盾構(gòu)機(jī)過暗挖隧道平移技術(shù)研究

胡安徽

（中鐵二十四局集團(tuán)軌道交通分公司，上海 200072）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市交通壓力不斷增大，從而地鐵建設(shè)得到了不斷的發(fā)展，在地鐵建設(shè)中盾構(gòu)技術(shù)因施工工期短、施工安全可控等特點(diǎn)，從而盾構(gòu)技術(shù)得到了廣泛運(yùn)用，但由于工程地質(zhì)的原因，在盾構(gòu)區(qū)間常常設(shè)有暗挖區(qū)間，就以某地鐵六號(hào)線TJSG-10 標(biāo)為例，因區(qū)間地質(zhì)存在地裂縫，采用盾構(gòu)技術(shù)施工存在一定風(fēng)險(xiǎn)，從而在該地裂縫位置采用淺埋暗挖法進(jìn)行施工，因此，盾構(gòu)機(jī)過暗挖技術(shù)在地鐵施工中得到了廣泛運(yùn)用。本文主要分析了盾構(gòu)機(jī)過暗挖區(qū)間的相關(guān)技術(shù)，為該行業(yè)的發(fā)展做出參考。

1 工程概況

某地鐵六號(hào)線TJSG-10 標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間包含二區(qū)間：科技二路站～科技六路站～科技八路站。本工程采用鐵建重工公司設(shè)計(jì)和制造ZTE6250 型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)機(jī)在科技二路站南端頭盾構(gòu)始發(fā)井下井后向科技六路站方向掘進(jìn)，到達(dá)科二～科六暗挖段北端頭，在暗挖段內(nèi)平移過暗挖，由暗挖段南端頭二次始發(fā)，到達(dá)科技六路站北端頭，在科技六路車站內(nèi)過站，由科技六路站南端頭進(jìn)行第三次始發(fā)，掘向科技八路，到達(dá)科技八路盾構(gòu)井吊出井接收后吊出。盾構(gòu)施工工籌圖如圖1。

圖1 盾構(gòu)施工工籌圖

2 過暗挖技術(shù)比選

在方案比選過程中，針對(duì)通過空間的對(duì)比及通過后暗挖二次始發(fā)發(fā)現(xiàn)，前三種方案較適用于車站內(nèi)過站，在不需要改變車站結(jié)構(gòu)的情況下順利通過。在暗挖隧道內(nèi)，由于后期通車后軌面標(biāo)高的位置在現(xiàn)有底部位置的基礎(chǔ)上抬高3000mm，需要對(duì)暗挖隧道底部進(jìn)行回填，尺寸空間較為狹小，采用弧形導(dǎo)臺(tái)方案較為合理。經(jīng)過實(shí)際使用效果看，弧形導(dǎo)臺(tái)過暗挖技術(shù)在工期和成本控制上都有較好的效果，因此，決定在該工程中盾構(gòu)機(jī)過暗挖采用弧形導(dǎo)臺(tái)過暗挖技術(shù)。盾構(gòu)機(jī)過暗挖技術(shù)比選表如表1。

表1 盾構(gòu)機(jī)過暗挖技術(shù)比選表

3 施工總體思路

盾構(gòu)機(jī)通過暗挖隧道采用澆筑混凝土弧形導(dǎo)臺(tái)整機(jī)空推通過暗挖隧道的方式通過，盾構(gòu)機(jī)平移推力采用盾構(gòu)機(jī)底部3 組千斤頂提供反推力，推力支撐點(diǎn)采用液壓夾軌器夾于導(dǎo)軌上。盾構(gòu)機(jī)千斤頂與推力支撐點(diǎn)之間采用7 塊寬度為1.5m負(fù)環(huán)管片進(jìn)行步進(jìn)，當(dāng)步進(jìn)10m 左右時(shí)鋪設(shè)臺(tái)車與電瓶車軌道平臺(tái)，反復(fù)循環(huán)使盾構(gòu)機(jī)到達(dá)始發(fā)位置。

4 過暗挖前施工準(zhǔn)備

4.1 弧形導(dǎo)臺(tái)施工

為保證加固體的強(qiáng)度滿足盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞安全，同時(shí)提前施工導(dǎo)臺(tái)、準(zhǔn)備接收、移動(dòng)步進(jìn)、平移等作業(yè)工序，待導(dǎo)臺(tái)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)方可進(jìn)行下一步工序。待暗挖隧道二襯施工完畢及時(shí)進(jìn)行砼導(dǎo)臺(tái)施工，爭(zhēng)取在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)，所有導(dǎo)臺(tái)砼強(qiáng)度滿足盾構(gòu)接收步進(jìn)等工作的要求。砼導(dǎo)臺(tái)采用C35 混凝土進(jìn)行澆筑，同時(shí)，為保證盾構(gòu)機(jī)能順利上接收混凝土導(dǎo)臺(tái)，導(dǎo)臺(tái)低20mm，并且始發(fā)位置導(dǎo)臺(tái)抬高20mm。

4.2 盾構(gòu)過暗挖準(zhǔn)備

（1）盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌鋪設(shè)：根據(jù)盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、中心線位置、預(yù)埋鋼板位置確定盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)軌安裝位置。在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前，導(dǎo)軌應(yīng)全部鋪設(shè)完成，并在軌道上涂抹黃油。

