山嶺城際鐵路TBM空推穿越既有高架橋段技術研究

龍華東

(中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074)

1 前言

全斷面巖石山嶺隧道城際鐵路線路，為縮減項目工期，節約TBM拆裝機成本，一般采用TBM空推過路基段和高架橋段的技術方案。目前，TBM在山嶺隧道過站時，主要存在[1－3]:(1)山嶺之間過站距離較長，弧形導臺施工難度大，工期延長、成本增加，若遇過站路線呈曲線情況，過站難度會更大，所以常規的過站方法無法適用于山嶺隧道間。(2)山嶺地區環境特殊，過站平臺的搭設具有一定的局限性，需同時考慮盾體和臺車過站，平臺搭設要求更高。(3)山嶺隧道間一般存在高架橋，過站平臺施工時，土方開挖回填以及平臺搭設過程中可能會對橋墩基礎造成破壞，而影響高架橋的穩定性。

國內很多學者針對TBM平移、空推等技術進行了研究探討，朱朋金等[4]研發了一種新型液動移位裝置，但該裝置造價較高，對于平移地面平整度、強度要求較高，且隧道曲線適應性較低，存在優化空間；高鑫等[5]基于青島地區雙護盾TBM施工常用的設備型號及過站方式，深入研究、分析了不同機械過站方式；洪開榮等[6]全面分析了高黎貢山隧道采用TBM法施工過程中可能遇到的重難點問題；宋天田等[7]為解決始發場地狹小、空間受限問題，提出了一種分體始發技術。對于已有研究，由于現場情況差異很大，現有施工經驗不能夠直接運用。本文依托福州濱海快線項目，對全斷面硬巖掘進機TBM整機空推過高架橋段技術進行研究，解決本項目實際問題。

2 工程概況

濱海快線2標段2工區大象山隧道、枕峰山隧道采用TBM施工，大象山隧道與枕峰山隧道之間有435 m高架及樁板段，過站段以“樁板結構－橋梁”形式連接枕峰山與大象山之間的低洼地段，小里程側縱坡為28‰，大里程側縱坡為4‰。其中橋跨結構為樁板結構、預應力混凝土簡支梁及搭板，墩間設地下過水箱涵一座，下部結構主要為樁接托梁、墩臺及承臺結構，基礎為鉆孔灌注樁基礎。因空推段距離長、坡度大、地基承載力不足等問題，給現場施工增加了極大的難度。

3 TBM過高架橋技術方案比選

3.1 TBM拆機分體過站

TBM山嶺隧洞貫通后，對接收的TBM進行拆機，分體[8]運輸到始發山嶺隧洞位置，進行裝機、調試，準備TBM始發工作。該方案工效低，拆裝機成本高。

3.2 TBM在區間高架橋上過站

利用城際鐵路高架橋，在高架橋上鋪設TBM滑軌和滑動過站托架等裝置[9]，在區間高架橋上進行TBM整機過站。該方案需要對高架橋的橋垮結構、橋臺、橋墩等承載力和穩定性重新進行計算，安全風險大，過站成本高。

3.3 高架橋區間修筑路基過站

在城際鐵路左右線高架橋中間，設計合理的擋土路基，在回填路基上鋪設軌道和滑行系統，實現TBM的盾體和后配套臺車分別過站。

針對該高架區間原狀地形，該技術方案安全、工期、成本均可控，為最優的TBM過站技術方案。具體過站施工流程:高架橋橋墩防護擋墻施工、地基沉降監測、過站平臺搭設、盾體空推平移、后配套臺車整體過站等。

4 高架橋橋墩防護擋墻施工技術

4.1 防護擋墻

TBM過站路基填土擋墻沿枕峰山高架承臺邊線外擴1 m設置，擋墻基礎寬1.5 m，高0.5 m，頂面與承臺頂面平齊，墻身厚度0.3 m，高度根據具體施工段路情況設定，一般為2.9～6 m，施工完成后擋墻外側采用回填土反壓，可減少TBM盾構過站時對擋墻結構的剪切力[10]。

