盾構(gòu)機(jī)頂升進(jìn)站施工工藝研究

林世達(dá)

（中鐵東方國(guó)際集團(tuán)馬來(lái)西亞公司，馬來(lái)西亞吉隆坡 58100）

0 引言

城市地鐵隧道多采用盾構(gòu)法修建，以最大程度減小對(duì)居民出行的影響。盾構(gòu)法修建隧道時(shí)以管片作為襯砌圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為滿足后期便于列車通行的要求，在盾構(gòu)掘進(jìn)結(jié)束后需在管片內(nèi)上覆一層混凝土仰拱再鋪設(shè)軌道，管片仰拱標(biāo)高與車站底板標(biāo)高一致。盾構(gòu)機(jī)需要進(jìn)行過(guò)站方能開始二次始發(fā)操作，但是經(jīng)常存在車站底板高于盾構(gòu)機(jī)底部的問(wèn)題（即存在一定高差），因此，盾構(gòu)進(jìn)站時(shí)盾構(gòu)機(jī)必須先克服該高差后才能過(guò)站。

1 前期準(zhǔn)備

1.1 設(shè)計(jì)預(yù)留

吉隆坡某地鐵站設(shè)計(jì)時(shí)原本考慮蓋挖至中板，而后先讓盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目部通過(guò)施工部署，能夠提前交付車站底板，所以存在盾構(gòu)空推過(guò)站的可能。為節(jié)約成本與工期，考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)留，因此需要對(duì)車站接收端底板進(jìn)行部分下沉（圖1）。由圖1可知，兩部分底板間存在1個(gè)1.6 m高的臺(tái)階，高度（下沉距離）=既有高差+托架底部高度+盾構(gòu)進(jìn)站允許誤差。此外，下沉縱向長(zhǎng)度=盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)度（由刀盤至螺旋輸送機(jī)尾部）+施工空間+安全距離。由于該項(xiàng)目盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)16.9 m，考慮到施工空間與安全距離，最終確定下沉縱向長(zhǎng)度為18 m。

圖1 車站下沉簡(jiǎn)圖

1.2 頂升支座位置確定

千斤頂頂升支座直接焊接在盾體上，用于固定千斤頂并提供反力支持，而且至少需要4個(gè)支座。支座位置分為縱斷面與橫斷面：縱斷面位置的確定以與盾構(gòu)主機(jī)重心位置形成力矩平衡為準(zhǔn)則，重心位置通常可由盾構(gòu)機(jī)廠家提供；橫斷面位置沿盾構(gòu)中軸線對(duì)稱分布，并綜合考慮千斤頂長(zhǎng)度、托架寬度、支座大小等因素（圖2）。確定支座縱斷面與橫斷面位置的目的，在于保證頂升過(guò)程中盾體的穩(wěn)定，不發(fā)生前傾、后傾、晃動(dòng)等問(wèn)題，可采用有限元軟件進(jìn)行受力分析。

1.3 機(jī)械設(shè)備材料準(zhǔn)備

（1）托架是用于接收盾構(gòu)的裝置，可由始發(fā)架改裝，并在托架底部?jī)蓚?cè)各焊接1塊10 mm厚鋼板。

（2）千斤頂與泵站。千斤頂容量依據(jù)盾構(gòu)主機(jī)重量、安全系數(shù)及千斤頂數(shù)量等綜合確定，本項(xiàng)目主機(jī)重量474 t，安全系數(shù)取2，欲采用4個(gè)千斤頂，故選擇250 t額定容量的千斤頂。

（3）反力架作為盾構(gòu)平移的反力支撐。

（4）卷?yè)P(yáng)機(jī)提供盾構(gòu)平移動(dòng)力并導(dǎo)向。

（5）工字鋼作為盾構(gòu)頂升支撐材料。

（6）肋板、千斤頂墊塊、焊接設(shè)備、吊機(jī)等。

圖2 千斤頂與托架安裝

1.4 技術(shù)交底

盾構(gòu)機(jī)質(zhì)量體積龐大，需要提高安全警惕，應(yīng)提前針對(duì)所有可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況制定緊急方案，做好應(yīng)急搶險(xiǎn)準(zhǔn)備；并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有參與人員做好技術(shù)交底工作，提前進(jìn)行頂升預(yù)演。