（2）臺(tái)車平臺(tái)加工：在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前應(yīng)提前加工臺(tái)車平臺(tái)工字鋼，這有利于盾構(gòu)機(jī)過暗挖工期的提前。

弧形導(dǎo)臺(tái)驗(yàn)收：在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前應(yīng)組織測(cè)量人員對(duì)導(dǎo)臺(tái)的高度、弧度、軸線等參數(shù)的精度進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)對(duì)導(dǎo)臺(tái)弧面、厚度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行檢查驗(yàn)收，并要求滿足施工要求。

5 盾構(gòu)機(jī)千斤頂推力與導(dǎo)臺(tái)受力分析驗(yàn)算

（1）盾構(gòu)機(jī)千斤頂推力驗(yàn)算。盾構(gòu)機(jī)平移推力采用的是盾體機(jī)底部3 組油缸千斤頂進(jìn)行作業(yè)，鐵建ZTE6250 盾構(gòu)機(jī)最大總推力為42575kN，油缸共16 組，因此1 組油缸推力約為2661kN；盾構(gòu)機(jī)主機(jī)及后配套總重為450t，主機(jī)總重為T1=259.5t（包含螺旋機(jī)與刀盤）及后配套總重T2=190.5t。主機(jī)摩擦系數(shù)計(jì)算過程中取μ1=0.7；

由盾體的重量產(chǎn)生的摩擦力為：

Fs1=μ1×N=μ1×T1=181.65t；

后備套輪子是滾動(dòng)，屬于滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)為0.1，在實(shí)際中輪子可能生銹，計(jì)算過程中取μ2=0.2；

后備套的重量約為T2=190.5t；

由后備套的重量產(chǎn)生的摩擦力為：

Fs2=μ2×N=μ2×T2=38.1t；

所以總摩擦力為：

=Fs1+Fs2=219.75t；

因3 組油缸千斤頂推力約為814t ＞219.75t 故千斤頂推力滿足施工要求。

弧形導(dǎo)臺(tái)受力分析。弧形導(dǎo)臺(tái)混凝土采用C35 混凝土，盾體導(dǎo)軌采用P43 軌道，盾體與導(dǎo)軌接觸長(zhǎng)度為9m，因此P43 軌道與混凝土受力面積S=9×0.114×2=2.052m2；盾體重量為259.5t，因此，壓力F=259.5×9.8=2543.1kN；由壓強(qiáng)公式P=F/S(F 為壓力，S 為受力面積）得：P=2543.1/2.052=1239kN/㎡。

C35 混凝土所能承受壓強(qiáng)為3605KN/㎡＞1239，因此C35 混凝土能夠滿足施工要求。

6 施工中出現(xiàn)的異常情況

盾構(gòu)機(jī)是按13‰上坡與R=1200m 的曲線進(jìn)行平移的，在實(shí)際施工中，未考慮上坡與轉(zhuǎn)彎的不利因素，在盾構(gòu)機(jī)平移至暗挖區(qū)間中部時(shí)，出現(xiàn)了夾軌器處導(dǎo)軌斷裂與松動(dòng)情況，使夾軌器支撐點(diǎn)無法提供反推力，產(chǎn)生此情況的主要原因是導(dǎo)軌加固不牢靠。

7 盾構(gòu)過暗挖區(qū)間工期、費(fèi)用及安全風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)機(jī)過暗挖區(qū)間采用整機(jī)平移方式進(jìn)行施工的，整機(jī)過暗挖相對(duì)于盾體與臺(tái)車分解過暗挖方式節(jié)約了盾體與臺(tái)車分解與調(diào)試時(shí)間。盾構(gòu)機(jī)平移與臺(tái)車平臺(tái)安裝用時(shí)5 天，前期施工準(zhǔn)備用時(shí)10 天，采用此方法過暗挖共計(jì)15 天，相當(dāng)于其他過暗挖方式工期短。盾構(gòu)機(jī)過暗挖所需工字鋼、軌道、周轉(zhuǎn)材料、工具等材料運(yùn)輸采用電瓶車與雙軌梁，由于暗挖區(qū)間沒設(shè)吊裝孔，如果采用盾體與臺(tái)車分解方式過暗挖，所需材料需要人工搬移至指定位置，采用此方法過暗挖可節(jié)約人工費(fèi)、材料費(fèi)、設(shè)備租憑費(fèi)，并且整個(gè)過暗挖區(qū)間安全可控。結(jié)合盾構(gòu)機(jī)過暗挖區(qū)間的施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)過暗挖從施工工期、施工費(fèi)用、施工安全風(fēng)險(xiǎn)等方面情況良好。

8 結(jié)語

盾構(gòu)機(jī)整機(jī)過暗挖區(qū)間技術(shù)是盾構(gòu)法中確保區(qū)間順利施工的關(guān)鍵技術(shù)之一，只有通過合理選擇過暗挖方案、統(tǒng)籌安排、精心組織施工，才能保證過暗挖區(qū)間的施工成本、工期及安全風(fēng)險(xiǎn)可控，確保企業(yè)效益最大化，降低施工成本。