基于大直徑盾構的工作井內整機平移關鍵技術研究

王鋒

（中鐵二十局集團第三工程有限公司，重慶 400065）

1 引言

進入21世紀，城市軌道交通地下空間的開發建設迎來了空前的大發展，在城市軌道建設中采用盾構法施工的項目也越來越多。然而，由于城市鬧市區的周圍環境復雜，盾構法采用的盾構機設備因周圍環境的影響，往往需要特殊的施工工藝才能滿足盾構施工作業。例如，鄭州地鐵[1]面臨高壓線下施工距離不足的問題，采用混凝土結構柱延后的工法讓盾構平移，實現了盾構始發的目的；深圳地鐵9號線[2]采取盾構平移技術使施工完的盾構機成功順利吊裝出井；上海上中路隧道[3]給出了超大直徑盾構機在豎井內原位掉頭及平移的施工工法，解決傳統施工需要重新拆裝盾構機的不足；北京地鐵16號線[4]通過研發一種推進系統，解決了盾構平移過站的施工難題。在國內關于盾構機的調頭及平移施工方法主要基于現行規范[5，6]規定及周邊環境條件，本文創新行地提出了一種適合大直徑盾構的工作井內整機平移的施工技術，有效解決了城市密集空間下大直徑盾構機難吊裝下井的難題，并縮短了施工工期，降低了成本。

2 工程概況

成都軌道交通17號線二期工程土建六工區含2站1區間，區間出二仙橋站沿建設北路三段敷設進入踏水橋站，共設有2座聯絡通道，其中，1座兼廢水泵房。

工程投入2臺鐵建重工生產的ZTE8600盾構機進行掘進施工，受二仙橋站蜀龍五期匝道橋凈空限制，始發端頭不具備盾構機吊裝下井條件，2臺盾構機均設置在盾構右線吊裝孔南側場地吊裝下井，因此，左線盾構機吊裝在右線吊裝孔下井后，需要平移至左線。蜀龍五期匝道橋凈空7 m，距離吊裝區域7 m，履帶吊距離匝道橋15.1 m，盾構機平移示意圖如圖1所示。

圖1 二仙橋站盾構機平移示意圖

吊裝端頭地質情況為：地層自上而下依次為<1-2>雜填土、<3-2-3>黏土（硬塑）、<3-8-1>卵石土（稍密）、<3-8-2>卵石土（中密）、<3-4-4>中細砂（稍密）、<3-8-3>卵石土（密實）、<5-1-2>強風化泥巖、<5-1-3>中等風化泥巖地層。二仙橋站始發井端頭地層及平面如圖2所示。

圖2 二仙橋站始發井端頭地層及平面圖

二仙橋站因地面構建筑物影響，左線盾構機無法直接吊裝到左線始發井，需先吊裝到右線始發井，通過平移設備將主機及后配套拖車平移至左線始發井，然后進行組裝，大直徑盾構平移施工存在以下工程難點：

1）工作井內大直徑盾構機整體平移工法的選擇、平移裝置的配置及細部措施，為技術難點。

2）盾構機平移在地下工作井凈空高度約9.2 m的狹小空間作業，為施工難點。

3 平移施工準備

盾構平移工作，主要是盾體和拖車兩部分進行平移，盾體含各部件（刀盤+前盾+中盾+尾盾+螺旋輸送機+管片拼裝機）組合之后整體移動至指定的位置，拖車是分批次將各節拖車進行移動至指定位置。盾構機主機長度約10.9 m，整機長度約106 m，總質量約1 200 t。由于各部件重量較重，因此，施工中嚴格控制施工工藝，是確保盾構平移是否成功的關鍵。

盾構平移施工工藝為：工作井口軌道鋪設→拖車平移裝置下井→平移各節拖車至指定位置（依次完成6#、5#、4#、3#、2#、1#、連接橋等拖車平移）→吊出平移拖車裝置及拆除滑移軌道→始發托架下井→螺旋機及盾體下井組裝→盾體平移→平移結束。

3.1 工作井口軌道鋪設

底板清理干凈，清理底板凝固的混凝土塊及格構柱突出底板部分。對工作井底板采用中粗砂進行找平處理，然后在底板滿鋪4道20 mm厚鋼板，鋼板四周用φ28 mm鋼筋錨固，防止鋼板移動。在底板水平方向鋪設4條軌道，軌距900 mm，2列軌道之間相距7 m，每隔2 m安裝1個軌道拉桿。軌道間距與拖車平移裝置保持一致，為拖車平移裝置提供行走。根據拖車平移裝置要求，需保證安裝的滑移軌道平整穩固，連接處高差≤2 mm，不平整位置需要調整處理。

