城市地铁盾构过已建车站施工实例
摘 要：随着盾构施工技术的兴起，盾构过地铁站或者盾构过暗挖扩大段等施工现象越来越常见，因此，以北京地铁 M15号线的盾构机过站为案例，通过盾构到达、空推、二次始发施工实践，使得盾构过站技术能够达到安全快速施工效果，又能合理节约成本，为今后类似盾构机过地铁车站施工提供参考。
关键词：盾构；过站小车；空推；二次始发
目前我国城市快速轨道交通正蓬勃发展，而盾构法施工以具有施工速度快、安全系数高，对周边环境干扰少等特点被广泛应用；但是，盾构过站施工技术，是盾构快速安全施工的重要环节，却因受车站结构影响，操作空间受限，使大型吊装设备无法操作，给盾构到达、平移、空推、二次始发、姿态控制、反力架安装、拆除及负环拆除带来很大的施工难度和风险[1]。 因此，笔者重点对盾构通过车站的施工技术与控制要点进行简要分析、比较、探究，为类似工程施工提供参考。
1 工程概况
北京地铁M15 号 线 07 标 盾 构 区 间 隧 道 全 长3 397.5（双线）m，盾构机自北京顺义区俸伯站盾构始发井始发，穿越潮白河，中间风道至顺义站时，空推经过（该站主体结构已完成），二次始发后经府前中街、府前西街至石门站结束。 站内盾构机通过的空间为高7.36 m、宽 6.65 m，箱式结构 ，车站长 201.3 m，线路中心线距主体侧墙2.25 m。
2 难点分析
以左线为例，使用日本小松Ф6140 mm 铰接式土压平衡盾构机，主机长8.68 m，总长约 68 m。
盾构机过顺义车站采用主机与后配套拖车分离的模式。 主机空推过车站底板，后配套拖车由电瓶机车拖拉牵引过站，因此除存在盾构接收、主机平移、空推、二次始发、反力支撑安装等施工难点外，施工过程还存在以下难点和特点：
1）盾构接收、空推，始发轨道的稳定性、精度等是控制重点，如果盾构机姿态偏差较大，则调整非常困难。
2）盾构主机体积大、质量重，移动困难。
3）车站内始发端头空间小 ，反力架 、反力支撑安装困难，受力复杂。
4）站内大型设备无法操作 ，负环、反力架拆除困难，施工风险大。
5）工期紧 ，盾构机必须快速安全通过 ，才能确保二次始发节点目标，为区间整体工期目标的实现夯实基础，同时兼顾成本。
6）盾构机二次始发姿态控制、反力架受力稳定是施工控制关键。
3 施工方法比选
为保证盾构机能够顺利通过车站，规避盾构施工中安全风险，施工前经过仔细讨论分析比较认为，盾构机过站的方法主要有：过站小车+钢板+圆钢；过站小车+钢轨轨道；弧形导台+钢板；弧形导台+钢轨轨道四大类方法。 各类施工方法的比选见表 1。
4 施工过程控制要点
4. 1 施工流程
结合已完工顺义站实际情况，通过综合比选，采用过站小车+钢轨轨道方式施工。 盾构通过车站施工流程见图1。
4. 2 盾构到达前过站小车及洞门密封系统安装
1）车站接收端，盾构到达前要将过站小车安装固定在型钢框架结构上，使小车的固定姿态满足盾构机进洞顺利“爬”上托架，并防止进洞时盾构机出现 “栽头”现象。
2）洞门密封系统的作用是保证洞门口处管片的背后注浆可靠，同时对防止隧道贯通后的水土流失也能起到一定的作用。 因此，洞门密封系统最好采用帘布橡胶板加折页压板配钢丝绳固定的方式（见图 2）。
4. 3 盾构进洞接收控制
4. 3. 1 贯通测量
盾构到站前50 m 时，对洞内所有的测量控制点进行一次系统的控制测量，并对所有控制点的坐标进行平差计算。此外，还要对盾构机的姿态进行人工测量。通过上述测量，精确掌握盾构机相对隧道设计轴线的位置和姿态，再根据洞门中心的坐标确定盾构的进洞掘进路线。 正常情况下，盾构刀盘中心的进洞坐标应比洞门中心的坐标高出20～50 mm。
4. 3. 2 到达掘进及盾构接收
进洞路线确定后，盾构机的掘进应严格按照其线路推进。 进洞前的地质情况如果较差，则应严格控制好土压力，防止地面沉陷过大。 盾构到达洞门前 1～2 倍洞径时，即进入端头加固区。
1）进入加固区后 ，刀盘扭矩增大 ，螺旋机扭矩也会增大，因此要逐步降低推力和推进速度，减小土仓压力，派专人在洞口观察洞门变化情况。 掘进过程中，应保持信息沟通，随时调整掘进参数。
2）掘进至贯通面约 2.4 m 时，即离围护结构 1～2 环时，推进速度控制在约 2 mm/min，土仓压力减至 0，并遵循“低推力、低刀盘转速、减少土体扰动”的原则，当刀盘抵达围护桩时，停止推进，加大螺旋机排土量，尽量把土仓内渣土出空。
4. 3. 3 洞门凿除
洞门采用人工搭脚手架、由上而下的破除方式，应确保没有钢筋侵入盾构贯通的范围之内，满足盾构贯通的净空要求。
4. 3. 4 盾构机接收[2]
