封閉式車站盾構暗調頭技術研究與應用

張曉良，袁曉亮

（無錫中鐵城軌裝備有限公司，江蘇 無錫 214000）

盾構法因其施工安全快捷、施工作業環境好、不受氣候條件影響、對地面交通干擾小、對地面建筑及地下管線影響小、結構防水高、維護方便等優點，在城市軌道交通中得到廣泛的應用。但是用于盾構的始發與接收、物料吊運、物料存儲等附屬設施需占道建設，往往會使原本就繁忙的主干道路短時間內出現更加擁堵的狀況，給人們的交通出行帶來了諸多不便。因此，越來越多的盾構接收車站采用頂板全封閉的結構形式，以便盡早恢復道路來緩解地面交通壓力，如何快速、高效地實現盾構在封閉式車站內調頭，將直接影響施工的進度和成本。王鎮春等以南京地鐵玄武門站為例，介紹了盾構主機及后配套系統在地下接收站調頭技術的運用；楊育僧等以廣州市地鐵三號線客大盾構區間為例，介紹了盾構在地下洞室內調頭技術的運用；崔現慧等對盾構移位調頭時鋼珠型重載移動裝置的應用進行了分析；覃建庭對密閉式車站盾構平移調頭施工技術進行了研究；萬凱等對封閉式地鐵車站內盾構調頭施工技術進行了研究；趙國就地鐵站內盾構調頭始發技術進行了研究。

以上盾構調頭施工研究內容為盾構封閉車站調頭提供了理論依據與技術參考，但上述研究內容僅采用油缸頂推單一姿態控制方法對盾構進行調頭，使盾構在調頭過程中位移姿態不易于控制、位移重復點位多、施工效率降低。本文旨在依托蘇州軌道交通地鐵5 號線09 標段蘇嘉杭站～通園路站盾構區間工程，對封閉式車站盾構暗調頭技術進行研究總結，以期為以后類似盾構施工項目提供理論依據與技術參考。

1 工程概況

蘇州市軌道交通地鐵5 號線09 標段包括兩個盾構區間，即蘇嘉杭站～通園路站區間及通園路站～星港街站區間。按照工程籌劃，蘇嘉杭站～通園路站區間盾構在蘇嘉杭站東端始發，經通園路站暗調頭回到達蘇嘉杭站接收，具體施工籌劃圖如圖1 所示。

圖1 工程籌劃圖

2 工程重難點分析

2.1 工程區間重難點分析

通園路站為地下二層式換乘站，如圖2 所示，今已完成地下二層土建封頂施工，工作井全長11.8m，下行線區間至上行線區間有效寬度為24.9m，盾構工作井至地下二層上翻梁有效高度為7.25m，通園路車站為盾構從蘇嘉杭站至通園路站區間施工完成后的接收工作井，地下二層土建施工已完成。因此在空間狹小、無開放式吊裝條件的封閉車站完成盾構整機接收、暗調頭與再始發是本工程的重難點。

圖2 通園路站調頭井結構示意圖

2.2 暗調頭姿態控制重難點分析

盾構全長約85m，結構主要由盾構主機與后配套組成，主機及其后配套外形及重量詳見表1。其中盾構主機直徑達6.5m、長度11 594mm、重量375t，主機重心靠近前端，距刀盤外輪廓約4.5m。因此盾構重量重、尺寸大、主機結構前重后輕均影響盾構暗調頭姿態的控制，是本工程施工的重難點。

3 暗調頭技術研究與應用

3.1 盾構暗調頭技術

盾構暗調頭施工是指在一個區間的地鐵隧道上下行線施工時，只投入1 臺盾構，盾構從區間隧道一端掘進到封閉式的工作井時，在車站內部將盾構平移、調頭到另一條隧道線上，再做反向掘進的施工過程。具有工程投入少、效率高等顯著特點，因此，研究盾構的暗調頭技術具有重要理論及實際應用意義。

