盾構側向平移及始發(接收)施工技術

仝海龍

(中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 北京 101300)

1 工程概況

長春地鐵1號線04標自由大路站～南湖大路站區間采用盾構法施工，總長度1 076 m，位于長春市主干道人民大街下方。原設計方案為利用南湖大路站設置盾構工作井進行盾構區間施工，后因車站結構形式設計變更，施工工期延長，南湖大路站不再具備盾構施工條件，且區間位于城市主干道下方，無法開挖盾構施工豎井；而區間改用暗挖法施工，工期無法保證，且加大施工投入，增加施工風險。針對此情況，項目技術攻關小組經方案比選，研發了“盾構在橫通道內側向平移、組裝和始發(接收)成套施工技術”，突破了盾構井布置在區間正線上的傳統模式，開辟了盾構始發(接收)的新模式，有效解決了城市施工占道問題，保證工程順利進行，對今后類似工程具有參考借鑒意義。

2 施工方案

盾構機從側向盾構工作井下井，通過始發橫通道側向平移到始發位置，盾構分體始發；區間掘進完成后，盾構機到達接收橫通道，通過接收橫通道側向平移到接收豎井處，將盾構機吊裝上井，最終完成區間盾構施工[1]。

盾構施工過程中，物料運輸需完成兩個垂直運輸，即始發豎井與橫通道之間的豎向垂直運輸及橫通道與正線暗挖隧道之間的水平垂直運輸，豎井與橫通道之間的豎向垂直運輸工作由橫通道內架設的特制龍門吊與地面架設的龍門吊完成，橫通道與正線暗挖隧道之間的水平垂直運輸工作由橫通道內架設的特制龍門吊與運輸軌道車完成[2-3]。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程(見圖1)

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

(1)正線暗挖隧道混凝土始發導臺的制作。因正線暗挖隧道為馬蹄形，其暗挖空間相對狹小，無法滿足盾構機托架擺放的要求，因此在正線始發暗挖隧道內需澆筑盾構始發導臺，其結構形式如圖2所示。

圖2 盾構機始發導臺結構示意

導臺制作采用鋼筋混凝土結構，分兩段制作，靠近洞門段長度為10 m，靠近橫通道段長度為9 m，在澆筑暗挖隧道二襯結構時，與二襯結構一起澆筑完成。

(2)橫通道內鋪砂、鋼板、軌道。首先在橫通道內鋪設2 cm厚中粗砂，再利用2 cm厚鋼板鋪設2條鋼板帶，每條鋼板帶寬1.5 m，鋼板帶間距為2 m。鋼板拼接采用電焊焊接。并在橫通道內鋪設兩條軌道，作為特制平移小車的行走軌道。

(3)橫通道內安裝卷揚機及平移小車。卷揚機安裝在豎井口，其中2臺卷揚機作為特制平移小車向正線隧道內移動的動力牽引，另1臺卷揚機作為特制平移小車向豎井處移動的動力牽引[4]。特制平移小車利用型鋼加工而成，橫通道內的布置情況如圖3所示。

圖3 臺車橫通道內運輸系統示意

3.2.2 盾構機臺車下井平移

(1)利用地面吊車將臺車安放并鎖定在特制平移小車上。利用卷揚機作為牽引，將特制平移小車及臺車通過橫通道運送到正線隧道與橫通道交匯處(見圖4)。

圖4 臺車運輸過程示意

(2)利用安裝在特制平移小車上的卷揚機，將臺車運送到正線隧道內(見圖5)。

圖5 盾構機臺車運輸示意

3.2.3 盾構機主機下井平移

(1)施工準備。將盾構機托架利用地面吊車吊入橫通道內的鋼板上，并將其固定。

(2)盾構機主機平移。受橫通道及盾構機自身結構條件限制，盾構機主機需采用“分體平移”的方式。首先，利用地面吊車將盾構機刀盤、前盾及中盾吊入橫通道內的盾構機托架上，在托架上完成盾構機前三件的組裝工作；然后，將盾構機與托架連接成一個整體，割除對托架的固定，在盾構機上焊接起頂裝置，將盾構機及托架利用千斤頂頂起一定高度后，在托架下方安裝兩塊4 cm厚的滑板，在橫通道內鋪設的平移鋼板上涂抹黃油，做好平移準備；最后，盾構機三大件平移采用由固定塊、墊塊和聯動千斤頂組成的平移裝置完成[5-6]。