3.2 馬鐙安裝

工作井拖車平移軌道安裝完成后，兩邊軌道各放1個渣斗底盤作為拖車平移裝置。由于工作井與車站存在高差，需在工作井內鋪設保證鋪設的軌道與車站的軌道一致。考慮工作井拖車易進入車站內，故將工作井內的軌道標高提高1 cm。根據設備廠家提供的各部件質量表可知，1#拖車最重約46 t，馬鐙只需滿足1#拖車承重即可；本次馬鐙制作采用250H型鋼制作。依據公式：

式中，H為腹板高度；B為翼緣寬度；t1為腹板厚度；t2為翼緣厚度；r為圓角半徑，L為型鋼的長度。當L=1 m時，受力面積為0.25 m2，承載的重量為720 kN（72 t），能滿足受力需求。因此，底盤頂面放8個馬鐙可滿足受力需求，分攤2個渣斗，1個渣斗上放置4個馬鐙即可，如圖3所示。

圖3 底盤上馬鐙放置后剖面圖

4 大直徑盾構機平移

4.1 拖車平移

拖車平移時，首先將拖車平移裝置放置于井口滑移軌道上，在平移拖車裝置上安裝拖車行走軌道，控制軌道面與車站鋪設的軌道面高差一致，方便拖車平移至始發井口后牽引到車站。當拖車下井后放置于平移拖車裝置軌道上，采用H型鋼焊接固定，使拖車與平移拖車裝置連成整體，確保拖車移動時穩固。利用10 t的卷揚機、滑輪組及鋼絲繩將平移拖車牽引至左線井口中心位置，連接平移拖車裝置上鋪設軌道與車站軌道，滿足拖車在軌道運行，拆除拖車在平移拖車裝置上的加固，用牽引電機車將拖車牽引至車站內，完成拖車平移。

4.2 盾體平移

拖車平移完畢后，拆除工作井內的拖車平移裝置和滑移軌道，為盾體平移提供空間。工作井內底板需保證表面高差≤2 mm，表面平整度≤4 mm/m2。滿鋪鋼板厚度20 mm，接縫處采用坡口焊滿焊，并保持焊縫平整牢固，不平整位置進行打磨處理。

在井口底板的鋼板表面涂抹黃油，盾構機始發托架吊裝下井，然后，依次完成盾體各部件吊裝下井，并且在托架上完成盾體主機組裝工作。如圖4所示，將盾體與托架焊接成整體，在鋼板上焊接反力裝置擋塊作為反力支撐，利用液壓泵站和4個200 t千斤頂組合，頂推托架整體平移，鋼板上抹黃油減少移動托架和鋼板之間的摩阻力；在鋼板上焊接擋板提供反作用力，4個千斤頂均勻放置在托架旁，同步加力；過程中注意擋板有無脫焊跡象和不同步跡象，如有異常，立即停止操作，調整好受力方向后在進行。頂推托架平移至左線，頂推過程中反力架裝置與千斤頂之間增加型鋼擋塊作為傳遞，最終完成盾體平移。

圖4 千斤頂布置示意圖

4.3 拖車平移施工要點

1）拖車平移裝置滑移軌道鋪設時應放樣，確保軌間距誤差在≤3 mm；

2）拖車平移前，卷揚機應牢固固定在車站底板；

3）側墻預埋件上各安裝一個定滑輪，定滑輪安裝標高應與拖車平移裝置牽引點高差一致；

4）拖車平移時應將拖車與平移設備臨時焊接，連成整體防止側翻；

5）拖車平移裝置放置拖車的軌道，標高略高于車站標準段底板標高5~10 mm；

6）過程中拖車平移裝置需勻速滑行，平穩施工。

4.4 盾體平移施工要點

1）施工場地底板采用黃沙找平，鋪設的鋼板與鋼板之間緊密靠攏，并焊接牢固；

2）鋼板上泥土等雜物清理干凈、焊疤必須打磨處理，盾體平移前在鋼板上涂抹黃油；

3）盾構機平移前盾體與托架固定牢固，每側用5塊400 mm×200 mm×20 mm的鋼板滿焊處理，防止側翻；

4）液壓泵站千斤頂在推進過程中，嚴格控制推進速度；并設專人觀測盾構機和托架變形情況，一旦出現異常馬上停止，查明原因處理后再繼續施工；

5）為千斤頂提供反力的構件必須加固牢靠，與鋼板滿焊連接并設加筋板，千斤頂兩側設擋塊防止千斤頂側滑；

6）平移過程技術人員、機械人員全程旁站，確保安全施工。

5 結語

本文介紹城市軌道建設中大直徑盾構機在工作井內采取托架平移裝置和盾體始發托架實現平移的施工實例，從工作井內鋼板鋪設、拖車平移、盾體平移等工作順利完成歷時1個月，解決成都地鐵二仙橋站左線盾構入井、組裝、始發的難題，并節省了工期。這次成功的工作井內整機平移的施工為今后類似工程的積累了一定的施工經驗，對地鐵類似工程的盾構平移技術提供參考，具有良好的推廣前景。