4.2 回填硬化

(1)邊坡防護

為保證TBM過站便道路基的穩定性，對TBM過站便道路基邊坡采用掛網及噴射混凝土進行防護。鋼筋網片采用HPB φ8圓鋼橫縱互焊成型，網格間距200 mm×200 mm，網片搭接長度不少于1個網格的寬度，并與砂漿錨桿進行焊接牢固。鋼筋網片在噴射混凝土第一層終凝后開始鋪設，鋼筋網與壁面間隙為30 mm。

噴射混凝土為C25，噴射厚度10 cm，分二次噴射，初噴厚度為4 cm。噴射作業應分段分片進行，噴射順序由上而下；分層噴射時，后層噴射在前層混凝土終凝后進行[11]。

(2)過站便道澆筑

盾構過站便道為鋼筋混凝土結構，混凝土為C30，厚度25 cm。防護擋墻示意圖和實物圖分別見圖1和圖2所示。

圖1 防護擋墻

圖2 擋墻施工實物

4.3 鋼板及軌道鋪設

TBM空推過站采用滾輪式托架，滾輪下方鋪設43＃鋼軌，軌道下方鋪設鋼板，減小軌道正在方的集中應力。鋼板6 m×1.5 m×20 mm，軌道與鋼板通過回形彈簧條連接，為節約鋼板的使用量，采用分段鋪設分段空推的方式，每次鋼板及軌道鋪設的長度為80 m，循環推進。為保證盾體空推時，軌道鋼板及軌道順利周轉，在盾體前后各布置一個25 t吊車，分別進行鋼板及軌道的拆除及安裝，并通過電瓶車實現鋼板及軌道由盾體后方轉移至盾體前方進行鋪設。

5 地基連續沉降監測

5.1 路基檢測

便道路基回填完成后，對地基壓實度進行檢測，檢測頻率為每1 000 m2不少于2處，且不足1 000 m2時應檢測2處，必要時可根據需要增加檢測點，檢測壓實度≥85%方為合格。

5.2 預載模擬

(1)預壓區

TBM空推前進行模擬試壓，對承臺及擋墻進行監測，判斷對承臺及擋墻的真實變化。選擇擋墻高度最高、回填高度最高區域作為預壓區，即左線12號承臺和右線12號承臺之間，直接反映承臺位移變化。

(2)預壓試驗

盾體總重量為900 t，托架尺寸為12 m×6 m，選擇900 t混凝土塊進行加載，每塊重量為2.5 t，共需要360塊，堆放區域為12 m×6 m，每層可堆放60塊，共6層，高度為4.8 m。

試驗前，對左右線12號承臺和擋墻布設監測點，每個承臺分別布設3個位移和沉降監測點，靠近預壓區的一側擋墻各布設2個位移監測點。加載過程采用分級加載分次監測，第一次加載300 t，第二次加載600 t，第三次加載900 t，每次加載完成1 h進行觀測各測量點的位移，并做好相應的記錄；間隔6 h監測記錄各監測點的位移量，當相鄰兩次監測沉降位移平均之差不大于1 mm時，方可進行后續加載。預加載試驗如圖3所示。

圖3 預加載試驗

(3)連續監測

為保證TBM過站施工的安全，承臺位移控制值為5 mm，報警值為3 mm；擋墻位移控制值為10 mm，報警值為8 mm。盾體過站期間布置連續監測，實施監測數據變化，以便采取相應措施施加。

6 TBM過站關鍵技術

6.1 盾體過站托架

過站托架采用滾輪式過站托架，其包括方形鋼托架和對稱設置在鋼托架長邊兩側的行走機構，在鋼托架上沿著長軸方向設TBM支撐架；行走機構設4個，2個1組對稱設置在鋼托架長邊兩側。軌道支撐梁由4塊鋼板焊接而成，材質為AISI 1015鋼，上部斜板與底板之間夾角為18°；輪組由連接板、固定架、輪子及插銷組成，輪子材料為AISI 1045鋼，輪子通過插銷裝配在固定架下端，固定架與連接板用銷軸連接固定裝配在一起。除行動輪外，增加了彈性平衡裝置，可在混凝土基礎上進行滑動，減少設備在平移過程中的晃動。托架如圖4所示。

