盾構過站始發掘進與車站平行施工技術

王宗勇

(中鐵十二局集團有限公司，太原 030032)

1 工程概況

長沙地鐵2號線7標為2個盾構區間，迎賓路站—芙蓉廣場站區間長550 m，芙蓉廣場站—五一廣場站區間長720 m，根據總體部署，左線盾構于2011年2月中旬從賓路站始發，經芙蓉廣場站接收后站內過站，然后二次始發掘進到五一廣場站接收轉場。業主要求2011年底完成立交橋還建。

芙蓉廣場站施工前先拆除芙蓉立交橋引橋，再進行車站圍護樁，導致芙蓉廣場站比迎賓路站晚3個月開工。而且圍護樁、抗拔樁插入基巖較深，比鄰車站施工速度慢。車站為三層結構，主體有12 m位于基巖，于2011年3月上旬才開始開挖，傳統施工方法無法按時提供盾構接收與過站。

2 工期分析與方案比選

2.1 施工工期分析

2.1.1 芙蓉廣場站提供接收條件分析

迎賓路站—芙蓉廣場站區間地層為泥質粉砂巖，始發后平均每天至少掘進8 m，盾構機最遲在2011年4月底就可以到達芙蓉廣場站。

按照傳統施工方法，接收端頭負三層至少完成100 m，負一層盾構井外頂板至少完成20 m，而且要求盾構接收井腳手架拆除后才能提供接收空間。最早也要在2011年8月底才能提供盾構接收條件。

2.1.2 盾構過站工期分析

芙蓉廣場車站主體施工完后才能進行傳統的站內過站，該車站長146 m，根據傳統施工方案，該車站至少要在2011年11月底才能完成主體施工，2011年12月底才能完成盾構過站。

2.1.3 五一立交橋重建工期分析

芙蓉廣場站—五一廣場站區間地層存在大量孤石群和多個灰巖基凸起，需要3個月才能完成掘進，盾構在五一廣場站接收轉場后封閉接收井才能還建五一立交橋，如果芙蓉廣場站采用傳統施工方案，立交橋重建工期至少滯后10個月。

2.2 傳統過站方案適用性分析

2.2.1 站內分體過站施工較慢

國內主要在托架下鋪鋼板或滾軸通過橫移后再前移方式完成盾體過站，盾體需要先橫移80 cm后才能向前移，工序轉化多，工效很低。芙蓉廣場站接收后不能立即過站，芙蓉廣場站不適合盾構站內分體過站。

2.2.2 不具備站內直線整機過站條件

上海地鐵某車站在圍護結構施工時通過加寬車站標準段，然后采用鋪設軌排和安設導軌道，在軌排上焊接反力支座進行整機直線過站。

芙蓉廣場站車站主體已經開始施工，而且車站標準段比盾構接收井窄1 m。因此，芙蓉廣場站不具備直線過站條件。

2.2.3 芙蓉廣場站不適合站外過站分體始發

芙蓉廣場站始發井與接收井頂板必須全部施工完才具備分體始發，由于該車站才146 m，需要在2011年10月初才能滿足分體始發。不僅盾構接收后要停機，而且分體始發掘進速度很低，不適合芙蓉廣場站。