3.2.4 反力架安裝

馬蹄形的暗挖隧道空間，限制了反力架的結構形式，常規盾構反力架無法滿足施工要求，根據暗挖隧道的結構形式，設計了實用于馬蹄形隧道盾構施工反力架[7]。反力架需安裝在導臺施工時為其預留的位置處，每邊設置兩道斜撐，并在其頂部設置頂撐，頂撐頂到暗挖隧道的拱頂上，其安裝位置及支撐設置情況見圖6。

圖6 反力架安裝位置示意

3.2.5 盾構機組裝調試

(1)盾尾與盾構機三大件的組裝。在盾尾及中盾上焊接兩組對稱手拉葫蘆懸掛點，在對稱懸掛點之間安裝手拉葫蘆，采用人工拉扯手拉葫蘆的方式完成盾尾與三大件的對接工作。

(2)螺旋機的運輸及安裝。采用與運輸臺車相同的方式，將螺旋機運輸到位后，利用拱頂埋置的多個吊點懸掛手拉葫蘆協助完成螺旋機的安裝工作。

(3)連接橋的運輸及安裝。與螺旋機的運輸安裝工作相同。

(4)完成上述組裝工作后，將盾構機主機與1號臺車組裝成一部分，2～6號臺車連接成一部分，這兩部分的連接管線擺放在橫通道端部搭設的二層管線平臺上，上層平臺擺放連接電纜線，下層平臺擺放連接油管。7號臺車單獨作為一部分，然后利用加長管線將這三部分進行連接，完成盾構機組裝工作(見圖7)。

圖7 盾構機分體擺放示意

(5)盾構機組裝完成后，接通電源，運轉盾構機各個系統，對盾構機進行試運轉，完成盾構機的調試工作。

3.2.6 盾構機分體始發

(1)盾構機分體始發。盾構采用分體始發方式進行始發掘進。跟隨盾構機掘進的主要為1號臺車，其余臺車擺放在暗挖隧道內靜止不動[8]。隨著盾構機不斷前進，前段盾構機與后方臺車的距離也越來越遠，所需要的連接管路也越來越長。根據盾構機總長度，預計分體始發掘進長度為60 m。

(2)盾構始發階段的物料運輸。盾構始發階段的物料運輸主要是管片和碴土的運輸，分兩階段完成，第一階段為1號臺車在橫通道內時的運輸，第二階段為1號臺車完全進入正線暗挖隧道后的運輸。

①始發第一階段的運輸工作

管片的運輸:首先，管片由地面龍門吊吊入橫通道內，由橫通道內安裝的特制龍門吊將管片運入橫通道內，并將管片放置在人工液壓運輸車上，利用人工將管片從橫通道內搭設的橋架下方運入臺車下，然后，利用特制運輸起重架將管片吊起，并將管片運輸到盾構機管片吊裝機下，最后由管片吊裝機將管片運輸到待拼裝位置[9-10]。

碴土的運輸:碴土經過盾構皮帶機運輸到臺車尾部安裝的水平垂直于皮帶機的滑槽內，經過滑槽將土送入橫通道內的小土箱內，利用小挖機將小土箱內的碴土裝運到大土箱內，大土箱利用橫通道內的龍門吊吊裝到豎井處，利用地面龍門吊將碴土吊運到地面，倒入集土坑內，完成碴土的運輸工作。

②始發第二階段的運輸工作

本階段的運輸工作主要由三套運輸系統組成，即正線隧道內的一組編組列車，橫通道內的兩臺龍門吊及地面龍門吊。這一階段的列車組包含一個電瓶車機車、一節運漿箱車及一節土箱車。運輸系統布置如圖8所示。

