站內解體過站盾構設計及應用技術研究

閆永陣，石小偉

(中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016)

隨著城市的不斷發展，以盾構技術為支撐的地鐵隧道施工工程已經成為解決城市化所帶來的一系列交通問題的主要途徑[1]。盾構施工在已有地面建筑的特殊站點，會存在盾構無法正常始發或接收的情況。為解決上述問題，在盾構始發時通常采用“分體始發”；在接收時則采用“洞內拆機平移接收”。盾構的“分體始發”技術劉海峰等[2]和杜金峰[3]做過詳細的研究，盾構的“洞內平移接收”技術崔青玉等[4]和黃云生[5]做過詳細的研究，現在已經是成熟的技術方案。

越來越多的盾構接收時不具備車站整機接收條件，所有盾構部件必須在洞內完成拆解和隧道內回撤運輸。結合盾構自身特點和到達位置的空間條件，通過制定合理的盾構洞內拆機方法，可以有效提高洞內拆機效率，減小盾構后期恢復的成本[6～7]。接收車站封閉條件下盾構拆機解體技術李海等[8]做過詳細的研究，現洞內拆機技術已有成熟的技術方案。但在工期緊且需穿越位于正常運行高鐵站下方的封閉接收車站后再始發的研究尚無成熟的案例，封閉接收車站和上方運行的地鐵線路的空間限制對盾構的解體過站帶來了一系列技術難題。本文在前人研究的基礎上，進一步研究封閉車站接收站內解體過站盾構設計及其應用技術，以期增加技術儲備，為以后類似的盾構施工項目提供技術參考。

1 項目概況

寧波市軌道交通4 號線柳西站-寧波火車站-興寧橋西站區間隧道，縱坡為“V”形坡，最大縱坡為28.3‰，隧道埋深為13.8～27.6m，上行線設計長度約2 054m，下行線設計長度約2 028m，整個線路最小平面曲線半徑為369m，盾構區間管片外徑為6.2m。該項目采用的兩臺土壓平衡盾構主要設計參數如下：開挖直徑為6 350mm，盾體采用通徑設計，均為6 340mm，鉸接形式為主動鉸接，允許平面最小曲線半徑250m，允許最大隧道縱向坡度為50‰。

2 施工方案確定

該項目的施工難點在于位于寧波高鐵站下方，上方還有已運行的軌道交通2 號線橫穿，且其主體結構已完成封頂，不具備盾構吊出條件。由于寧波火車站接收端不具備吊出盾構的施工條件，項目原計劃兩臺盾構完成柳西站至寧波火車站掘進后，在寧波火車站站內完成盾構的解體，經隧道將解體的盾構回撤至柳西站始發井口吊出，之后將兩臺盾構運輸至興寧橋西站，盾構在興寧橋西站恢復后完成興寧橋西站至寧波火車站的掘進，在寧波火車站站內完成兩臺盾構的再次解體，最后將解體的盾構回撤至興寧橋西站始發井口吊出。

原方案需要在寧波火車站站內完成兩次盾構解體、兩次盾構解體運輸、兩次始發井盾構吊入和吊出和一次兩個站點之間的盾構運輸。為縮短施工工期，降低施工成本，施工方結合專家組與盾構生產廠家建議，創新式地提出了站內解體過站的施工方案，即2 臺盾構完成柳西站-寧波火車站掘進后，在寧波火車站站內完成盾構的解體過站，完成寧波火車站-興寧橋西站的掘進后吊出。兩種方案的優劣對比如表1 所示。

表1 兩種施工方案對比

由表1 可知，現方案較原方案省了1 次洞內解體、2 次隧道內解體運輸、1 次始發站吊入吊出和1 次站與站間運輸次數，僅增加了1 次洞內過站?，F方案比原方案能有效地縮短施工周期，減少施工成本。

3 邊界條件分析

盾構過站技術汪定國[7]做過詳細的研究，常規施工項目的盾構過站方案已有成熟的技術方案。由于既有車站主體結構尺寸的不同，其文中所提的過站技術不能有效解決本項目所遇到的難題。為制定針對性的盾構設計和站內解體過站工藝流程，對封閉車站邊界條件的測量與分析必不可少。根據實地測量的寧波火車站主體結構的尺寸分析發現，在其站內實現解體過站需要解決以下問題。

