地鐵盾構在掘進隧道內車架再安裝研究

董 賓（上海隧道工程有限公司，上海 200137）

南京市軌道交通 5 號線工程 TA 02 標右線盾構前莊站-科寧路站區間全程 1 856.2 m，采用 1 臺復合式土壓平衡盾構機施工。每環管片分為 6 塊，3 塊標準管片，2 塊鄰接管片，一塊封頂管片，錯縫拼接。最小轉彎Φ350 m，最淺頂覆土只有 9 m，最大坡度 2.89%。工程由于受到空間限制，盾構機的車架處于暗埋段與車站的內襯砌墻有干涉，隨對車架臨時做右側主結構單邊縮進 150 mm 的改制，主要通過對車架底部的車輪位置進行移位，保持原有的車架軌道鋪設位置?？s進右側單邊主結構后，連接車架左右側主結構的中間橫梁也需進行新制。與此同時車架的工作走道在始發井內也需拆除，等車架完全進入隧道后逐一恢復。

隨著掘進的深入，當所有的車架全部通過暗埋段，車架通過內襯砌墻進入隧道后，須將車架內開檔位置進行復原，替換新制改短的車架連接橫梁，安裝上原始的連接梁。相應地隨著車架的前行，原先設計的皮帶機出土口位置可以滿足土箱起吊井口位置后，也需要將皮帶機出土口框后移至 5 號車架，恢復原先的設計出土。

1 車架再安裝的風險點分析

此次盾構停推位置正處公路下方，覆土 25 m 左右，車架的恢復過程需要為期 7 d 左右的工期，在此期間后配套推進系統將處于暫停狀態，其余系統均可隨時啟用與工作。

(1) 單側車架提升與平移時的風險。由于車架的再安裝必須滿足一個條件，既所有后配套車架完全要進入隧道內，按每節車架的設計單側自重為 130 kN。利用管片連接螺栓，前后 2 吊點作車架提升，但存在起吊高度空間上的限制，已經不足以利用手拉葫蘆進行垂直牽引，而最關鍵的是用管片螺栓作吊點已經超出了螺栓本身的許用強度。

(2) 車架傾覆與皮帶機臨時固定的風險。對于再更換車架中間連接梁的時候，再安裝過程中需要將車架頂升至所需高度，此時車架左右結構處于離散狀態，自立性差，主結構有傾覆風險。車架頂部的皮帶機因為其本身結構的限制，無法拆解，必須將皮帶機進行原位懸掛固定，由于工作人員正處其下方，必須有足夠的安全系數。

(3) 車架的溜車風險。施工過程中，由于車架呈左右分開狀態，同時車架與車架之間部分呈脫離狀態，盾構掘進姿態有 2.95% 的下坡，后配套車架存在自行向前移動趨勢，對工作面產生了潛在的安全隱患。

(4) 刀盤被困風險。在車架再安裝過程中，過長的停機可能會造成切屑刀盤被困風險。

2 車架再安裝前采取的必要措施

2.1 刀盤正面土體的監測

施工期間采取對地面的沉降監測與盾構正面土體保壓參數的監測。盾構設計之初在拼裝管片區域的電氣柜內融合了刀盤正面土壓監測畫面，可以實時動態地看到正面土體壓力。結合地面的監測數據進行比對，必要時采取防沉降措施[1]。

2.2 防沉降的措施

由于后配套頂進系統處于暫停狀態，一旦正面土體有失壓狀態，必須立即對開挖面進行壓注膨潤土。膨潤土以懸乳液的形式在施工前補給至鵬潤土箱，通過膨潤土系統注入到開挖倉，必要時可向盾殼外測注入[2]。

2.3 盾構防后退措施

盾構停推時，推進油缸與控制閥組均有可能存在內泄漏，造成推進油缸回縮引起盾構后退，而使開挖面土體松動造成地表沉陷。

盾構停推時記錄每個區域的推進油缸行程，隨后制作相應長度的臨時支座，將其放置并固定在 4 個行程油缸區域位置。

2.4 準備足夠數量和排量的抽水泵

一旦工作井內出現積水不僅影響盾構安裝，還危害施工人員和盾構的安全，須及時采取有效的排水措施。

2.5 單側車架提升與平移

使用葫蘆作為車架提升的方式已經存在諸多弊端，故提出改用在車架底部用型鋼作支撐，支撐同時制作支撐腿，支撐在管片上確保支點的受力均勻與足夠強度。液壓千斤頂作頂升裝置，油缸頂升行程 60 mm。由于液壓油缸在使用過程中完全靠油封來實現有桿腔與無桿腔的阻隔，存在一定的泄漏風險，因此制作了 4 件等高塊，當頂升至所需高度后將事先準備的等高塊墊入兩型鋼的分界面，起保險作用。使用管片螺栓作為葫蘆掛點，將左右車架進行側向的穩固牽引，同時檢查葫蘆掛鉤的完好性與自鎖情況。

