盾構空推過礦山法隧道的滑軌設計

摘 要：盾構法施工是當今地鐵建設應用最廣的施工方法。盾構機在選型時，穿越地層的巖性及復雜程度是盾構選型的主要依據，在不適合盾構法掘進的特殊地段應用最普遍的就是礦山法施工。

關鍵詞：礦山法隧道;空推;滑軌;二次始發

一、工程概況

本工程為成都地鐵4號線萬年場站～東三環站盾構區間，線路在東三環站西端始發后沿成洛大道向西敷設，期間下穿三環路十陵立交橋、鐵路線群等后到達中間風井，盾構機通過礦山法隧道后二次始發，到達萬年場站。

二、礦山法隧道情況簡介

本工程在區間里程范圍YDK38+797.762～YDK38+740.000（ZDK38+806.480～ZDK38+752.018）處左右線分別設長度為57.762m的礦山法隧道。隧道二襯采用C40，P12模筑混凝土，厚度為500mm。其下部60°范圍內隧道直徑為6600mm，上部271.72°范圍內隧道直徑為6800mm，兩側各設14.14°的直線過度段。礦山法隧道段為下坡地段，其坡度為13‰。礦山法隧道平面示意圖如下所示：

四、滑軌設計

總體設計思路是：礦山法隧道底部安裝20mm厚的Q235鋼板作為滑軌的“承臺”，然后在鋼板上用膨脹螺栓固定軌道壓板和間隔焊接肋板的方式固定軌道，讓滑軌和隧道二襯形成一個整體，提供空推支撐。

本次空推盾構刀盤與礦山法隧道結構的環向最小間距只有6cm，空推步進防止發生“卡殼”是本次空推的重點。關鍵環節就是滑軌的定位與安裝，安裝精度直接影響盾構空推的成敗。

（一）滑軌鋼板的用量計算

礦山法隧道全長50.562m，二襯采用C40的砼澆筑。盾體的總重量為333.2t，由壓強公式P=F/S可得：承受盾體總重量的鋼板所需理論面積為：

S=F/P={（333.2××100000）/40}m2=0.755m2

盾體長度為8.8m，可知理論上全線（單線）共需4.338 m2鋼板。由于此次空推下部只有一塊管片作為反力支撐，推進油缸行程差會導致盾體受力不均的情況，加之滑軌安裝的精度誤差，空推過程中極可能出現滑軌偏心受壓的情況。為此考慮7倍的安全系數，取30 m2鋼板。滑軌的安裝示意圖如下：

（二） 滑軌抗傾斜、抗滑移設計及驗算

本次設計采用43重型軌，盾體在滑軌上時，滑軌受到盾體壓力，分解為到水平方向的推力和垂直方向的壓力。

=333.2×0.4226×0.5=70.4t

為了防止滑軌出現傾斜、變位的情況，在鋼板上掏眼，采用M16型膨脹螺栓及軌道壓板對鋼軌進行固定。根據機械手冊，單根M16型膨脹螺栓允許拉力為1.94t。假設需要n根膨脹螺栓，則

=1.94×n>70.4t，才可滿足抗傾斜變位的要求，經計算n=36。考慮到每個鋼板兩邊都要固定膨脹螺栓，共50塊鋼板，則至少需要M16×100mm-10.9級的膨脹螺栓400顆。考慮滑軌的安全性，每塊鋼板固定10個軌道壓板。

五、 滑軌測量定位

（一）鋼板定位

滑軌的定位測量是滑軌安裝前的關鍵工作。在測量放線前將隧道底部清理干凈，保證安裝面的平順。首先要根據圖紙放出鋼板的中心線，中心線每5m取一個點，并用紅色噴漆標記。待兩側中心線都定位好后，用墨線打出滑軌鋼板中心線的位置，然后根據礦山法隧道中心線偏距來校核滑軌的中心線是否準確，如果偏差較大則應重新定中心線。

（二）滑軌定位

鋼板安裝完成后，需要定位鋼軌安裝中心線。本次采用了全站儀放樣鋼軌安裝中心線。由于鋼板安裝過程中存在誤差，二次放樣也是對鋼板安裝精度的校核。若出現鋼板中心線局部位置偏移量較大時，則應對該部位返工重做。滑軌全部安裝完成后，要對整個滑軌軌面中心線的高程、兩側滑軌軌距以及滑軌對中心線的偏移量再次校核。

六、滑軌安裝

滑軌的安裝程序分為：滑軌定位測量、安裝下墊鋼板、安裝滑軌、固定壓板和肋板。在完成滑軌定位放樣后，用魚線在定位水泥釘兩側拉出滑軌的邊線，便于安裝。用電錘在鋼板的四個角施作定位孔，安裝膨脹螺栓，然后依次鉆孔安裝其它孔位的膨脹螺栓，至全部鋼板完成安裝。在鋼板上用膨脹螺栓固定軌道：軌道和鋼板的安裝一定要錯縫安裝，保證軌道的穩定性。在固定完成壓板后焊接肋板：肋板在焊接時一定要保證焊接質量，采取焊縫滿焊焊接，焊縫尺寸要達到要求。

<七、盾構機空推步進

空推時在尾盾內安裝一塊標準塊管片，并進行螺栓連接。利用管片提供反力往前頂推盾體，當管片脫出盾尾后，及時利用木楔子對管片進行支撐固定。現場工作人員檢查作業現場一切就緒后，開始盾構機的步進工作。

本次空推過程采取了以下控制措施，順利抵達二次始發預定位置，未出現“卡殼”事故。

第一、空推前在所有滑軌面上涂抹一層黃油，以減少盾殼和滑軌的之間的摩擦力。

第二、步進前安排專人在刀盤前方密切觀察刀盤和二襯的間隙，出現局部間隙過小時，對講機第一時間聯系盾構機操作手，用調整下部油缸頂推力位置的方式調向。在盾體剛步進礦山洞門的初始階段及時調整好盾殼和二襯的間隙，保證后續步進的安全。

第三、初始步進速度不宜過快，在盾體還沒完全進入礦山隧道前保證在25～30mm/min，便于調向;待盾體完全進入礦山隧道后可逐步將速度調整至35～40mm/min;盾體步進到達二次始發端頭前5m將速度降低至25mm/min穩步推進，直至到達預定位置。

八、結語

盾構空推過礦山法隧道的關鍵工作之一就是空推導軌的設計，滑軌只是其中的一種方式，還有空推導臺等步進設施。隨著盾構法施工技術的不斷發展，盾構空推過礦山法隧道的工藝流程也日趨完善，技術水平不斷提高，新工法的涌現為企業將創造更多的財富。

參考文獻：

[1]《隧道分冊》（施工作業指導書） 齊占國? 中國鐵建大橋局集團有限公司 2013年12月

[2]《城市軌道交通工程測量規范》 北京市規劃委員會 2008年9月

[3]《機械設計手冊》成大先 化學工業出版社 1992年2月

[4]萬年場站～東三環站區間礦山法隧道設計圖

[5]成都地鐵4號線二期工程土建4標（萬年場站至東三環站區間）盾構空推過礦山法隧道專項施工方案

作者簡介：何振強，1984年12月出生，男，漢族，籍貫（寧夏西吉），工程師，大學本科，主要從事隧道、地鐵盾構機械方面的施工與管理。