整個暗調頭施工分前期準備工作、主機調頭和后配套調頭三階段進行。第一階段：為完成盾構暗調頭做好準備工作。第二階段：盾構主機進洞從下行線路的接收井轉至上行線路的始發井，橋架與拖車留在下行線路隧道內，此時盾構主機與后配套之間用轉接電纜與轉接油管連接。第三階段：盾構主機推進一定距離后，再將后配套從下行線路移至上行線路上，拆除轉接電纜與轉接油管后按原狀態連接盾構主機與后配套系統。

表1 盾構主機及后配套外形尺寸及重量

3.2 盾構暗調頭技術施工流程

盾構暗調頭技術施工內容主要由場地布置、接收架布置、主機出洞至接收架、主機與后配套分離、主機調頭、后配套調頭、主機與后配套再次組裝調試等組成。施工流程見圖3。

圖3 盾構暗調頭流程圖

3.3 前期準備工作

3.3.1 場地的布置

盾構接收場地布置前需對接收井的作業空間進行詳細測繪以便為盾構的暗調頭施工做好充足的準備。盾構暗調頭施工范圍內需確保場地平整、干凈，混凝土表面鋪設25mm 厚的鋼板。由于鋪設鋼板的面積比較大，不便予采取預埋件定位，應采取錨桿固定，在鋪設定位的鋼板和混凝土面上用磁力鉆打孔，采用合適的螺紋鋼作為錨桿，用錨固劑固定，將突出鋼板的錨桿割除并打磨光滑，錨桿與鋼板連接處應進行滿焊并打磨平整。另外需提前在鋼板上涂抹黃油以減少移動架和鋼板之間的摩阻力，提高盾構調頭施工的效率。

3.3.2 接收架的布置

盾構接收架的布置應保證接收架的中心軸線與隧道設計軸線一致的同時兼顧盾構出洞姿態；需保證刀盤貫通后推進油缸能為拼裝管片提供足夠的反力，可考慮接收架以盾構進洞方向不少于+3‰的坡度進行安裝；為保證盾構能順利到達接收架，需對接收架進行臨時加固。

3.4 主機出洞至接收架

為保證主機能順利地完成暗調頭，主機出洞至接收架時，需做好以下工作：利用推進油缸將主機頂推到接收架時，需保證刀盤至接收井前端有一定的距離以確保主機旋轉、移動時刀盤不碰到接收井前端；需保證螺旋輸送機推出隧道洞門一定距離以確保主機旋轉、移動時螺旋輸送機不碰到洞壁；利用連接鋼板將主機外殼與接收架焊接固定，以確保主機旋轉、移動時主機與接收架無相對移動；利用連接鋼板將鉸接環兩側的盾殼焊接固定，以確保主機旋轉、移動時鉸接環與鉸接密封不受到側壓而損壞。

主機出洞至接收架后，在主機外殼上焊接4只頂升油缸支座，固定4 根200t 油缸,其中油缸底座與頂升油缸支座通過螺栓連接；在鋪設鋼板與頂升油缸之間放置4 只500mm 高的擱凳1，為主機下降做好準備；在鋪設鋼板上布置頂推支座，安裝液壓油缸用以提供主機調頭過程中所需的推力；在接收架的四角焊接4 塊牽引耳板，用以配合卷揚機拽拉主機，卷揚機在主機調頭過程中起到精準調向，利用油缸與卷揚機配合的方式進行主機調頭可提高作業效率、安全性和準確性。

3.5 主機與后配套分離

為做好主機與后配套分離和之后的組裝工作，需提前做好以下工作：調整管片拼裝機的位置，使拼裝機抓舉梁前移、定位機構位于設備的正下方；通過旋轉螺旋輸送機，將螺旋機內部渣土清理干凈；利用盾構推進油缸進行頂推，將主機往前移動至完全處于接收架上；在管片車上焊接支架，對牽引桿、橋架、前端皮帶機等部件進行支撐；斷開主機與后配套之間水、電、液管線之前，各類管線應做好編號，并做好清潔防護工作。

