劉小剛，劉衛(wèi)東，劉志彪，王業(yè)紅

(1.中建八局軌道交通建設(shè)有限公司，北京 100048； 2.寧夏寶豐養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)有限公司，寧夏 銀川 750000；3.中國建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施有限公司，北京 100044)

0 引言

盾構(gòu)法施工建設(shè)地鐵隧道具有安全、高效、成型質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在城市軌道交通建設(shè)中。盾構(gòu)機(jī)完成上一隧道施工后往往需要過站進(jìn)行二次始發(fā)掘進(jìn)下一隧道。

目前，業(yè)內(nèi)較前沿的技術(shù)是盾構(gòu)機(jī)整機(jī)過站，可大幅度提高盾構(gòu)過站效率，保證施工的連續(xù)性并降低施工風(fēng)險(xiǎn)。對于盾構(gòu)整機(jī)過站，盾構(gòu)輪式過站和盾構(gòu)機(jī)整體滾輪軌道過站兩種技術(shù)需針對不同車站、盾構(gòu)機(jī)定制滾輪，成本較高，不適用于多次過站施工。

依托北京市軌道交通16號線13合同段盾構(gòu)過站實(shí)例，系統(tǒng)總結(jié)了采用插銷式反力支座及多孔式鋼軌組成的推進(jìn)系統(tǒng)、鋼管架設(shè)后配套軌道的支撐系統(tǒng)及多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)，形成了一套完整的盾構(gòu)整機(jī)快速平移過站施工工法和關(guān)鍵施工技術(shù)，電瓶車組軌道的鋪設(shè)與盾構(gòu)機(jī)的維修保養(yǎng)在過站過程中同步進(jìn)行，提高了盾構(gòu)過站的效率和安全性，可進(jìn)行多次過站施工，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

1 工程概況

北京市軌道交通16號線13合同段萬壽寺站位于北京市西三環(huán)北路以北的西三環(huán)北路主路下方，南北向設(shè)置，車站全長210m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬度為21.2m，單線擴(kuò)大段寬度7 900mm，標(biāo)準(zhǔn)段寬度6 650mm，車站東、西擴(kuò)大端頭底板比標(biāo)準(zhǔn)段底板低1.1m，如圖1所示。盾構(gòu)機(jī)在萬壽寺站南端接收，期間整機(jī)平移過萬壽寺站，繼續(xù)掘進(jìn)下一區(qū)間。

圖1 車站標(biāo)準(zhǔn)斷面

2 盾構(gòu)整機(jī)平移過站系統(tǒng)

盾構(gòu)整機(jī)平移過站過程中，采用多孔式鋼軌作為盾構(gòu)主機(jī)與接收基座整體的行駛軌道，盾尾采用插銷式反力支座作為外置液壓千斤頂?shù)姆戳Π澹簤呵Ы镯斖ㄟ^插銷式反力支座提供支撐頂推盾構(gòu)主機(jī)與接收基座整體在多孔式鋼軌上滑行，同時(shí)盾尾后采用鋼管支撐架設(shè)軌道使后配套設(shè)備在與盾構(gòu)主機(jī)未分離的狀態(tài)下整機(jī)快速平移過站，過站全過程采用多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)精確把控盾構(gòu)機(jī)在站內(nèi)的平移軌跡，保障盾構(gòu)過站安全高效完成，如圖2所示。

圖2 整機(jī)平移過站整體示意

2.1 推進(jìn)系統(tǒng)

推進(jìn)系統(tǒng)由多孔式鋼軌及采用鋼插銷安裝在多孔式鋼軌上表面的插銷式反力支座組成(見圖3)，多孔式鋼軌亦采用鋼插銷進(jìn)行銷連延伸拼接。盾構(gòu)機(jī)平移過站過程中將盾體及接收基座整體置于推進(jìn)系統(tǒng)上方，在接收基座后部焊接液壓千斤頂受力板，并將液壓千斤頂安裝在插銷式反力支座與受力鋼板組成的容置空間內(nèi)，液壓千斤頂以插銷式反力支座為反力板推進(jìn)盾構(gòu)主機(jī)在多孔式鋼軌上滑行。

