力大幅度減小；而頂推基座通過軌道接頭與軌道的螺栓連接，更是減少了頂推基座的安裝時間；頂推千斤頂直接固定于盾尾頂推基座，避免了千斤頂挪動時間，提高了施工效率[7]，不僅速度快，而且周期較常規方法減少1/2以上。

4.3 監控及預警系統

基于互聯網強大的編程、數據處理、整合、運行能力以及盾構機自身攜帶的數據采集系統，建立一套遠程監控及預警系統。通過瀏覽器即可訪問遠程監控系統，查看多臺或指定盾構機的狀態信息，還可按照時間段查看相關歷史數據，針對盾構機的關鍵部件可進行遠程診斷或預測工作[8]。盾構遠程監控系統如圖3所示[9]。

監控系統功能如下。

(1)掘進參數實時顯示盾構整個施工過程。實現盾構機數據的動態化、實時性、可控性管理等功能，準確把握現場實際施工情況。

圖3 盾構機遠程監控系統

(2)施工參數及導向系統可實時顯示預警功能。通過對盾構機預警范圍內施工參數的設置，實現盾構姿態的自動調整和近10環糾偏量的實時預警。

(3)實時監控地表沉降，確保施工安全。施工人員可結合盾構機施工參數、地質信息等內容及時對施工方案進行調整。

(4)實現盾構機施工風險管理。管理人員結合盾構關鍵參數、沉降超限、過程參數預警等，及時了解盾構施工風險、姿態信息以及監控測量數據[10]，提前規避影響施工風險因素。

5 施工步驟及效果

5.1 盾構機過站準備

5.1.1 盾構接收井和車站底板的預留高度

車站接收段施工時，底板回填的素混凝土高度應根據盾構機中心高度和盾構機與接收段底板之間的預留空間確定(圖4)。車站標準段的底板標高也需合理控制，避免底板過高增大盾構機在接收井處移動過程中的坡度。

圖4 盾構機接收過站軌距和軌底高差

5.1.2 移動滾輪的準備

移動滾輪按設計圖進行精加工，以及相關需要委外加工的部件，提前加工準備好。

5.1.3 過站期間主要材料的準備

(1)后配套拖車軌道支架(馬凳)的設計和加工(一般使用H180型鋼加工而成)。

(2)準備2根長度不同的厚壁鋼管(Φ300×20 mm)作為反力支撐，一根與盾尾長度相同，另一根比盾尾長1.5 m，兩端焊接厚度15～20mm的鋼板。

(3)車站接收井的準備工作。先進行素混凝土的回填，后準備好過站鋼軌和鋼板條，電焊機，Φ20 mm膨脹螺絲，25 mm沖擊鉆及清渣器械等。

(4)車站標準段底板準備工作。準備好過站用的43 kg/m的軌道和鋼墊板，一定數量直徑為50 mm，長度為500 mm的鋼管滾輪。

5.2 盾構機過站步驟

(1)盾構主機移動至2000 mm左右時，鋪設盾構機行走軌道，且鋼軌下墊20 mm厚的鋼板條，軌道間距控制在2600 mm左右。

(2)距離前盾切口處1300 mm時，焊接2個前滾輪(圖5)；盾構主機繼續向前推進，當盾尾推出一半時停下，焊接2個后滾輪。(圖6)。

圖5 盾構整機過站前滾輪焊接示意

圖6 盾構整機過站后滾輪焊接示意

(3)當盾構機盾尾進入接收井后，反力撐桿(Φ300×20 mm)提供牽引力繼續推進盾構機前進。

(4)當盾構機盾尾移動至距洞門端墻約2000 mm左右時，在盾體過站軌道上安裝反力架，用盾構機的8號推進油缸繼續推動盾構機前移。推進用的反力架和反力支撐的移動與安裝可使用盾構機上的管片吊機進行。

(5)當兩級反力撐桿推完后，將反力架前移3000 mm，使用盾構機的8號油缸+反力撐桿提供動力繼續推進盾構機前移。

(6)采用馬凳支撐軌道水平延伸鋪設拖車軌道(圖7)。

(7)盾構機到達始發端：將始發托架放置在橫向均布鋪設的8根鋼軌或20 mm厚鋼板的始發井底板上，調整好始發標高，確保其中心軸線與盾構機軸線一致。為防止盾構機推上始發托架時，始發架前移，還需在始發托架和洞門端墻之間設置2根反力撐。

(8)移動盾構機刀盤及部分前盾上始發托架直至前滾輪處，然后割除前滾輪；而后移動盾構機剩余部分直至后滾輪處，然后割掉后滾輪(圖8)。

圖7 盾構整機過站拖車軌道鋪設示意

圖8 盾構機整體過站上始發托架

(9)繼續推進盾構機完全上始發托架后，拆除過站軌道和反力裝置，并將盾構機連同始發托架一起橫向平移至始發位置，調整始發姿態。

(10)檢查、維修盾構，開始新的始發。始發前對盾構機進行詳細的檢查和維修，特別是刀盤清理、補焊和刀具的更換。

5.3 效果展示

盾構施工往往在地鐵車站及盾構井完成后才進行施工，但由于總工期原因，區間盾構施工工期往往就很緊張，要在連續的2個區間施工，且不用讓盾構機吊出過站及二次拆裝機，有條件的標段和站點建議采用站內整機過站，使用簡單工序及可靠的工法，節約工期，一般吊出過站再到始發最少需要25 d，可降低成本和吊裝風險。

該工程采用滾輪式盾構機及后配套拖車整體過站的施工方法，在常用鋼軌和馬凳支撐軌道水平延伸鋪設的拖車軌道上完成了整機過站，為盾構機整體過站提供了一種新思路、新方法，具有較強的應用價值和現實推廣意義。

6 結語

通過對盾構機滾輪軌道整體過站步驟的簡要介紹和關鍵技術的研究分析，并將其應用于實際工程中，且取得了良好的實踐效果，具有一定的現實意義。然而部分車站內部空間的不合理設計使得盾構整機過站仍存在一定困難。現針對該問題，提出自己的意見與建議，僅供后續工程參考。

現代化車站兩端僅4.5m寬度的立柱使得盾構機主機和后配套臺車即無法實現整體過站，也無法實現分體過站，僅能采取分體始發的方式進行過站。不僅延緩工期、拖慢進度，增加成本，加大施工風險，還增大了盾構機拆裝二次污染的幾率。因此建議設計合理的車站結構尺寸，使得滾輪軌道整體過站方法得以應用于實際工程，或盾構機完成過站后再對車站立柱進行施工。