2.2.4 無法實現先隧后站方案

采用先隧后站方案前提條件是圍護結構施工時，需要在盾構接收和始發洞門配置玻璃纖維筋。

由于芙蓉廣場站圍護結構已施工完畢，而且配置鋼筋，先隧后站方案無法實施。

2.3 盾構過站方案探討

2.3.1 按時接收方案研究

芙蓉廣場站只能施工站臺層后立即拆除腳手架，才能及時提供盾構接收，盾構接收后再施工負二層、負一層。

該方案的難點是解決站臺層中板能承受負二層、負一層施工荷載，該難題可以通過加大站臺層中板上緣鋼筋來實現。

2.3.2 按時過站方案研究

采用先施工站臺層方案也無法保證盾構接收時施工完站臺層。只能采用邊施工站臺層邊整機過站方案。

該方案主要解決盾構整機曲線過站，可采用在車站鋪設曲線導軌，盾構接收時在盾構機下部焊接滾輪，盾構接收后在盾尾后導軌上安設反力裝置就可以實現。

2.3.3 過站方案可行性

根據盾構在最小半徑250 m的曲線施工中，盾構及后配套可靈活完成。因此，采用曲線導軌滾輪過站方案是可行的。

3 施工優化與加快進度對策

3.1 站臺層施工優化

3.1.1 接收井與始發井底板結構優化

把盾構接收井、始發井和車站底板優化為同一個平面，并采用一次澆筑成型，為鋪設導軌提供條件。

3.1.2 站臺層中板配筋優化

為了滿足站臺層腳手架拆除后，在中板上直接搭設腳手架施工負二層中板及頂板，通過受力計算，把站臺層中板上層φ18 mm鋼筋變為φ20 mm［1］即可滿足。

3.1.3 取消二次始發臨時吊裝口

接收井底板施工完后，在底板鋪設橫向軌道，并提前把始發架吊裝到位，同時把反力架吊放在基座尾部后，中板、頂板取消吊裝口［2］，實現施工方便。

3.1.4 增設負環拆除吊裝孔

在始發井上方中板澆筑施工中用塑料管預留8個φ100 mm孔，確保中板封閉后反力架和負環安裝、拆除方便。

3.1.5 設備吊裝口位置優化

采用盾構直接破除連續墻玻璃纖維筋［3］接收，有殘留的渣土需要吊出。設備吊裝口離盾構接收洞門5 m，不利于渣土清除。中板施工是要把設備吊裝預留口優化設計在接收洞門上方位置。

3.2 加快施工進度對策

3.2.1 端頭加固施工對策

由于接收洞門上方3 m以上為砂層，采用地面加固需要在開挖前完成［4］。因此，采用主體施工完后水平探孔，根據滲水情況確定是否水平注漿［5］。

3.2.2 加快站臺層施工對策

傳統施工方案是拆除側墻模板后才能施工中板，施工工效較低。通過方案優化，采用滿堂支架使側墻和中板一次澆筑，大大提高施工工效。

3.2.3 提前拆除腳手架對策

中板澆筑后需要到達設計強度后才能拆除腳手架。可采用早強混凝土實現提前拆除腳手架。

同時，先把左線腳手架拆除到右線腳手架空隙間處，先為左線盾構提供接收條件。當主體施工到樓梯預留口時再開始拆除右線腳手架。

4 盾構過站始發掘進與車站平行施工關鍵技術

4.1 盾構滾輪接收技術

4.1.1 接收前準備

(1)提前按設計加工4組滑輪，每組滑輪設計為三輪相連滾輪，中間滾輪設計立柱，便于與盾體焊接［6］。同時加工好反力裝置。

(2)提前調整盾構掘進姿態［7］，并根據水平鉆孔滲水情況決定是否安裝止水簾布。

(3)加工0.9 m高的軌排桁架，便于過站時盾構后配套前移。

4.1.2 接收滾輪焊接

(1)盾構掘到連續墻后采用敞開式直接破除完連續墻。然后清除刀盤前渣土后在底板上鋪設盾體接收導軌。

(2)邊空推盾構機邊同步注漿，待油缸伸長到最大時拼裝管片。當盾體露出洞門三分之一時焊接前滾輪。當盾體露出三分之二時焊接盾體后滾輪(圖1)。

圖1 焊接盾構滾輪

(3)當最后一環管片拼裝完后，立即用工字鋼把最后幾環管片連接成一體。然后采用雙液漿進行二次補注漿。最后利用盾構油缸把盾尾推出洞門。

4.2 盾構整機導軌過站技術

4.2.1 曲線導軌設計與鋪設

采用校軌器先加工好曲線導軌［8］，并在車站標準段和盾構井相連位置鋪設曲線導軌(圖2)。

圖2 曲線導軌鋪設

4.2.2 連接橋的改進

由于后配套采用直線前移，盾體采用曲線前移，而盾體與后配套在水平方向無法轉動。因此，盾構過站前需要把后配套與連接橋相連處U形卡切割，使后配套和連接橋形成水平鉸接。

4.2.3 盾構前移

首先在盾尾后導軌上安設反力裝置，并通過插銷把卡軌裝置卡在導軌上。然后在盾體下部油缸和反力裝置之間安設一根長2 m鋼管支撐，啟動油缸使盾構慢慢前移，當油缸伸到最大時，把2 m鋼管更換4 m鋼管后啟動油缸使盾構機繼續前移，當油缸伸長到最大時，收縮油缸并前移反力裝置，重復前移。