圖8 分體始發第二階段運輸示意

碴土運輸:本工程分體始發過程中主機只連接一個臺車向前掘進，限制了列車編組長度，因此編組列車只能連接一個土箱和一個漿液運輸車，此時橫通道內的土箱放置區設置3個空土箱。盾構機掘進產生的碴土通過螺旋機及皮帶機運送到編組列車的碴土箱內，利用電瓶車機車將土箱牽引到正線隧道與橫通道交匯處，利用橫通道內的1號龍門吊將土箱車上裝滿土的土箱吊下，放入土箱擱置區，并吊裝一個空土箱到編組列車上，列車駛入掘進區進行下一箱土的運輸工作，2號龍門吊將放置在土箱擱置區裝滿土的土箱運輸到豎井處，并將放置在豎井處的空土箱吊運入橫通道內的土箱擱置區，地面吊車將豎井處裝滿土的土箱運輸到地面，從而完成一箱土的運輸工作。

管片運輸:是土方運輸過程的逆過程。利用地面吊車將管片從豎井處吊入，利用2號龍門吊將管片吊裝到管片堆放區，利用1號龍門吊將管片吊裝到管片車上。因始發階段編組列車不設置管片車，因此管片運輸利用編組列車上的土箱平板完成管片的運輸工作，每環管片需兩次完成運輸。

3.2.7 盾構機正常掘進

盾構機正常掘進施工同常規盾構施工相同，其不同點在于物料運輸過程。

(1)碴土及管片運輸。盾構正常掘進過程中碴土及管片運輸工作，同分體始發二階段管片及碴土運輸基本相同，所不同的是暗挖隧道內需布置道岔、投入8個土箱，并設置兩列編組電瓶列車。1號編組列車主要運輸同步注漿漿液及管片，2號編組列車主要運輸盾構掘進過程中產生的碴土，整個運輸工程其布置情況見圖9。

圖9 盾構正常掘進施工運輸系統示意

(2)漿液運輸。同步注漿漿液通過地面拌漿站配制好后，由設置在豎井內的豎向送漿管將漿液送入擺放在豎井井底的漿液存儲車內，存儲車內帶有攪拌裝置和壓漿泵。在橫通道內安裝漿液輸送管，一直鋪設到正線隧道處。漿液輸送管一端與漿液存儲車相連，另一端端部設置一段軟管，在向運送漿液的漿車內壓漿時，將端部軟管放入漿車內，啟動豎井處漿液存儲車上的壓漿泵，將漿液壓入運漿車內，再用運漿車將漿液運入盾構機的漿箱內[11-12]。

3.2.8 盾構機到達接收

接收洞門上打設米字形觀察孔，探孔打設深度為2 m。快速鑿除洞門處的混凝土，盾構應盡快推進并拼裝管片，盡量縮短盾構進洞時間。待洞圈特殊環管片脫出盾尾后，立即用弧形鋼板將特殊管片與鋼洞圈焊接成一個整體，并用漿液充填管片和洞圈的間隙，以減少水土流失。

3.2.9 盾構機解體平移及吊出

盾構機到達后，將盾構機的刀盤、前盾、中盾推到接收橫通道內的接收架上，利用拱頂預埋的吊點將連接橋和螺旋機等在洞內完成拆除。平移工作同始發相同，盾構機平移到豎井口后，利用地面吊車將盾構機吊裝上井。

4 結束語

該技術方案在長春地鐵1號線南湖大路站～自由大路站盾構區間得到成功應用，整體效果良好。實施過程中實際最大日掘進量為18環，平均日掘進量為9環。突破了盾構井布置在區間正線上的傳統模式，開辟了盾構始發(接收)的新模式，有效解決了城市施工占道問題，減少了施工對周邊環境的影響。既保證地面交通，又減少盾構施工對施工用地的需求，具有顯著的經濟、社會和環境效益，對于日益緊張的城市交通，具有很好的應用前景，施工技術實用性強，推廣前景巨大。