土压平衡式盾构机过地铁车站施工技术
2012-10-25 19:27
土压平衡式盾构机过地铁车站施工技术
摘 要: 盾构过站施工直接减少一次盾构到达、解体、吊运和安装作业，极大地降低了工程风险，缩短了工期。本文结合北京地铁盾构过顺义站工程施工，阐述盾构过站施工中施工组织，盾构机解体后的主机过站的工序，以及盾构机的后配套设备过站施工的注意事项，采用油缸顶起和钢板平铺平移空推过站的盾构过站施工技术为同类工程提供参考。
关键词: 地铁施工 空推过站 施工技术
盾构过站施工可直接减少一次盾构到达、解体、吊运、安装等工序，极大降低了工程风险、节约成本、缩短工期。而随着地铁工程对施工安全、质量、进度以及成本控制的日益精细化，盾构过站施工会得到更多的应用。本文结合北京地铁过顺义站工程，详细阐述盾构过站技术准备、关键工艺及相应施工措施。
1 工程概况
北京地铁俸伯站—顺义站—石门站盾构区间土建工程，东起北京市顺义区俸伯站盾构始发井，穿越潮白河、中间风道至顺义站，空推通过顺义站后，经府前中街、府前西街，至石门站结束，线路总长3 300 m，见图1。盾构机过顺义站时，顺义站的主体结构已经完成，顺义站位于府前街与光明大街的十字交叉口处，沿府前街东西向布置，标准双柱双跨车站，总长 187. 8 m，标准段宽 22. 9 m，基坑深约 16. 0 m。车站中板至底板高度为 8. 36 m，过站最小宽度为 7. 40 m。
2 盾构过站施工技术
1) 盾构机过站指盾构机在整个盾构施工项目中经过一个已经建好的车站而需要进行的所有作业，包括盾构机的到站、站内移动、组装、调试、二次始发等。
2) 盾构机站内移动指盾构机主体及后配套台车经过车站内空间，从盾构机的到达端到盾构机的始发端之间移动的一系列作业。
3) 二次始发指盾构机在第一区间盾构始发井已经进行了一次始发掘进，过站工作完成后又要进行所有始发掘进的工作，故称为二次始发。
2. 1 盾构机型号
线路总长3 300 m，采用两台盾构双线同步掘进施2. 2 转 / min，最大扭矩4 800 kN·m; 螺旋输送机最大转速 20. 5 转/min。右线盾构为日本 IHIφ 6 140 mm 铰接式土压平衡盾构机，总长 72 m，刀盘结构为辐条式，最大推力 37 500 kN，最大推进速度 85 mm/min; 刀盘最大转速 2. 6 转/min，最大扭矩 5 105 kN·m; 螺旋输送机最大转速 20. 5 转/min。
2. 2 盾构过顺义站施工技术
采取平移过站方案，将盾构主机与后配套分离分别过站，主机过站采用过站小车油缸等机具辅助进行，后配套铺设轨道，使用电瓶车牵引前移过站。
2. 2. 1 施工准备
1) 过站小车的准备。过站小车是由始发台改造而成。具体要求为: 在始发台底焊接一块厚 30 mm 的钢板( 宽500 mm) ，焊缝间距150 mm，每一处焊缝长度150 mm，每一侧必须双面焊接，始发台端头两侧加焊推进油缸延长臂，四面用挡块和钢支撑固定( 小车定好位后) ，防止在盾构机推上始发台时，始发台移动。
2) 车站底板以及洞门口预埋件。为了方便过站过程中，导链有生根点拉钢板或者盾构机，要求在底板上预埋挂钩，挂钩预埋在车站底板的两侧，紧挨侧墙位置，每隔 10 m 预埋一个。在预埋过程中必须要预埋牢靠。
3) 车站底板的准备工作。主要工作包括场地平整和在场地上铺设钢板，为盾构机过站小车( 及盾构接收小车) 提供平整且强度足够的滚动面。为便于钢板的移动，需在车站东端安设一台卷扬机，在盾构机到站之前要进行车站内卷扬机的安装固定工作。
4) 盾构机固定。盾构机出洞，爬行上始发台后。需将盾构机与始发台焊接成一个整体。
5) 盾构平移和推进准备。为保证盾构机平移，在始发台下部铺上钢板，并在钢板上涂抹黄油。为保证盾构机的顺利推进，在场地铺设的钢板上安装推进反力座，同时准备两个推进油缸。为了便于盾构的推进及过程中的调向，在过站小车与底板钢板间放置滚轴( 如图 2 所示) 。
6) 盾构主机与后备套分离。在盾构机到达前做好电缆线与油管的标识，在盾构机上始发台后，将主机与后备套之间各种管线拆开，同时，用支撑架把连接桥支撑起，最后把连接桥与主机连接的拖拉油缸拆除，分开主机与后备套。