圖3 推進(jìn)系統(tǒng)(盾尾視角)

2.2 后配套支撐系統(tǒng)

后配套支撐系統(tǒng)采用外徑620mm，壁厚12mm鋼管架設(shè)后配套設(shè)備軌道及電瓶車組軌道(見圖4)，電瓶車組軌道鋼管支撐高度逐漸降低，直至電瓶車組軌道鋪設(shè)于車站底板。鋼管支撐外側(cè)架設(shè)后配套軌道，內(nèi)側(cè)架設(shè)電瓶車組軌道，支撐縱向中心間距1 500mm，內(nèi)側(cè)支撐與外側(cè)支撐交錯(cuò)布置，采用φ15鋼筋橫縱方向分別將相鄰鋼管連接。鋼管頂部切割凹槽，嵌固后配套軌道及電瓶車組軌道軌枕，軌枕上方架設(shè)電瓶車組軌道。

圖4 后配套設(shè)備支撐系統(tǒng)

2.3 多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)

多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)包含模擬(CAD軌跡模擬)、控制(多孔式鋼軌縱向位移控制，限位板橫向位移控制)、調(diào)整(千斤頂行程差控制)、監(jiān)測(定點(diǎn)儀器監(jiān)測、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)監(jiān)測)等四大項(xiàng)共六部分構(gòu)成(見圖5)，實(shí)時(shí)保障盾構(gòu)整機(jī)安全、有序、高效完成。

圖5 多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)

3 過站方案介紹

3.1 過站流程

接收端洞門破除后，在盾構(gòu)井內(nèi)鋪設(shè)多孔式鋼軌，安裝定位接收基座，待盾體爬上接收基座后利用拼接標(biāo)準(zhǔn)環(huán)管片提供推力使盾體及接收基座在多孔式鋼軌上表面滑行至盾構(gòu)井立面邊緣。利用千斤頂頂升盾體調(diào)整接收基座下方多孔式鋼軌與標(biāo)準(zhǔn)段底板位于同一水平面，同步安裝多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)、盾尾后安裝后配套支撐系統(tǒng)。待接收基座底部多孔式鋼軌高度調(diào)整完成后安裝推進(jìn)系統(tǒng)，進(jìn)行整機(jī)過站施工，過程中卸下插銷式反力支座后部多孔式鋼軌、拆除第6節(jié)臺(tái)車后部后配套支撐系統(tǒng)并向前繼續(xù)鋪接安裝，循環(huán)使用。過程中同步進(jìn)行電瓶車組軌道鋪接、盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)工作，整機(jī)到達(dá)始發(fā)端時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)微調(diào)整、安裝反力架，為始發(fā)掘進(jìn)作準(zhǔn)備。施工工藝流程如圖6所示。

圖6 施工工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1材料、設(shè)備準(zhǔn)備

主要施工材料需求如表1所示，主要機(jī)械設(shè)備如表2所示。

表1 材料需求

表2 主要機(jī)械設(shè)備

3.2.2站內(nèi)工作準(zhǔn)備

1)施工前詳細(xì)編寫施工專項(xiàng)方案，為正式施工做好指導(dǎo)性技術(shù)文件。

2)對所有施工作業(yè)人員分批進(jìn)行培訓(xùn)，確保其適合崗位要求。其中焊工、電工、操作手等特殊工種實(shí)行持證上崗，做好施工安全、技術(shù)交底。

3)接收基座底部焊接襯板，可相對于多孔式鋼軌滑移。襯板中心線與接收基座上軌面軌道中心線相重合，襯板寬400mm，厚5mm，且襯板分別伸出接收基座前后部各10cm，如圖7所示。

圖7 襯板安裝

4)盾構(gòu)接收前鑿除預(yù)留洞口處圍護(hù)結(jié)構(gòu)，安裝洞口止水密封裝置。

5)站內(nèi)底板若有積水可以保留，方便焊接、切割材料時(shí)能夠迅速降溫冷卻，有效保證作業(yè)人員安全。待施工完畢后進(jìn)行抽排，利用渣土車運(yùn)出。