皮帶機將用葫蘆 4 吊點起高，采取在車架前后皮帶機下方鋪設 2 根方管作安全保護（圖1）。

圖1 車架頂升示意圖

2.6 車架防溜、平移措施

考慮到車架在安裝過程中有自行向前移動趨勢，采取對每節車架 4 個輪子用鐵質契形塊進行防溜控制措施。

完成了上述提升與穩固工作后進行右側車架的平移工作，平移時采用螺旋油缸作緩慢的移動（圖2），直至車架下部內開檔達到 1 850 mm。

其次更換車架中間大梁，由 1 800 mm 替換 1 650 mm的連接梁，采用逐一替換法，以保證管片螺栓及葫蘆出現意外的情況下，仍有部分大梁做內支撐保護。

圖2 車架的平移示意圖

2.7 防止刀盤被困措施

由于盾構機較長時間不掘進，正面刀盤較長時間不轉動，刀盤有被困危險。因此需要計劃在施工至整個工期一半進度時，合理地短時轉動刀盤，同時又要保證最小土體擾動。

3 車架再安裝具體步驟

前期準備工作完成后，進行具體實施。按先后順序內容分為 5 個階段。

(1) 移除單梁。將單梁結構整體從 1 號車架頂部拆下，方便車架連接梁的更換工作，因為單梁的固定安裝位置在梁的中間位置，隨后利用電機車將單梁運出隧道。

(2) 斷開皮帶機、雙梁、牽引梁。斷開皮帶機斜段與一號車架處的連接銷，利用管片螺栓孔將皮帶機斜段吊起固定。拆除雙梁后端，臨時存儲在隧道內。將牽引梁與車架連接側的連接銷拆除，同時借用管片吊裝孔用 3 t 葫蘆將牽引梁吊起固定。

(3) 恢復車輪組。首先將本節車架的皮帶機用 4 吊點的方法，用 4 只手拉葫蘆利用管片螺栓作吊點，將皮帶機完全吊起，每節皮帶機總重量設計在 1.8 t 左右，使頂部梁拆除工作不與其發生干涉，利用先前的垂直頂升方案進行右側車架的施工作業。待其各工裝均到位、保險措施完善后，斷開車架頂部連接梁右側的連接螺栓，車架呈左右兩半分開狀態，檢查分開后單側車架的穩定性、頂部葫蘆鏈條的張緊力，在確認無明顯移位后提升車架（伴隨頂部葫蘆的同步張緊）致車輪組脫離軌道面后，將原右側的兩對車輪組拆除。最后用螺旋千斤頂將右側單片車架向外平移（150 mm），使得車輪組能順利安裝。在整個過程中派專職人員看護頂部葫蘆受力情況與液壓千斤頂的行程變化，做到實時監控，提早做出預判。

(4) 更換頂部梁。待車輪組恢復后，利用支撐油缸將車架整體緩慢下落，降落過程中不得使頂部的葫蘆受主力，車輪組完全坐落與車輪軌道后，拆除車架頂升工裝，保留頂部5 t 葫蘆的牽引防傾覆措施。

(5) 恢復單梁、牽引梁、雙梁、皮帶機。其余結構件在所有車架復原后按照后拆先恢復的原則進行施工 （圖3）。

圖3 車架再安裝完成

4 結 語

此次南京地鐵盾構軟土層中隧道內對車架再安裝的改動，滿足了工期的要求，期間能夠按照既定的方案有效地一步步落實。結合以上的施工控制措施，現場施工成效顯著，并且得出較為合理可靠的設備拆卸和再安裝作業方案，較大程度地避免了各類可能發生的事故。此次的隧道內對車架結構系統的更換安裝成功實施，也屬第一次，為以后類似的工程情況提供了借鑒與參考。