鋼套筒與盾構機分體平移施工工法

李二虎

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266000）

1 工程概況

呼和浩特市城市軌道交通2號線一期工程06標段包含兩站三區間。其中大學西街站～中山路站盾構區間右線全長836．266 m，左線全長836．245 m，本區間采用2臺盾構機，右線先施工，右線盾構機掘進至中山路站南端頭后，盾體吊出，轉運至中山路站北端頭下井組裝，后配套臺車經中山路站右幅至車站北端頭，與盾構機連接調試，始發，完成中～新右線掘進，掘進的過程中，管片運輸、出土等工序施工經中山路站至大學西街站；左線盾構機到達中山路站南端后通過分體、平移吊出。中山路站～新華廣場站盾構區間右線全長391．213 m，左線全長391．737 m，本區間采用2臺盾構機，右線從中山路站北端始發，到達新華廣場站后分體、平移吊出；左線從新華廣場站始發，到達中山路站北端后分體、平移吊出；新華廣場站～呼和浩特站區間右線全長762．951 m，左線全長766．393 m，采用2臺盾構機施工，左線盾構機從新華廣場站北端始發，到達呼和浩特站后直接吊出；右線施工時盾構機通過分體、平移實現始發，到達呼和浩特站后直接吊出（圖1）。

圖1 盾構施工總體部署圖

本標段盾構區間施工盾構機需要經過12次拆裝機，1次平移始發，3次平移吊出完成。盾構始發接收是盾構施工中風險最大的環節，非常容易發生工程質量和安全事故。盾構機分體平移始發接收方案的確定直接影響到盾構施工的安全、施工效率、設備功能的發揮程度，所以如何對盾構分體平移始發和接收的安全質量風險進行評估，并形成風險對策以付諸實施顯得尤為重要。

2 工法特點

2.1 操作簡單

在受規劃及建（構）筑物制約的情況下（如地下車站往往設計空間較小或結構較復雜），特別是小空間且無大型機械協助的情況下，本工法可以靈活進行平移施工，極大程度上縮短工期和提高經濟效益[1]。

2.2 成本低、進度快、環境干擾少

本工法的施工技術最大限度地減少占用城市道路空間，始發和接收期間，最大限度地將盾體置于地下車站內，避免常規分體始發工況下，將臺車臨時放置于井上而需要較大的地上空間，有效減小了對周邊環境的干擾。

2.3 安全可靠

本工法通過對鋼套筒的改裝、盾構機的解體，分塊、分序平移，通過液壓千斤頂和減小摩擦力等手段，保證鋼套筒帶盾構分體平移的安全、質量可控。

2.4 整體性高

本工法在鋼套筒接收后直接利用鋼套筒與盾構機一起整體過站。利用鋼套筒平衡接收始發技術，通過在已建車站底板鋪設滑移軌道，采用液壓千斤頂在已鋪設好的軌道上對鋼套筒和盾構機整體進行抬升、移動，從而實現盾構機和鋼套筒整體過站。

3 適用范圍

本工法適用于受規劃及建（構）筑物的制約（如地下車站設計空間較小或結構較復雜），特別是小空間且無大型機械協助的情況下。

4 工藝原理

經過對鋼套筒的改裝、盾體解體，綜合考慮將鋼套筒連同盾體共同平移方案，需把盾構機主機部分刀盤、前盾、中盾、盾尾分別在鋼套筒內，經多次平移到始發或者吊裝口下方，解決小空間條件的鋼套筒帶盾構機平移組裝。其工藝原理如下。

平移始發：鋼套筒帶盾體平移前需要把螺旋輸送機先平移過去，管片拼裝機用葫蘆懸掛在盾尾內，等鋼套筒帶盾體全部平移至始發井口對接完成后，在鋼套筒內安裝管片拼裝機和螺旋輸送機[2]。

接收平移：盾構機在鋼套筒內接受后，解體平移前需在鋼套筒內把螺旋輸送機拆下來后退至隧道內，管片拼裝機拆卸下來懸掛在盾尾內之后對盾體進行解體，把鋼套筒分成兩部分分別平移。