6)車站底板鋼筋盡可能打彎，清理站內(nèi)淤積物，為盾構(gòu)接收做準(zhǔn)備。

3.3 接收基座安裝定位

依據(jù)接收基座襯板位置，在接收端盾構(gòu)井處鋪設(shè)2道平行布置的多孔式鋼軌，使接收基座安置于其上表面時(shí)襯板與多孔式鋼軌中心線重合。多孔式鋼軌及接收基座位置需經(jīng)測量嚴(yán)格復(fù)核，確保安裝精度。多孔式鋼軌長4m，高15cm，表面寬20cm，鋼軌兩側(cè)中部有多個(gè)插銷孔，通過鋼插銷銷接延伸。

在接收基座兩側(cè)各設(shè)置3道工字鋼支撐，防止盾構(gòu)接收時(shí)接收基座左右移動(dòng)。在接收基座前部，將支撐一端接于接收基座前部立面，另一端抵在底板邊緣立面，完成接收基座的前部支撐加固，防止盾構(gòu)接收時(shí)接收基座前后移動(dòng)。

3.4 盾體接收，平移至盾構(gòu)井立面

接收基座上軌面涂抹潤滑脂，利用拼接兩環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)管片提供推力推進(jìn)盾體爬上接收基座。推進(jìn)時(shí)注意洞門邊緣是否有漏漿發(fā)生，如果有則做好防護(hù)措施并及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。當(dāng)盾體完全爬上接收基座后停止推進(jìn)，拆除接收基座全部加固工字鋼支撐，多孔式鋼軌上表面涂抹潤滑脂，將盾體與接收基座點(diǎn)焊連接為一體。

再次利用拼接兩環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)管片提供推力推進(jìn)接收基座在多孔式鋼軌上表面滑行至盾構(gòu)井立面邊緣，之后拆除標(biāo)準(zhǔn)環(huán)利用電瓶車組從隧道運(yùn)出。

3.5 多孔式鋼軌高度調(diào)整、鋼管支撐架設(shè)

3.5.1多孔式鋼軌高度調(diào)整

由于盾構(gòu)接收井底板與車站標(biāo)準(zhǔn)段底板存在高度差，因此需要將盾構(gòu)井處多孔式鋼軌下表面調(diào)整到與標(biāo)準(zhǔn)段底板位于同一水平面上，具體方法如下。

1)確定盾體重心，根據(jù)重心的位置確定千斤頂安放的位置。

2)在盾體兩側(cè)各焊接3處頂升支座，根據(jù)重心分布在前盾、中盾、中盾靠后的位置；在頂升支座正下方設(shè)置千斤頂墊塊，6處100t千斤頂同步進(jìn)行抬升。

3)操縱千斤頂抬升盾體至設(shè)計(jì)高度，在接收基座底部布置2道平行設(shè)置的φ500鋼管支撐，使多孔式鋼軌架設(shè)在其上時(shí)下表面高度與標(biāo)準(zhǔn)段底板位于同一水平面。鋼管支撐縱向布置間隔500mm，多孔式鋼軌上表面涂抹潤滑脂，千斤頂卸壓，使接收基座底部襯板與多孔式鋼軌接觸。

4)多孔式鋼軌高度調(diào)整完成后，移除盾體左右兩側(cè)千斤頂(頂升支座保留)。

5)在接收基座后部焊接兩處受力鋼板，作為后部千斤頂頂推的受力板。

盾體抬升時(shí)需隨時(shí)做好盾體姿態(tài)監(jiān)測，若有傾斜立即停止抬升并作出相應(yīng)調(diào)整。

3.5.2鋼管支撐架設(shè)

從盾構(gòu)到達(dá)端隧道向外開始布置鋼管支撐，架設(shè)后配套軌道及電瓶車組軌道。在鋼管支撐上表面切割凹口，將軌道嵌進(jìn)凹口中起固定作用，電瓶車組軌道鋼管支撐切割凹口后橫向架設(shè)軌枕，之后在軌枕上部架設(shè)軌道。電瓶車組軌道鋼管支撐高度隨著整機(jī)站內(nèi)平移進(jìn)程緩慢降低，直至電瓶車組軌道鋪設(shè)于站內(nèi)底板。

