地鐵車站密閉空間盾構機暗調頭施工技術

王愛軍 胡建林 何 梁 劉 兵

（1、南通市建設安全生產監督站，江蘇 南通226006 2、中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州215131）

隨著城市軌道交通快速發展，很多城市軌道交通線路開始成網，必然存在與城市既有線路車站、城市綜合交通體等換乘交叉現象，新建線路區間盾構機在達到預留車站調頭二次始發面臨無法正常在地面吊裝調頭問題，無錫等城市進行了有益嘗試[1]。此外，大部分城市市中心空間狹窄，由于場地限制，盾構機不具備分體吊裝條件，只能在車站內調頭，南京等[2-3]城市進行了探索，給新建城市軌道交通的南通提供參考，通過南通地鐵1號線南通西站站內密閉空間盾構機暗調頭實踐，為后續建設積累一定的經驗。

1 工程概況

南通城市軌道交通1 號線一期工程南通西站站下穿滬通鐵路南通西站，為配合國鐵南通西站施工，地鐵南通西站站先行實施，西～集區間盾構掘進時車站頂板已封，且國鐵南通西站地下車庫、廣場等配套工程正在施工，盾構機不具備吊出實施二次始發的現場條件，只能在端頭井內實施暗調頭。區間采用直徑6.43m 鐵建重工DZ569 型土壓平衡式盾構機進行掘進，計劃首先由集成村站右線始發, 待盾構機到達南通西站站接收端后調頭至南通西站站左線，然后盾構機由南通西站站左線二次始發掘進至集成村站接收端。

2 施工方案策劃

2.1 端頭井結構條件

地鐵南通西站站為地下二層島式車站，標準段車站寬度21.7m，車站長度213.15m，端頭井內部凈長為12.9m，寬約24.2m，凈高度8.1m，最小凈空7.45m，盾構主機高度+接收托架高度為7.2m，詳見圖1、2。端頭井結構平面圖見圖3。

圖1 端頭井結構橫斷面尺寸

圖2 工作凈空高度

圖3 端頭井結構平面圖

2.2 盾構機旋轉尺寸分析

區間采用直徑6.43m 鐵建重工DZ569 型土壓平衡式盾構機，主機長9.25m、重約367t、后配套長約75m。盾構機旋轉半徑11.27m，小于端頭井凈長12.9m，滿足要求。

盾構機旋轉半徑==11.27m

2.3 推力分析

現擬定在端頭井底板鋪設鋼板，鋼板下鋪設厚度不小于50mm 的細砂，鋼板采用Q235 鋼材制作，鋼板與鋼板之間摩擦系數取μ=0.15，最大推力T=367×103×10×0.15=550.5 Kn，由于摩擦系數小，移動旋轉所需的推力小，所需設備的加工精度較低，不需要大型設備。采用可拆卸式銷子、牛腿，配合2 臺100t 千斤頂、液壓泵站進行調頭施工，盾構機的移動旋轉可任意進行不受軌道限制。

3 施工流程

圖4 暗調頭施工流程

4 主要施工過程

4.1 場地準備

盾構接收前，應提前對工作井場地的進行雜物清理，在端頭井底板設置7.5kw 潛水泵，一用一備，設置隔膜泵一臺，保證整個施工期間底板無積水。

4.2 鋼板鋪設

在工作井內鋪設厚度不小于50mm 的細砂進行找平處理，然后滿鋪25mm 的鋼板。鋼板鋪設過程中用細砂填充時需要水平尺校準，嚴格控制填充后底板頂面的高程，保證填充底板頂面平整；鋼板與鋼板之間要緊密靠攏，接縫處應平順，焊縫應打磨處理，以減小盾構機在移動過程中的摩擦阻力。鋼板接縫焊接后，每隔4m 用長200mm 直徑φ22mm 的螺紋鋼筋植入底板，并與鋼板接縫進行焊接固定鋼板，防止盾構機在水平頂推過程中，鋼板產生水平位移。

4.3 接收托架的安裝、加固

始發托架兩側用18#工字鋼斜撐在25mm 鋼板上并焊接牢靠，根據洞門中心標高、工作井底板標高以及接收托架尺寸，確定接收托架的空間位置。托架詳見圖5、圖6。車站底板與端頭井底板設計高差為2.1m，現據現場實測標高，對接收托架安裝，擬采用在接收架下墊900mm 支凳的加固施工方案。

圖5 鋼板式接收托架平面圖

圖6 鋼板式接收托架加固平面圖

4.4 接收托架的分離

盾構機接收利用端頭井預先安裝完成的支座，待盾構機順利接收后，施工人員將接收托架與鋪設鋼板之間的連接割開，并拆除盾尾后部接收托架的加固順接。在盾構機主機兩側各設置2 個200t 千斤頂，采用液壓千斤頂將盾構機主機頂升，詳見圖7，將支凳拆除后再將盾構機落地，詳見圖8。