1）站內線路上有一段風道墻，如圖1 所示。施工線路上頂板距底板的高度僅有6 200mm，小于刀盤和盾體的直徑。因此，盾構在過站時需對刀盤進行局部切割后平移過站；盾殼需考慮分塊設計，拆完盾殼頂塊后進行平移過站。

圖1 施工線路上橫向最小截面圖

2）線路中心距標準段側墻僅2 100mm，無法滿足后配套過站的要求。因此，需對過站存在干涉的后配套結構進行可拆卸式設計，以滿足盾構再次始發時機、電、液等部件的正常工作。

3）接收井底板與標準段底板存在1m 的高度差，過站時需抬高和降低主機，需特制升降工裝，保證各其安全起升和下降。

4 盾構針對性設計

本項目盾構能實現站內解體過站的關鍵在于實現刀盤、盾體的過站和滿足后配套結構能正常通過標準段側墻。接收車站封閉條件下刀盤的解體與恢復技術李海等[8]做過詳細的研究，本文不再詳述，施工現場可根據實際情況對刀盤進行適當分割與恢復，保證刀盤能順利過站即可。但是文章所述的盾體需要進行現場氣刨解體，這種方案不僅需要大量人力，而且盾體恢復的質量難以保障。本文創新性地提出盾體采用分塊設計，各分塊盾體采用螺栓連接，可以實現盾體高效、安全的解體過站和恢復。

4.1 前盾分塊設計

由圖1 可知，中墻與風道墻中間2 600mm 的間隙為前盾的縱向過站提供了可能性，但必須將盾體頂部進行分塊，頂部分塊即要考慮前盾頂部設有人員過渡艙，又要考慮其站內拆除時的便利性和安全性；作為針對站內解體過站方案而設計的盾構還需考慮設備的通用型，為了滿足不同邊界條件下盾體解體過站，前盾可分成2～4 塊設計。

前盾分塊設計注意事項如下。

1）為便于盾體的解體與恢復，各分塊盾體法蘭宜采用螺栓連接。

2）為保證分塊盾體法蘭連接后的精度，每對法蘭需設置銷釘定位。

3）為保證分塊盾體法蘭連接后的密封性，螺栓連接外側應設置整圈密封，同時在法蘭外側設置5mm 的坡口，盾體組裝完成后，對其焊接以加強盾體系統的密封性，保證設備的安全。

4.2 中盾分塊設計

中盾分塊的位置由于空間的限制必須布置在鉸接油缸的點位，因此分塊位置上的鉸接油缸座子必須設計成異性結構以滿足中盾分塊法蘭的布置；中盾分塊的位置與前盾分塊的位置應設計成不同角度以減少分塊盾體法蘭連接螺栓的受力，便于中盾的解體與恢復；中盾前與中盾后的分塊位置應設計成相同角度，以減少中盾的解體與恢復的工作量；為了滿足不同邊界條件下盾體解體過站，中盾前與中盾后可分成2～4 塊。

中盾分塊設計注意事項如下。

1）為便于中盾的解體和恢復，分塊位置上異形鉸接油缸座子應設計成可拆卸的結構形式。

2）為便于米字梁的設計與制造，米字梁頂部斜腿應避開分塊位置。

3）為保證盾體鉸接密封的密封效果，確保盾構掘進時的安全性，中盾前鉸接環機加工面在其焊接恢復后必須打磨光滑。

4.3 尾盾分塊設計

管片的拼裝在尾盾內進行，因此尾盾分塊法蘭不能設計過長；尾盾恢復時需在分塊位置進行大量的施焊，作為長筒性結構，尾盾在焊接后會出現較大的變形，因此在滿足邊界條件的情況下尾盾盡量分成2 塊。