3.5.3推進(jìn)系統(tǒng)安裝完善

繼續(xù)在站內(nèi)底板向前延伸拼接多孔式鋼軌，并在接收基座后部伸出多孔式鋼軌上利用鋼插銷安裝插銷式反力支座，將千斤頂(100t)安裝在插銷式反力支座與受力鋼板形成的容置空間內(nèi)，如圖8所示。

圖8 插銷式反力支座安裝

3.6 盾構(gòu)整機(jī)平移過車站標(biāo)準(zhǔn)段

1)千斤頂頂推接收基座滑行、后配套設(shè)備跟隨前進(jìn)

確保各項(xiàng)安全措施到位后操縱千斤頂頂推接收基座在多孔式鋼軌上表面滑行，帶動(dòng)盾構(gòu)整機(jī)在站內(nèi)平移，后配套設(shè)備跟隨盾構(gòu)主機(jī)在鋼管支撐架設(shè)軌道上部平移。整機(jī)平移過站全過程對盾體姿態(tài)、過站路線、鋼管支撐狀態(tài)等進(jìn)行專人動(dòng)態(tài)監(jiān)測，確保施工安全高效。推進(jìn)系統(tǒng)如圖9所示。

圖9 推進(jìn)系統(tǒng)(俯視)

2)盾尾多孔式鋼軌拆除、后配套尾部鋼管支撐及軌道拆除

千斤頂完全伸出后卸壓，拆除插銷式反力支座向盾尾后安裝，再次加裝千斤頂頂推接收基座在多孔式鋼軌上表面滑行，過程中將插銷式反力支座后部多余多孔式鋼軌卸下向盾體前方遞送，繼續(xù)在站內(nèi)底板鋪接延伸，循環(huán)使用。同時(shí)，過站過程中將最后一節(jié)臺(tái)車后部后配套軌道及鋼管支撐卸下并繼續(xù)向后配套設(shè)備前遞送安裝，循環(huán)使用。

3.7 多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)

為了確保盾構(gòu)整機(jī)能夠順利過站，采用多種措施對盾構(gòu)整機(jī)站內(nèi)前進(jìn)方向進(jìn)行精確把控，始終貫穿過站的整個(gè)過程。

1)CAD軌跡模擬 盾構(gòu)整機(jī)過站前通過對車站及盾構(gòu)機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)的整理與分析，利用CAD軟件模擬盾構(gòu)機(jī)站內(nèi)過站軌跡并提前預(yù)判可能出現(xiàn)的問題。

2)多孔式鋼軌縱向軌跡控制 接收基座底部襯板始終與多孔式鋼軌上表面相接觸，盾構(gòu)機(jī)及接收基座整體沿著多孔式鋼軌延伸的方向平移。

3)限位板橫向位移控制 限位板固定于盾構(gòu)接收基座前部并位于多孔式鋼軌兩側(cè)(見圖10)，限位板之間形成一段襯板橫向位移的限位區(qū)間，該限位區(qū)間最小距離滿足盾構(gòu)接收基座的最大允許偏差量，即確保盾構(gòu)接收基座底部的襯板在寬度方向上發(fā)生偏移時(shí)，始終與多孔式鋼軌接觸而不會(huì)從多孔式鋼軌上滑脫下來。襯板的一端探出盾構(gòu)接收基座前部一定距離h。

圖10 限位板安裝

限位板采用矩形鋼板，限位板的厚度應(yīng)滿足受力要求，限位板通過點(diǎn)焊固定于盾構(gòu)接收基座的前端，盾構(gòu)接收基座正常狀態(tài)及偏移距離為L時(shí)的狀態(tài)如圖11所示。

圖11 限位板使用原理

4)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)監(jiān)測 在刀盤前方設(shè)置角度度量器及線錘，通過角度度量器及線錘的角度變化分別監(jiān)測盾體實(shí)時(shí)水平狀態(tài)及俯仰狀態(tài)，隨時(shí)做出調(diào)整。角度度量器初始狀態(tài)為0°，若盾體發(fā)生左右方向的傾斜偏移，則角度度量器所示角度隨之發(fā)生改變；線錘初始狀態(tài)與刀盤垂直方向平行，若盾體發(fā)生前后方向的傾斜偏移，則線錘與刀盤垂直方向不再平行。

