夾軌式盾構(gòu)機(jī)空推工法應(yīng)用技術(shù)研究

夏成旭 （合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

在我國地鐵隧道建設(shè)中，盾構(gòu)法施工已得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。目前盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)機(jī)過站主要有盾構(gòu)機(jī)吊出過站、盾構(gòu)機(jī)空推過站和先隧后站過站等方法[4-5]。空推過站法因節(jié)約成本，縮短工期等特點(diǎn)，且隨著地鐵建設(shè)對(duì)安全、質(zhì)量和進(jìn)度要求越來越高，目前應(yīng)用趨勢在逐漸擴(kuò)大[6]。文章結(jié)合西安地鐵4號(hào)線試驗(yàn)段提出新型盾構(gòu)機(jī)空推過站和過區(qū)間的施工技術(shù)。

1 工程概況

西安地鐵四號(hào)線試驗(yàn)段-4標(biāo)包括一個(gè)車站三個(gè)區(qū)間，即后村站、大唐芙蓉園站～大雁塔北站區(qū)間、大雁塔北站～后村站區(qū)間、后村站～李家村站區(qū)間，標(biāo)段如圖1所示。盾構(gòu)區(qū)間外徑6 m，內(nèi)徑5.4 m。區(qū)間盾構(gòu)采用羅賓斯土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，刀盤直徑6180 mm。左線區(qū)間盾構(gòu)機(jī)從f6工區(qū)盾構(gòu)始發(fā)井端頭吊裝下井，在f6暗挖隧道南端頭始發(fā)，4次過暗挖段（f6、f7、f8、f9暗挖段），2次過站（后村站，大雁塔北站），到達(dá)大唐芙蓉園車站解體吊出。因該標(biāo)段位于西安市繁華地段，沿線有大雁塔、大唐芙蓉園等5A級(jí)景點(diǎn)及賽格電腦城等商業(yè)點(diǎn)，為減少繁華區(qū)域占道施工對(duì)交通影響，盾構(gòu)機(jī)采用空推過站、過暗挖隧道的方法。

2 盾構(gòu)機(jī)過站及區(qū)間隧道技術(shù)

圖1 盾構(gòu)機(jī)空推過區(qū)間和過站點(diǎn)的示意圖

以本工程區(qū)間左線為例，盾構(gòu)機(jī)須空推過f6暗挖區(qū)間47m，后村站190m，f7暗挖區(qū)間50m，大雁塔站180m，f8暗挖區(qū)間295m，f9暗挖區(qū)間273m，共需空推1035m。盾構(gòu)機(jī)過站能否安全、高效的過站直接關(guān)系到施工成本及工期控制。

2.1 頂推過站技術(shù)

盾構(gòu)主機(jī)上鋼軌，在鋼軌末端焊接反力支座，在反力支座上放置推進(jìn)油缸，開始頂推，頂推1m后收回推進(jìn)油缸，放置1m長頂撐，再次頂推，2m為一個(gè)循環(huán)，完成后把盾體頂起，卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼軌前移，開始下一個(gè)循環(huán)，直至盾構(gòu)主機(jī)推進(jìn)到位即完成盾構(gòu)主機(jī)過站。

2.2 凝土導(dǎo)臺(tái)過區(qū)間隧道技術(shù)

在區(qū)間底板結(jié)構(gòu)處以設(shè)計(jì)線路中心線及軌面為基點(diǎn)施做混凝土導(dǎo)臺(tái)，并在混凝土導(dǎo)臺(tái)斜面處兩側(cè)各安裝一道鋼軌。混凝土導(dǎo)臺(tái)如圖2所示。盾構(gòu)主機(jī)上鋼軌后，同盾構(gòu)掘進(jìn)一樣在盾構(gòu)機(jī)下部采用兩片管片同縫拼裝，利用盾構(gòu)機(jī)下部千斤頂頂推盾構(gòu)機(jī)前行，直至盾構(gòu)機(jī)過站完成。由于管片脫出盾尾后與鋼軌有2cm高差，因此在脫出盾尾時(shí)鋼軌上每0.75m墊上2cm高木塊，減少管片破損。

2.3 夾軌式過站技術(shù)