尾盾分塊設計注意事項如下。

1）為便于尾盾的解體和恢復，頂部分塊的角度既要大于中盾頂部分塊的角度，又要盡量減少分塊的角度。

2）為減少尾盾焊接恢復的變形，需設計尾盾分塊焊接工裝。

4.4 后配套設計

由于線路中心線距標準段側墻僅2 100mm，常規設備橋無法滿足盾構再始發的要求，設備橋兩側的拉梁應設計成可拆卸式結構；盾構再始發時，將設備橋的拉梁拆除，待設備橋通過側墻后再組裝即可。拖車底部平臺的左側設計有外側走臺作為人員通道，常規盾構的外側走臺無法滿足過站的需求；為滿足盾構再始發時拖車能順利通過側墻的要求，同時減少盾構解體過站的工作量，宜將拖車的外側走臺設計成可翻轉式的結構。

5 站內解體過站工藝

根據可拆卸式盾構制定合理的站內解體過站工藝流程，可有效地縮短施工周期，減少施工成本，工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 站內解體過站工藝流程圖

5.1 準備工作

盾構站內解體之前，應保證盾構能以準確的姿態落到接受架上；準備好站內解體過站需要的各種工具和材料；制作好解體過站需要的各種工裝；架設好解體過站需要的橋吊和軌道吊。

5.2 刀盤過站

盾構掘進至盾尾距離接收洞門前約1m 處停機，方便人員進出隧道；拆除連接螺栓后，利用軌道吊將刀盤翻轉在標準段線路上；將刀盤適當割除后通過軌道小車輸送至始發井，待刀盤恢復后，通過橋吊將刀盤在始發位置立起并固定。刀盤過站的同時，可借助拼裝機將需要拆除的推進油缸拆除。

5.3 螺旋機和拼裝機拆除

螺旋機拆除之前，使用平板小車支撐設備橋，將后配套整體后撤約30m，分離時應標記好各種管線以便于盾構的再次組裝。利用拉鏈葫蘆完成螺旋機的拆除，將螺旋機平放在電瓶車并后撤約20m，為拆除拼裝機留出空間。使用特制的平板小車支撐拼裝機后，拆除拼裝機與米字梁的連接螺栓，之后將拼裝機后撤10m。

5.4 前盾和主驅動過站

將鉸接油缸拆除，完成中盾前與中盾后的分離，注意確保鉸接密封不被拉壞；首先完成前盾頂塊的拆除并輸送至始發井口中間空隙處；之后將前盾底部旋轉90°后放置在特制托架上并使用筋板固定，利用兩根頂推油缸以步進的形式將前盾底部和主驅動輸送至始發井口；最后使用橋吊完成前盾頂塊的組裝并將刀盤組裝在主驅動上。

5.5 中盾、尾盾過站

中盾、尾盾的過站與前盾相似，所不同的是中盾、尾盾在拆除頂塊后均不需要旋轉90°，通過橫推的形式完成過站，中盾前底部過站后依次完成與頂塊、前盾的連接；中盾后完成頂塊的組裝后，首先完成鉸接密封的安裝，之后安裝鉸接油缸完成中盾的組裝；尾盾底部完成與頂塊、中盾后的連接后，安裝推進油缸，完成盾體系統的安裝。

5.6 拼裝機和螺旋機安裝

安裝拼裝機和螺旋機之前，首先完成線路軌道的鋪設，之后使用平板小車和電瓶車將拼裝機和螺旋機依次輸送至始發井端并完成組裝。

5.7 后配套安裝

使用電瓶車將后配套整體輸送至始發井端并完成設備橋的組裝，注意提前將與標準段側墻干涉的設備橋拉梁拆除并將外側走臺翻轉90°，最后將各種管線連接完畢并完成調試，至此完成整機的解體過站。

6 結語

隨著國內盾構施工工期愈發緊張，已運行的地鐵線路越來越多，新施工地鐵線路下穿已運行地鐵線路的盾構施工項目的出現將會愈發頻繁，類似的極端條件下的解體、過站將不可避免。一方面，建議類似工程設計時盡量考慮給盾構的解體過站預留足夠的空間；另一方面，盾構應在設計之初就要針對其解體過站的邊界條件考慮對應的設計，以期減少盾構解體過站的施工成本，提高施工的效率。本文通過對特定項目的站內解體過站盾構設計及其應用技術進行了研究，為類似施工項目的盾構針對性設計和站內解體過站工藝提供技術參考。