5)千斤頂行程差控制 頂推過程中通過控制千斤頂左右行程差來控制、調(diào)整盾構(gòu)機(jī)方向。

6)定點(diǎn)儀器監(jiān)測 通過定點(diǎn)測量來隨時(shí)對過站軌跡做出調(diào)整。

當(dāng)盾構(gòu)整機(jī)平移到達(dá)始發(fā)端擴(kuò)大段處時(shí)，增加軌跡控向系統(tǒng)的使用頻次，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)中軸線校對，確保在到達(dá)始發(fā)端洞門時(shí)位置精確。

3.8 電瓶車組軌道鋪設(shè)、盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)

在盾構(gòu)整機(jī)過站過程中電瓶車組軌道與后配套軌道同步鋪設(shè)，電瓶車組軌道鋼管支撐高度隨著整機(jī)在站內(nèi)的推進(jìn)緩慢降低，直至電瓶車組軌道鋪設(shè)于站內(nèi)底板。整機(jī)過站全過程進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的維修保養(yǎng)工作，到達(dá)始發(fā)端后進(jìn)行空載調(diào)試。

3.9 始發(fā)端姿態(tài)調(diào)整

盾構(gòu)整機(jī)到達(dá)始發(fā)端盾構(gòu)接收井邊緣時(shí)利用鋼管支撐架高盾構(gòu)井處多孔式鋼軌至車站底板標(biāo)高，接收基座繼續(xù)在多孔式鋼軌上滑行使盾體到達(dá)始發(fā)端洞門。對盾體做左右方向姿態(tài)調(diào)整后，在頂升支座下部加裝千斤頂抬升接收基座移，移除多孔式鋼軌及下部鋼管支撐，千斤頂卸壓使接收基座到達(dá)盾構(gòu)井底板，割除頂升支座、分離接收基座與盾體、安裝反力架，為始發(fā)掘進(jìn)做準(zhǔn)備。

4 整機(jī)過站關(guān)鍵技術(shù)與控制要點(diǎn)

1)后配套支撐系統(tǒng)安裝與推進(jìn)系統(tǒng)鋪接的銜接關(guān)系 后配套支撐系統(tǒng)要根據(jù)推進(jìn)系統(tǒng)的工作效率及時(shí)將后配套尾部多余鋼管支撐拆除并向第1節(jié)后配套臺(tái)車前遞送安裝，保證盾構(gòu)主機(jī)在站內(nèi)平移過程中后配套設(shè)備能夠及時(shí)跟隨前進(jìn)，避免造成后配套設(shè)備無行駛軌道而需要推進(jìn)系統(tǒng)停止等待的現(xiàn)象。

2)電瓶車組軌道同步鋪設(shè) 整機(jī)過站過程中電瓶車組軌道的鋪設(shè)可及時(shí)將施工材料運(yùn)輸至前方工作面，待盾構(gòu)整機(jī)通過車站標(biāo)準(zhǔn)段一段距離后，將盾尾后單電瓶車組軌道再次施工加寬為雙電瓶車組軌道，為后續(xù)隧道掘進(jìn)工作提前做好準(zhǔn)備。

3)盾體姿態(tài)監(jiān)測 過站過程中及時(shí)采用多方式盾構(gòu)軌跡控向系統(tǒng)對盾體姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，防止出現(xiàn)盾體栽頭或傾斜的情況，必要時(shí)可在站內(nèi)用砂石料找平后鋪設(shè)鋼板，將多孔式鋼軌鋪設(shè)于鋼板之上，確保平移過程安全、有序、高效。

5 結(jié)語

盾構(gòu)整機(jī)快速平移過站方案，使需要依次施工的盾體過站、后配套過站、電瓶車組軌道鋪設(shè)、盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)等工序疊加平行開展，節(jié)省工期的同時(shí)增加盾構(gòu)過站效率，可進(jìn)行多次過站施工，具有良好的推廣前景。