圖4 托架

6.2 臺車貝雷架

貝雷架高1.5 m，貝雷架基礎3排一組，貝雷梁6排一組，貝雷梁每跨內間隔0.5 m布置一道 20b工字鋼，組中貝雷架橫向間距均為90 cm，以提高貝雷梁的橫向穩定性(見圖5)。墩身處，先在墩頂處安裝三拼 30b工字鋼，再繼續安裝后續貝雷梁及20b工字鋼。基礎采用6 m×1 m×0.34 m條形基礎，其中每個條形基礎頂部預埋2塊0.8 m×0.8 m×0.02 m鋼板，并安裝609型號鋼支撐，分配梁采用3拼 56b工字鋼，并于頂部沿橫橋向按50 cm間距布置300H型鋼，型鋼架設于兩端分配梁上。

圖5 高架橋段臺車過站平臺貝雷架實物

6.3 臺車及電瓶車軌道鋪設

臺車及電瓶車軌道鋪設在樁板段主體結構上及高架橋上，臺車及電瓶車軌道用 14槽鋼將軌道固定，槽鋼間距為1 m，電瓶車軌道間距900 mm，臺車軌道間距2 910 mm，為盾構組裝調試及二次始發做好準備。

6.4 盾體/臺車過站

6.4.1 盾體過站

利用2個頂推長度為1.2 m的200 t夾軌式千斤頂將頂推滾輪式托架行走，每完成一次頂推，尾部夾軌器向前轉移(見圖6)，不斷進行頂伸作業[12]。為防止空推過程中滾輪式托架溜車，千斤頂與襯靴采用鉸接連接且與托架進行焊接，使千斤頂既提供推力，又提供拉力。同時，在托架前方根據單次空推距離放置鐵鞋，可提高安全性。

圖6 夾軌頂推

盾體空推到枕峰山出口位置需進行橫向平移到洞口位置，平移方式即:在托架下方滿鋪鋼板，先用千斤頂將盾體提升10 cm，將滾輪下方的鋼軌拆除，并將托架兩側的防傾斜縱梁拆除，將托架輪子轉向90°，再用4臺200 t液壓千斤頂進行頂推。

6.4.2 臺車過站

臺車過站采用1號～8號臺車整體過站的方式，連接橋放到電瓶車平板上，兩臺電瓶車同時托運8列臺車，并且皮帶機跟著臺車一起過站。電瓶車和TBM臺車通過在樁板段和高架橋上鋪設的軌道上行駛，兩臺電瓶車提供牽引力，緩慢地將臺車牽引過站，行進過程中皮帶不斷伸長，用皮帶架也應隨著臺車不斷安裝加長。

6.5 組裝調試及二次始發

盾體及后配套臺車等結構完成過站且平移就位后，進行盾構機裝機調試[13]，同時完成關鍵部件/系統維修，為掘進下一區間提前做好儲備。同時，基于后配套臺車平移期間的臺車軌道及電機車軌道基礎上，按照施工組織設計進行微調，滿足長距離施工要求。

7 結束語

利用該技術，可在降低施工成本的前提下，保證TBM順利轉場，且已建高架橋樁基不發生塑性破壞，保證樁基安全性和穩定性。

(1)通過在山嶺隧道之間搭設盾體過站平臺和臺車過站平臺，分別在平臺上鋪設對應的軌道，盾體過站配合滾輪式過站托架完成，托架沿著軌道移動，大大提高了TBM過站效率，降低了過站難度。

(2)盾體過站平臺通過回填碎石，承載力好；臺車過站平臺采用混凝土墩臺上方搭設貝雷架方式，在有高架橋的區段，直接利用高架橋橋墩作為混凝土墩臺搭設貝雷架，可降低臺車過站平臺施工難度，減少平臺搭設成本，提高施工效率。

(3)盾體空推過站托架采用厚鋼板和型鋼連接，可保證其支撐效果，在托架兩側對稱安裝轉向輪組，每個滾輪組可方便安裝千斤頂，通過千斤頂將托架頂升，然后對滾輪進行轉向，可實現整個托架的轉向工作，滿足TBM盾體的長距離過站要求，且能夠適應曲線過站。

(4)高架橋區段的平臺搭設過程中對已施工的高架橋橋墩進行防護，避免在過站平臺施工過程中對架設好的高架橋橋墩造成破壞，影響其穩定性。