盾构机继续推进，刀盘进入洞门钢环内，应确保盾构进洞姿态，根据刀盘与接收架之间的距离与高程情况，安设盾构到达接收轨道。轨道靠刀盘段做成楔形，轨道另一端与接收架牢固连接，以保证盾构机能顺利上轨道并平稳“爬”上过站小车。
4. 4 盾构主机与后配套分离及主机平移
1）主机全部爬上小车之后 ，就可以进行主机与后配套的分离工作了。首先，用标志牌仔细标出所有要断开的部位；然后，清洗油管、风管和电缆的断开部分，特别是液压系统的油管，要派专业人员仔细清洗，防止液压系统被污染；最后，断开主机与后配套的所有连接，并保护好接头。
2）受车站结构的影响，在接收端处需用 2 台千斤顶水平顶推过站小车（盾构主机与小车已用钢板焊接在一起）使盾构主机水平平移 1.2 m，达到预定位置。
4. 5 盾构主机空推步进
4. 5. 1 车站底板钢轨铺设
盾构主机空推之前，要把车站底板清理干净，并沿车站底板水平方向纵向铺设4 根 43 号钢轨轨道 ，见图3。
4. 5. 2 盾构主机前移
由2 个 80 t 的液压千斤顶 、反力支腿 、各型尺寸顶铁构成推进系统，从而推动盾构主机不断前移。 盾构主机空推步进时，派专人在盾构机前方检查盾构机步进情况，及时与盾构司机紧密联系，出现异常立即停止推进。
盾构主机推进时，速度不可过快，以控制在 10～20 mm/min 为宜。
4. 6 后配套系统过站
后配套系统的过站比较简单，在主机前移的同时，即可在后配套前部铺设后配套和运输系统的轨道。
一般情况下，车站地面的高度要低于洞内轨道底部的高度。因此，在车站部分的轨道要用加工的型钢或预制的混凝土支撑垫，以起到和洞门轨道相同高度的作用，满足载重运输要求。
后配套系统的前移用电瓶机车推动即可，因为后配套前移要求的动力较小。
4. 7 二次始发[3]
4. 7. 1 反力架安装
主机到达车站始发端，经平移定位后，进行反力架的安装及反力支撑焊接。反力架由钢板焊接而成，分4 块安装，用高强螺栓连接 ；受车站空间限制 ，反力架的安装不能用大型吊装设备，而只能用手拉导链配合施工。 反力支撑焊接在车站顶板和底板预埋的钢板上，焊缝全部采用双面满焊焊接。
4. 7. 2 负环拼装
二次始发共需负环管片8 环 ，并以此作为反力 。为了便于负环拆除，其拼装形式采用通缝拼装，封顶块位于隧道正上方。 在盾尾内拼装好整环后，利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出，当第 1 环负环管片突出盾尾200 mm 后开始拼装第 2 环管片。 经过计算和以往施工经验， 负环管片与钢轨之间的间隙约为110 mm。 负环脱出盾尾的过程中，应不断用准备好的高110 mm 钢楔填塞负环管片与始发轨道及三角支撑之间的间隙，将负环管片及时支撑，避免其失圆过大引起后部管片拼装困难。每环负环设4 个钢楔，每侧2 个。
4. 7. 3 二次始发
1）二次始发前，再次检查确认洞口范围内是否有施工遗留杂物。 刀盘距离土体 200 mm 时开始转动，并注意盾构机身的旋转角度；对负环加固支撑进行观测，如果刀盘旋转反力过大，造成盾构机机体向刀盘转动的反方向侧滚，则立即停止掘进，待故障排除或采取措施后再开始掘进。
2）二次始发初始完全按照通常的始发掘进控制。始发阶段由于推力较小，过加固区后地层较软，所以要使盾构机姿态处于上坡趋势，防止盾构机低头。
3）盾尾进入洞门圈 2 环后开始同步注浆 ，注浆浆液为水泥水玻璃速凝型浆液。 盾尾进入洞门圈 15 环后，注浆浆液调整为水泥砂浆浆液。 注浆压力控制在0.3 MPa 以内 ，同时注意观察洞口止水橡胶帘布处的漏浆状况，如漏浆严重应适当降低注浆速度、注浆压力和注浆量。
4. 7. 4 负环拆除
负环拆除无法使用大型设备，需要在车站中板结构浇注时安装预埋件。拆除负环的重点是拆除封顶块和相邻块管片，先用拉链葫芦及顶部预埋吊点拉紧封顶块，再用拉链葫芦分别拉紧两侧预埋件，然后开始拆除封顶块与两相邻块螺栓。
5 结语
该工程采用上述方法，很好地完成了过站工期节点目标，取得了主机空推前移最快日进度达 35 m，比计划工期提前了6 d，节约过站施工成本约 8 万元，安全、优质、高效、迅速地完成了空推过站、二次始发任务，为类似工程施工积累了经验，可供同行参考。
参考文献：
[1] 张凤祥，傅德明，杨同祥. 盾构隧道施工手册[M]. 北京 ：人民交通出版社，2005：3-7.
[2] 陈馈，洪开荣，吴学松. 盾构施工技术[M]. 北京 ：人民交通出版社，2009：151-176.
[3] 王梦恕. 中国隧道及地下工程修建技术[M]. 北京 ：人民交通出版社，2010：652-670.
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