圖2 混凝土導(dǎo)臺(tái)示意圖

夾軌系統(tǒng)是通過夾軌器通過液壓系統(tǒng)夾緊鋼軌，使它們之間的產(chǎn)生摩擦力提供推進(jìn)反力，通過頂進(jìn)油缸回縮自動(dòng)拉動(dòng)油缸向前移動(dòng)的盾構(gòu)過站方法。圖3為夾軌系統(tǒng)推進(jìn)示意圖，從圖中可以看出，夾軌固定于軌道上通過千斤頂頂推托架然后帶動(dòng)盾體向前移動(dòng)。因此，此系統(tǒng)過站速度快，免去了人工扛油缸、焊接反力架等繁瑣工序，而且，每次推進(jìn)受力長度固定、受力方向一致，推力穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)槿斯ぜ訐问芰Σ痪鶎?dǎo)致蹦頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。整個(gè)過程中頂推所需工作壓力較小，最大壓力只有30MP，且頂推工作效率高，每班推進(jìn)距離可達(dá)40m以上，大大縮短了過站時(shí)間，節(jié)約了工期和施工成本。

圖3 夾軌系統(tǒng)推進(jìn)示意圖

3 方案比選

上述三種技術(shù)均具有各自的適用性和特點(diǎn)，采用頂推過站、凝土導(dǎo)臺(tái)過站方法過站，施工成本高，效率低下，每班僅可空推前進(jìn)10m，工期需要100多天，且盾體經(jīng)常出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象，對(duì)盾體損傷較大。相比之下，夾軌式過站技術(shù)具有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。主要特點(diǎn)如下：

①液壓夾軌系統(tǒng)自動(dòng)前進(jìn)，無需人為移動(dòng)；

②頂推壓力均勻且穩(wěn)定，頂進(jìn)方向易控；

③液壓夾軌系統(tǒng)，無需焊接反力架，自身可把鋼軌卡死，減少效率高；

④通過接收托架的配合，采用夾軌液壓推進(jìn)系統(tǒng)把盾體整體往前平移。

綜合考慮進(jìn)度、安全和成本等因素，經(jīng)研究分析，決定采用托架配合夾軌式液壓推進(jìn)系統(tǒng)。采用該方法后可以大幅度減小人員工作量，有利于提高工作效率。經(jīng)初步分析和之前空推方法相比，時(shí)間縮短了3倍以上，將為盾構(gòu)施工節(jié)約了2個(gè)月的時(shí)間。

4 盾構(gòu)空推過站、暗挖隧道

4.1 技術(shù)的準(zhǔn)備

4.1.1 準(zhǔn)備工作

①在盾構(gòu)機(jī)到站或暗挖隧道前由測量班組織人員對(duì)車站或暗挖隧道接收端底板進(jìn)行測量，確定車站或暗挖隧道底板的實(shí)際標(biāo)高，并根據(jù)實(shí)際標(biāo)高對(duì)底板進(jìn)行處理，安裝接收托架并固定牢固。

②盾構(gòu)機(jī)空推過程中需考慮現(xiàn)場尺寸及界限問題，在空推前做好前期空間模擬工作，保證盾構(gòu)機(jī)空推能正常進(jìn)行。

4.1.2 盾構(gòu)機(jī)固定

盾構(gòu)機(jī)接收后，需將盾構(gòu)機(jī)與接受托架焊接成一個(gè)整體。

4.1.3 推進(jìn)準(zhǔn)備

在盾構(gòu)機(jī)過站時(shí)在接收托架下面和鋼軌上涂抹黃油，減小磨阻。

4.1.4 盾構(gòu)主機(jī)與后備套分離

盾構(gòu)主機(jī)上接收托架后，將主機(jī)與后備套臺(tái)車之間的連接橋斷開，并將之間管路拆開，并把連接橋的前端及管路放置在管片運(yùn)輸車上固定牢固。

4.2 材料與機(jī)具設(shè)備

盾構(gòu)機(jī)空推過站和過區(qū)間所需要的材料及機(jī)具設(shè)備如下表所列。由表中材料及機(jī)具共同組成夾軌式盾構(gòu)機(jī)空推系統(tǒng)。圖3為夾軌系統(tǒng)現(xiàn)場布置，從圖中可以看出兩個(gè)夾軌油缸一端固定于鋼軌之上，另一端頂推托架，并通過控制器控制頂推壓力。