3.6 主機調頭

主機調頭通常有整體吊裝法、分體吊裝法、滾珠盤移動裝置與主機及接收架整體式與鋼板摩擦進行轉向移動、船型滑帶與主機及接收架整體式與鋼板摩擦轉向移動。在封閉的車站內，由于吊裝受限及成本考慮，建議采用主機與接收架整體式轉向法（底部鋪設船型滑帶）以實現盾構的暗調頭。除了通過油缸頂推，建議配合卷揚機拽拉的方式以實現主機調頭過程中轉向、位移的精準控制。

3.6.1 調頭準備

由于盾構接收井口的高度往往與盾構接收時的實際需求不匹配，項目施工人員通常是采取調整接收架的高度來實現盾構的正常接收，但是作為盾構的暗調頭項目，此時通過增加接收架的高度勢必會造成主機在調頭的過程中重心較高，具有較高的安全隱患，因此通過增加接收架的本身高度以實現盾構的暗調頭項目主機接收的方式是不推薦使用的，建議在接收架底部增加墊高支架的方式以實現接收架高度的調整。為了減少主機在調頭過程的摩擦阻力，建議將接收架的墊高支架更換成船型滑帶，置于調頭鋼板平臺上。為實現將接收架的墊高支架更換成船型滑帶，可以通過多次油缸頂升-更換低規格擱凳-主機與接收架高度下降等周期性工作來實現。但因頂升油缸的有效行程較小，除需提前備置液壓泵站、頂升油缸之外還需備置頂升用多規格擱凳等材料。

3.6.2 調頭過程

圖4 主機調頭初始狀態示意圖

如圖4 所示，首先在接收架尾部布置頂推支座，使用頂推油缸將盾構主機從位置1 推至位置2。之后在上行線路車站內側布置2 臺5t 的卷揚機，卷揚機的側板與井壁上的預埋件焊接固定，底板與鋪設的鋼板進行焊接固定；將兩根頂推油缸及支座布置于接收架左側；將卷揚機通過鋼絲繩、四輪起重滑車與接收架上的牽引耳板進行連接；待各受力位置調整后，通過頂推油缸的頂推與卷揚機輔助調向的方式對其進行調頭。

如圖5 所示，按照預設置的路線對主機進行頂推并輔以卷揚機的調向，盾構主機的位置2 轉移至位置3。之后變換2 號卷揚機位置，將其布置于下行線路左側，調整鋼絲繩的節點繞行軌跡，頂推油缸的位置隨盾構姿態變化進行調整，按照預設置的路線，將盾構主機從位置4 移至位置5，如圖6 所示。為滿足盾構再次始發標高的要求，需對主機進行頂升，并逐步升高擱凳直至將接收架底部的船型滑帶更換成墊高支架，完成盾構始發標高姿態的調整，盾構主機與后配套臨時連接就位后進行再次始發。

圖5 主機調頭中間狀態示意圖

圖6 主機調頭最終位置示意圖

3.7 后配套調頭

由于調頭區域工作井長度與盾構主機長度相近，后配套橋架及拖車無法到達接收井端頭，待主機再次始發掘進至拆除負環后再依次進行后配套調頭工作。后配套拖車、橋架調頭采用底部安裝4 處萬向輪對，并輔以卷揚機拽拉進行調頭工作。待負環拆除結束后，后配套依次移至車站內，并將主機與后配套之間水、電、液管線進行連接，整機組裝調試完畢后，恢復盾構的正常掘進。

4 結論及展望

本文結合蘇州市軌道交通5 號線09 標盾構在通園路封閉車站內的暗調頭施工實例，研究了盾構在封閉車站使用油缸頂推與卷揚機調向進行暗調頭技術。實踐證明此暗調頭技術在封閉式車站施工環境下具有安全與質量可控性好、施工工期短、施工成本低等優勢。

此封閉式車站盾構暗調頭技術與以往暗調頭技術相比，具有位移姿態控制好、位移點位少、施工效率高、施工周期短等優勢，可作為其它類似封閉式車站盾構暗調頭施工項目的參考。但是考慮到未來施工技術的發展與施工環境存在的差異性，設計師仍需根據實際施工條件出發，從安全、質量、成本、工期等多方面考慮，科學合理地制定相應的技術方案。