7) 人工、材料和机械等资源配置情况。①盾构过站施工主要人员配备计划如表 1。②盾构过站施工主要材料计划见表 2。③盾构过站施工主要机械设备配备计划如表 3。
2. 2. 2 盾构机解体后的主机过站
1) 盾构机主机平移。前期准备工作做好后，开始盾构机主机的平移工作。首先，把固定始发台的挡块和钢支撑拆除，保证始发台四周没有障碍物。在始发台的右侧平移钢板上焊上反力座( 250 mm ×100 mm ×40 mm) ，把两个油缸放置在反力座与始发台间，开始水平推移盾构机。
2) 钢板及滚轴放置。先把 4 个顶升液压千斤顶安装到盾构机主机两侧的支撑座上，并把液压千斤顶的油管接好。开动液压泵站，把顶升液压千斤顶油缸均匀平稳地慢慢伸出，顶起盾构机主机。盾构机主机抬起后，先把始发台下部的平移钢板用卷扬机拖出，然后再用卷扬机在过站小车底放置推进钢板，铺好钢板后，把钢板使用卷扬机固定拉住，这样，在盾构推进过程中，钢板不至于向后移动，保证盾构推进时，底部钢板提供反力，同时在钢板与过站小车之间放入滚轴，然后收回顶伸油缸，使盾构机主机和过站小车落在滚轴上。
3) 盾构主机推进。先把盾构机主机后侧面的两个液压千斤顶的油管拆除，再把油管接到推进油缸上，把推进油缸放置到位。打开液压泵站，依次开启两边的推进油缸，使油缸撑靴顶紧过站小车上的推进挡板，然后同时开动两边推进油缸，推动盾构机主机前进。盾构机主机往前行走 300 mm 后，把推进油缸收回，前移到下个反力座，继续进行下一循环的推进。盾构机主机前进过程中，操作人员要及时地把后面的滚轴拿到盾构机主机的前部，摆放在钢板上。
4) 地面钢板前移。盾构机主机前移约 8 m 后，需要将过站小车底钢板前移。具体方法是: 首先开动千斤顶把过站小车连同盾构机主机顶起到完全离开滚轴，然后用卷扬机把钢板前拖，直到钢板的尾部和过站小车的尾部基本在同一位置，在拖动钢板到位后，调整钢板的横向位置及滚轴的摆放位置。然后再收起千斤顶，使盾构机主机连同过站小车落到滚轴上，开始下一循环的前移。依此循环，直至盾构主机推进到位即完成盾构主机过站。
2. 2. 3 盾构机的后配套设备过站
1) 后配套设备的过站轨道。在盾构机前进的同时，要开始后配套轨道及运输轨道的铺设工作。为了加快轨道及道床的铺设速度，道床的各个部件为预制组装式，立柱为棱台形钢筋混凝土预制件，道床为 175mm H 型钢制成。铺设轨道过通道时要偏移通道中心线，即在出洞门后 11 m 的距离向左偏移 500 mm，才不至于碰到边墙。
2) 后配套设备过站。后配套设备的轨道铺设完成后，开始后配套设备的过站工作。将后配套连接桥的前端支撑在一管片运送车上，直接利用 35 t 电瓶机车牵引整个后配套系统向前移动。直至到达车站的另一端头。
2. 3 盾构机过站完成后的组装调试工作
1) 盾构机过站完成后，需要将盾构主机与后配套拖车进行重新组装，组装内容包括液压系统、供电系统、控制系统、注浆系统、油脂系统、泡沫系统等几个方面。
2) 组装完毕后进行系统的调试工作，包括对各个系统的测试。当盾构机完成调试后，即可进行二次始发前其他的准备工作，完成盾构过站任务。
2. 4 盾构机过站作业注意事项
1) 要求车站底板较为平坦，否则在推进过程中会给盾构主机下方的推进钢板前移带来困难，并且如果底板不平，底部钢板也较容易变形。若底板浇筑平整度不够，过站前需进行人工处理，使之达到能够满足此种方法盾构空推要求的底板较为平坦的条件。
2) 要求底板上预埋好固定卷扬机的装置，这些预埋好的装置，必须达到一定的强度，保证卷扬机在拉紧钢板时，能为盾构空推提供足够大的反力。
3 结语
盾构平移过站技术对于目前城市地铁短区间施工具有重要意义，本盾构空推平移过站施工工艺简单可行，经济有效，缩短了工期，可为其它类似工程提供借鉴。
参 考 文 献
［1］张庭华． 土压平衡盾构土舱压力控制技术研究［J］． 铁道标准设计，2005( 8) : 83-85．
［2］张凤祥，傅德明，杨国祥，等． 盾构隧道施工手册［M］． 北京:人民交通出版社，2005．
［3］张凤祥，朱合华，傅德明． 盾构隧道［M］． 北京: 人民交通出版社，2004．
［4］李海． 盾构隧道下穿建筑物控制技术和监测［J］． 铁道建筑，2011( 9) : 66-68．