平移方法：采用千斤頂頂推法與鋼板滑移法相結合的方法對盾構機主體進行平移。

5 工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程

（1）盾構機與鋼套筒的分體平移始發施工工藝流程如下：底部鋪設鋼板、平移工裝制作→螺旋輸送機平移→第4、3節鋼套筒底環下井拼裝→盾構機刀盤、前盾、中盾下井拼裝→整體橫向平移→整體縱向平移至洞門、頂升就位→第4、3節鋼套筒頂環下井橫向平移→鋼套筒頂環提升縱向平移就位→第2、1節鋼套筒底環下井拼裝→尾盾及拼裝機下井拼裝→整體橫向平移→整體縱向平移、頂升至已就位的鋼套筒位置對接→第2、1節鋼套筒頂環下井橫向平移、提升就位→鋼套筒內安裝拼裝機和螺旋輸送機→整體頂升就位→平移反力架及反力架安裝。

（2）盾構機和鋼套筒的分體平移接收施工工藝流程如下：底部鋪設鋼板、平移工裝制作→鋼套筒第2、1節，后蓋下井拼裝，橫向平移→鋼套筒第2、1節、后蓋縱向向后平移→鋼套筒第3、4節，過渡環下井拼裝，橫向平移→鋼套筒拼裝、連接整體頂升就位→鋼套筒回填砂土、密閉試驗→盾構機接收→鋼套筒內拆除螺旋機退回隧道內→鋼套筒內拆除拼裝機懸掛在盾尾→盾體及鋼套筒解體→第4、3節（尾盾及拼裝機）橫向平移、吊出→第2、1節（刀盤、前盾、中盾）縱向向前平移→第2、1節（刀盤、前盾、中盾）橫向平移、吊出。

5.2 施工準備

（1）收集各類施工文件、規范和圖紙，收集現場施工資料；結合現場實際情況，設計適合于現場的鋼套筒，進行平移過程中的受力計算，確定帶鋼套筒盾構機分體平移施工方案[3]。

（2）配備施工機具設備、操作平臺；配備各種測量設備，現場測量放樣；完成運輸、吊運等施工通道、操作場地的施工等。

5.3 鋼套筒加工平移

（1）鋼套筒加工分為6節加工而成，即傳力架0號（長1 000 mm）、傳力架1號（長2 500 mm）、傳力架2號（長2 500 mm）、傳力架3號（長2 500 mm）、傳力架4號（長2 500 mm）、過度環（長500 mm）。

（2）每一節由頂環、側環、底環組成，底環分布角度為180°，頂環和側環分布角度分別為60°。

5.4 平移始發施工工序

（1）井底清理平整：吊裝口井底底板結構施工完成后，將底部雜物清理干凈，鋪設20 cm厚細砂找平。

（2）井底鋪設3 cm厚鋼板；對鋼板進行焊接加固。在鋼套筒底座兩側各安裝100 t液壓千斤頂，利用液壓千斤頂將盾構機連同鋼套筒底座抬升至少20 mm。

（3）第4號、3號鋼套筒（傳力架）底環下井拼裝；盾構機刀盤、前盾、中盾下井拼裝；（其整體結構尺寸如下：長5 500 mm、寬7 030 mm、高7 110 mm）。拼裝前首先在厚鋼板上沿橫向平行鋪設8根移出橫向鋼軌；用鋼軌鉆孔機在兩端的移出橫向鋼軌的軌腰上鉆圓孔，3個圓孔為1組，每組之間的間距為400 mm，圓孔間距為100 mm；在移出橫向鋼軌上涂抹黃油。

（4）拼裝完成后通過千斤頂橫向平移至右線。通過液壓千斤頂將鋼套筒底座及盾構機安置在移出橫向鋼軌上；在兩端的移出橫向鋼軌上，鋼套筒底座側面靠墻的一端安裝100 t橫向頂推油缸，同步推動鋼套筒底座及盾構機向過站中心位置橫向平移。通過計算，2組100 t液壓千斤頂能夠滿足所需頂力要求。為減小摩擦力，在平移前，鋼板上整體涂抹黃油。在鋼板上焊接“工”字鋼作為千斤頂后座持力點。精確測量后，縱向平移至洞門位置，使鋼套筒與洞門環梁準確對位。

（5）第4號、3號鋼套筒頂環下井橫向平移，提升就位。在負一層中板井口增設3個鋼梁，鋼梁兩端以中板井口環梁為支撐點，鋼梁采用40a“工”字鋼制作，用于提升鋼套筒頂環。