2 頂升程序

2.1 盾構(gòu)接收與平移

利用汽車吊使托架就位（圖3）；盾構(gòu)刀盤突破端頭墻后暫停，及時(shí)進(jìn)行砼塊清理工作；盾構(gòu)繼續(xù)進(jìn)站，使主機(jī)部分完全爬上托架；采用肋板將主機(jī)與托架焊成一個(gè)整體，需檢查焊縫質(zhì)量；采用木楔等作為加塞裝置固定后配套拖車以防止溜車，并采用支撐裝置支撐設(shè)備橋；進(jìn)行主機(jī)和后配套的分離工作；在托架底部鋼板與地板之間涂抹潤(rùn)滑油，減小盾構(gòu)機(jī)與地面的摩擦系數(shù)；在盾尾設(shè)置反力支座，利用千斤頂進(jìn)行盾構(gòu)平移，使盾構(gòu)機(jī)和托架共同平移至頂升位置。

圖3 盾構(gòu)進(jìn)站與托架就位

2.2 千斤頂焊接與材料就位

利用先前確定的位置，將4個(gè)支座準(zhǔn)確焊接在盾體上，之后千斤頂?shù)壮潞附釉谥ё希ê附庸ぷ骶铏z查焊縫質(zhì)量）。連接泵站，工字鋼、千斤頂墊塊等材料就位。

2.3 頂升

由于臺(tái)階高度為1.6 m，本項(xiàng)目采用千斤頂其最大行程為600 mm，所以共需要頂升3次，第一次頂升600 mm，第二次與第三次均頂升550 mm（因塞入托架底部作為支撐的工字鋼與托架無(wú)法做到完全接觸，所以稍微增加一定高度）。

（1）第一、二次頂升步驟：檢查設(shè)備；啟動(dòng)泵站，控制速率，平緩頂升到位；往托架底部塞入工字鋼至預(yù)定位置，期間避免碰撞托架或千斤頂以保持盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定；勻緩回縮千斤頂，使盾構(gòu)及托架平穩(wěn)落到工字鋼上；在千斤頂下方加墊塊至剛好接觸。

（2）第三次頂升的前面步驟與第一、二次頂升一致，只是在盾構(gòu)及托架平穩(wěn)落到工字鋼上后，不再添加墊塊至千斤頂下方（圖 4）。

2.4 平移

加固工字鋼；在盾尾設(shè)置反力架，安裝千斤頂；刀盤前方同時(shí)設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)提供動(dòng)力及導(dǎo)向（若千斤頂推力足夠，該步驟非必須）；在托架鋼板底部和工字鋼與車站底板之間涂抹潤(rùn)滑油，減小摩擦系數(shù)；啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)（若有），隨之啟動(dòng)千斤頂泵站，協(xié)同工作使盾構(gòu)主機(jī)和托架平移至車站底板。

2.5 主機(jī)過(guò)站，后配套過(guò)站

完成頂升過(guò)程，盾構(gòu)主機(jī)過(guò)站；后配套采用電瓶車頂推過(guò)站。

3 風(fēng)險(xiǎn)管控

圖4 第三次頂升完成

（1）不均勻頂升。盡量只用1個(gè)或2個(gè)泵站給千斤頂提供動(dòng)力，并采用有自鎖功能的千斤頂，確保泵站發(fā)生意外時(shí)不回縮。

（2）千斤頂不穩(wěn)。與支座焊接，同時(shí)每往上頂升一定距離時(shí)即在支座與墊塊之間加U形鋼塊把千斤頂圍住，作為臨時(shí)支撐（圖5）。

（3）盾構(gòu)翻轉(zhuǎn)。將盾構(gòu)與托架通過(guò)肋板牢牢固定，控制千斤頂速率保證勻緩平穩(wěn)頂升。

（4）工字鋼穩(wěn)定性問(wèn)題。每層工字鋼的上下左右均采用螺栓連接，形成整體。

圖5 千斤頂加固

4 結(jié)論

目前，盾構(gòu)機(jī)頂升進(jìn)站方案在國(guó)內(nèi)外已有工程經(jīng)驗(yàn)，但是相關(guān)研究資料很少。頂升方案可以順利實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)克服高差進(jìn)站，并且經(jīng)濟(jì)性與工效性明顯，操作過(guò)程明了。相信在地鐵修建過(guò)程中，該施工工藝將廣泛應(yīng)用。