4.2.4 后配套前移軌排設計與鋪設

由于后配套前移導軌比盾構前移導軌要高1 m，需要在后配套前臨時鋪設過站軌排。為了拆除和安設方便，采用工字鋼加工成1 m長凳子［9］作為臨時軌排。

盾構前移過程中，需要及時拆除盾構后配套尾后方軌排，然后不斷安設在后配套前方，實現循環利用。

4.2.5 站臺層與盾構過站平行作業

當后配套前端到達最后一環管片位置后，開始在導軌上安裝反力裝置，同時安放軌排和導軌，采用邊拆除腳手架，邊利用反力裝置使連續盾構前移。

當始發井腳手架拆完后，根據盾體前移方位固定始發基座，并根據始發基座高度在始發基座后10 m設置盾體前移過渡導軌，同時安設止水簾布。

4.3 盾構二次始發掘進技術

4.3.1 盾體移向始發基座

當盾體四分之一前移到始發基座時，切除盾體前滾輪。然后繼續前移，當盾體二分之一前移到始發基座時切除盾體后滾輪。最后使盾體整體移到基座上。

4.3.2 盾體橫移

采用液壓油缸對始發基座橫移［10］80 cm，由于連接橋與后配套形成鉸接，橫移時后配套會在導軌上慢慢后退，當盾體移動到預定位置時停止移動，最后固定始發基座。

4.3.3 二次始發前準備

(1)采用輔助油缸橫移始發基座［11］，用人工測量定位始發姿態。

(2)在中板預留孔中安放手拉葫蘆進行反力架定位后進行焊接固定。同時按傳統施工工藝施工車站剩余主體。

(3)安裝負環，逐步使刀盤推向開挖面進行二次始發進行下一區間隧道掘進。

4.4 始發掘進與車站主體同步施工技術

4.4.1 車站剩余主體施工時機

當二次始發段站臺層腳手架拆除完畢后，對盾構接收端站臺層中板強度進行試驗，當強度達到設計強度100%時開始施工車站負二層、負一層主體結構［12］。

4.4.2 過站掘進通風設置

當后配套進入洞門時，把通風機從迎賓路站搬移到芙蓉廣場站，確保通風質量。

4.4.3 聯絡通道施工部署

左線盾構二次始發掘進過程中，當后配套離開聯絡通道后，開始對聯絡通道處管片進行臨時支撐。當從右線后配套通過聯絡通道后，開始對聯絡通道處管片進行臨時支撐，并在左線開始見縫插針施工聯絡通道。

4.4.4 洞門環施工安排

當盾構掘進到達五一廣場站后，首先在預留孔內安設手拉葫蘆快速拆除反力架、負環;然后再拆除盾構機同時從內往外拆除始發基座和軌道;最后施工洞門環梁。

5 結語

5.1 施工方法新穎

采用側墻與中板一次澆筑成型和運用早強混凝土先施工站臺層，只用了30 d就完成了車站站臺層主體結構施工，及時為左線盾構機提供接收條件。通過中板配筋加強解決了車站施工滯后影響盾構接收技術難題，施工方法新穎。

5.2 施工技術先進

采用曲線導軌滾輪過站與站臺層平行施工，1 d最快能前移90 m。只用了12 d就完成過站。盾構二次始發后繼續施工車站剩余工程，實現盾構掘進完車站也施工完，施工技術先進。

5.3 推廣前景好

采用該方案實現了2011年底還建五一立交橋和恢復交通，取得良好的社會效益和經濟效益，施工工藝簡單，現在大多城市已經開始修建地鐵，推廣前景好。

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