（6）第2號、1號、0號鋼套筒底環下井拼裝，尾盾及拼裝機下井拼裝；（其整體結構尺寸如下：長6 000 mm、寬7 030 mm、高7 110 mm）。

（7）第2號、1號、0號鋼套筒底環下井拼裝，尾盾及拼裝機下井拼裝；（其整體結構尺寸如下：長6 000 mm、寬7 030 mm、高7 110 mm）。

（8）盾構機縱向平移：在鋼板上涂抹黃油后，設置反力支座，固定100 t縱向頂推油缸，頂住鋼套筒底座兩側，同步頂推鋼套筒底座與盾構機前移；當縱向頂推油缸達到最大行程時，拆卸下縱向頂推油缸，安裝增大一次頂推行程方鋼頂鐵，重新安裝頂推油缸，繼續頂推移動套筒，如此反復循環直至始發端頭井。鋼套筒及盾尾整體縱向平移、頂升至已就位的鋼套筒位置對接，第2、1節鋼套筒頂環下井橫向平移、提升就位。

（9）鋼套筒及盾體整體平移就位后，在鋼套筒底座安裝2組200 t、2組100 t液壓千斤頂抬升鋼套筒底座及盾構機至少200 mm；鋼套筒底部下墊“工”字鋼。

（10）固定鋼套筒底座。復測校驗盾構機位置后，鋼套筒底座前端距離洞門鋼環為500 mm，固定鋼套筒底座，將鋼套筒底座與底板預埋鋼板焊接成一個整體，側向增加“工”字橫撐穩定于側墻上；在鋼套筒與洞門鋼環之間安裝過渡環，安裝法蘭密封“O”形圈，用高強螺栓連接固定過渡環，前端與洞門鋼環焊接牢固，先安裝過渡環下半部分，然后安裝過渡環上半部分使其構成鋼套筒主體。

（11）鋼套筒內安裝管片拼裝機和螺旋輸送機。

5.5 盾構機加工平移

（1）移動后配套臺車：①鋪設電瓶車和后配套臺車的運輸軌道，采用馬凳設置緩坡連接電瓶車和后配套臺車的運輸軌道。②將電瓶車剛性連接后配套臺車，電瓶車拖動運輸后配套臺車至始發端。

（2）連接與調試盾構機管路。后配套臺車到達始發端指定位置后，將后配套臺車與盾構機的管路、電纜線進行連接，并進行組裝調試[4]。

（3）安裝止水基準環及反力架：①在鋼套筒主體尾部安裝止水基準環，止水基準環與鋼套筒主體密貼，并注入密封油脂。②在鋼套筒主體和止水基準環外安裝反力架。

（4）安裝負環管片：在盾構機的盾尾刷上涂抹油脂，安裝負環管片，負環管片與止水基準環壓緊密貼，注入盾尾油脂，同步注入水泥砂漿，確保套筒與負環管片之間的間隙回填飽滿，刀盤頂推到掌子面，準備二次始發。

5.6 平移接收施工工序

（1）施工準備：平移接收施工前準備與平移始發相同，井底清理平整：吊裝口井底底板結構施工完成后，將底部雜物清理干凈，鋪設20 cm厚細砂找平。井底鋪設3 cm厚鋼板，并對鋼板進行焊接加固。

（2）將鋼套筒分節從預留口下井，平移至接收位置安裝就位。分節吊裝順序和始發相反。

（3）完成接收后，把連接橋和盾體分解斷開，臺車整體后退20 m，隧道內拆卸螺旋輸送機并后退20 m，之后鋼套筒內拆卸管片拼裝機并用4個10 t葫蘆懸掛在盾尾內。將鋼套筒、盾體解體，采用2組200 t千斤頂分別將鋼套筒及盾體頂升，取掉鋼套筒底部下墊的“工”字鋼，將鋼套筒及盾體下放到鋪設的鋼板上。

（4）接收鋼套筒及盾體平移工藝和始發平移工藝相同。

6 材料與設備

本工程所需盾構機尺寸重量見表1。

表1 盾構機尺寸重量表

7 結語

采用鋼套筒與盾構機分體平移施工技術，有效解決了狹小空間下大型盾構設備分體過站、轉體平移、組裝和始發、接收等方面的技術難題，縮短了工期，節約了資金，經濟效益顯著。通過與原盾構始發接收端頭加固方案（地表袖閥管注漿）相比，采用鋼套筒始發和接收更加安全可靠、節能環保，且鋼套筒可拆卸重復利用，提高了設備的利用率，得到了業主的高度評價，取得了良好信譽，創造了良好的社會效益。