4.5 盾構機盾體與后配套臺車的分離

拆卸盾體與后配套之間管線；拆卸后配套連接橋與車架之間管線；拆卸后配套車架與車架之間管路。

4.6 盾構機掉頭過程中托架的固定

在盾體掉頭過程中，需固定托架的一個角作為旋轉中心，固定方式為在對應的托架角部開φ100mm 的孔，孔深200mm，在孔中插入長300mm 直徑φ100mm 的圓鋼作為固定軸。

圖7 盾構機及托架頂升

圖8 盾構機落地

4.7 盾體調頭步驟

盾構機調頭施工前，在靠近側墻設置2 臺100t 液壓式千斤頂進行盾構機主機水平移動，頂推托架鋼板上事先焊接的頂推位置，千斤頂具體頂推位置詳見圖9、圖10。

圖9 水平千斤頂設置

圖10 水平千斤頂設置

步驟1：盾體機上接收托架后，將盾體刀尖位置頂推至與托架前端齊平，將盾體與托架固定，做好盾體掉頭的準備工作，詳見圖11。

步驟2：固定托架右上角，推動托架左下角，使得托架與盾體順時針旋轉34°，此時盾體距離側墻最近，其中左側與墻體最近距離為542mm，右側距離端墻最小距943mm，詳見圖12。

步驟3：繼續推動托架左下角，使得托架與盾體順時針旋轉至90°位置，此時盾體左側距離端墻185mm，詳見圖13。

圖11 盾體調頭步驟1 平面圖

圖12 盾體調頭步驟2 平面圖

圖13 盾體調頭步驟3 平面圖

步驟4：固定托架左右兩側，防止托架左右移動，推動托架尾部，使得托架向上移動1.2m，同時為使螺機在跟隨盾體旋轉過程中能順利過車站結構柱，需單獨將盾體前移至刀盤完全出托架并需拆除螺機尾部的馬達，詳見圖14。

步驟5：固定托架右上角，推動托架右下角，使得托架與盾體順時針旋轉69°，此時螺機過車站結構柱，距離結構柱最小距離為90mm，詳見圖15。

步驟6：繼續順時針旋轉托架，使托架中心線與隧道設計中心線一致，至此盾構機掉頭作業完成，詳見圖16。

圖14 盾體調頭步驟4 平面圖

圖15 盾體調頭步驟5 平面圖

圖16 盾體調頭步驟6 平面圖

4.8 后配套調頭施工

盾構機盾體調頭完成后，即可進行后配套調頭。

步驟1：首先鋪設好洞門到區間或車站內的臺車軌道。

步驟2：斷開各臺車間的連接螺栓及管路（后配臺車共6節，每節長8m，每節走道板兩側均有連接螺栓孔設計），并對各連接接頭進行保護。

西～集盾構區間后配套臺車的調頭：首先將盾構機平移至兩端頭井中間位置，然后采用220t 汽車吊逐節將臺車吊裝出井，運至左線（下行線）盾構井，按照安裝方向下井，完成后配套臺車的調頭。具體的后配套臺車調頭詳見圖17。

圖17 后配套調頭示意圖

5 施工技術控制要點

盾構機平移前應將鋼板上雜物、焊疤清除干凈。盾構機在平移前，一定要將主機和托架焊接牢固。

液壓泵站千斤頂在推進過程中，嚴格控制推進速度，做到緩慢均速，頂推速度控制在5cm/min；單次油缸頂推行程50cm，防止頂推行程超標，現場技術人員檢查確認；及時進行糾偏，防止托架側移。頂推油缸擺放軸線應與反力支座垂直，保證反力支座中心受力，每次頂推完成后，及時更換反力支座位置，始終保持反力支座與頂推油缸軸線垂直。

為千斤頂提供反力的構件必須加固牢靠，防止出現意外。反力構件采用2cm 鋼板與底部鋼板采用二氧化碳保護焊滿焊在一起。頂升前檢查支撐牛腿焊接質量，確保焊縫飽滿、焊接牢固。

頂升前檢查液壓泵站、液壓油頂等設備正常運轉、精度滿足施工要求，確保頂升過程順利平穩。頂升過中安排技術人員、機械人員進行旁站，確保安全施工以及頂升高程的控制。頂升到位后及時放置始發托架下墊支撐，并將其連接成一體。

6 結論

南通西站站在接收井全部封頂、無法使用任何大型輔助設備的條件下,采用2 臺100t 千斤頂、液壓泵站等簡單的機具,即完成了直徑6.43m 鐵建重工DZ569 型土壓平衡盾構機及其后配套在站內平移、調頭的全部工程。為今后類似工程積累了一定的施工經驗，總結了一套較完整的施工技術資料，可以為其它類似密閉空間盾構機暗調頭提供參考。

整個施工過程簡單,省去盾體解體及吊裝再合體的過程，大大縮短了工期，與常規的盾構機二次始發相比減少約20 天；也不需要租賃300T、400T 大型起重設備，降低了起重吊裝風險，節約了成本，提高了施工安全性和經濟效益。

該工藝適用于已完成預留車站或中心城區車站受吊裝場地限制的車站的二次始發調頭。常規車站也可以考慮采用該工藝，但要考慮結構設計條件。