材料與機(jī)具統(tǒng)計(jì)表

4.3 盾構(gòu)主機(jī)過站

4.3.1 夾軌式過站工藝流程

夾軌式盾構(gòu)機(jī)空推工藝流程如圖4所示，在整個(gè)流程中一個(gè)循環(huán)完成后，從鋪設(shè)軌道至油缸與托架連接這個(gè)過程不需要重復(fù)操作，循環(huán)從夾軌油缸卡住鋼軌開始，即夾軌油缸與頂推油缸前移結(jié)束后，夾軌重新卡住鋼軌，進(jìn)入下一個(gè)頂推循環(huán)。

①盾構(gòu)主機(jī)上鋼軌

圖4 工藝流程圖

盾構(gòu)機(jī)接收后，把始發(fā)托架與預(yù)埋鋼板分離，并在盾體上焊接4個(gè)牛腿，開動(dòng)液壓泵站，把頂升液壓千斤頂油缸均勻平穩(wěn)地慢慢伸出，頂起盾構(gòu)機(jī)，在下面放置過站鋼軌，兩側(cè)鋼軌一次各安裝兩根鋼軌，并與地面固定牢固。

②盾構(gòu)機(jī)頂推

盾體調(diào)整到位后，并在盾尾末端鋼軌上安裝夾軌器系統(tǒng)，啟動(dòng)夾軌器液壓系統(tǒng)，使夾軌器夾緊鋼軌，然后啟動(dòng)水平千斤頂液壓系統(tǒng)開始頂推，頂推0.8m后收回推進(jìn)油缸，一個(gè)循環(huán)完成，對(duì)夾軌器液壓系統(tǒng)進(jìn)行泄壓，并把夾軌器向前平移0.8m，夾軌器再次夾緊鋼軌，再次頂推，如此循環(huán)。待盾構(gòu)主機(jī)被頂推到鋼軌前端時(shí)，通過豎向千斤頂把盾體頂起，用卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼軌前移，鋼軌尾端前移至盾尾處，并留有2m距離安裝夾軌器頂進(jìn)系統(tǒng)，開始下一個(gè)循環(huán)，直至盾構(gòu)主機(jī)推進(jìn)到位即完成盾構(gòu)主機(jī)過站。夾軌系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 夾軌系統(tǒng)圖

4.4 后備套過站

①后配套過站軌道

在盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)的同時(shí)，要開始后配套軌道及運(yùn)輸軌道的鋪設(shè)工作。

②后配套設(shè)備過站

為避免在始發(fā)端頭位置后配套臺(tái)車與盾構(gòu)主機(jī)連接不上問題，因此在盾構(gòu)主機(jī)過站完成后，對(duì)后配套鋪設(shè)軌道時(shí)要及時(shí)測量，調(diào)整好軌道標(biāo)高及的平面位置，保證后配套設(shè)備的順利盾構(gòu)主機(jī)完成連接。對(duì)后配套設(shè)備的軌道鋪設(shè)完成后，將電瓶車與管片運(yùn)輸車連接，通過牽引管片運(yùn)輸車帶動(dòng)整個(gè)后配套系統(tǒng)向前移動(dòng)，完成后配套過站。過程中要控制電瓶車移動(dòng)速度，避免后配套臺(tái)車脫軌。

5 結(jié)語

文章結(jié)合西安地鐵4號(hào)線試驗(yàn)段-4標(biāo)盾構(gòu)機(jī)空推過暗挖區(qū)間和站點(diǎn)的工程實(shí)例，通過對(duì)比頂管過站技術(shù)、混凝土導(dǎo)臺(tái)過區(qū)間隧道技術(shù)和夾軌式過站技術(shù)，最終根據(jù)實(shí)際需求采用夾軌式過站技術(shù)，即夾軌式液壓推進(jìn)系統(tǒng)頂推盾構(gòu)機(jī)過站和過區(qū)間。該系統(tǒng)可在軌道上自動(dòng)行走，無需人力推動(dòng)，且效率高是傳統(tǒng)空推工法的3倍，可大量節(jié)約時(shí)間。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)空推工法相比有明顯的優(yōu)勢。最后，文章根據(jù)施工中實(shí)際操作情況，給出夾軌式液壓推進(jìn)系統(tǒng)的工藝流程及具體的施工步驟。因夾軌式液壓推進(jìn)系統(tǒng)屬于新工法，國內(nèi)目前應(yīng)用較少，希望文章可以對(duì)實(shí)際提供指導(dǎo)作用。