行車隧道疊落布置條件下盾構(gòu)機過站技術(shù)

楊冬梅

北京市政建設(shè)集團有限責(zé)任公司，北京 100089

地鐵隧道左右線一般平行布置。隨著城市地鐵線路路網(wǎng)的加密，受到周邊既有建（構(gòu)）筑物限界、道路條件等因素的制約，沿城市主干道敷設(shè)的地鐵隧道往往采用上下疊落形式布置［1-5］。當(dāng)?shù)罔F車站內(nèi)的行車隧道采用疊落方式布置時，盾構(gòu)機安全快速過站是地鐵施工中的難點。目前國內(nèi)對盾構(gòu)機過站的研究主要集中于盾構(gòu)機整體平移過站、分體過站等過站方式［6-11］。本文以盾構(gòu)機通過北京地鐵16號線蘇州橋站行車隧道為依托工程，為避免右線盾構(gòu)機在車站負(fù)一層通過時對中板產(chǎn)生不利影響，研制加固中板的移動式分段支撐體系，實現(xiàn)盾構(gòu)機空推過站階段對中板的不間斷移動支撐，并給出帶臺車不斷電盾構(gòu)機整體平移過站方法。

1 工程概況

受西三環(huán)輔路寬度的制約，北京地鐵16號線萬壽寺站—蘇州橋站區(qū)間隧道疊落布置。蘇州橋站為全暗挖車站，車站總長238.1 m，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段寬24.4 m，采用地下兩層三跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞樁法施工，車站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面見圖1。

圖1 車站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面（單位：mm）

左線隧道位于車站負(fù)二層，右線隧道位于車站負(fù)一層，車站主體結(jié)構(gòu)施工完成后，盾構(gòu)機過站，左線盾構(gòu)機（下層）采用頂推式整體平移通過車站底板，右線盾構(gòu)機（上層）通過車站負(fù)一層（中板）過站。右線盾構(gòu)機過站時，盾構(gòu)機自重由車站中板承擔(dān)，對車站結(jié)構(gòu)安全將會產(chǎn)生影響，因此須對車站中板結(jié)構(gòu)采取加固措施。

2 車站中板支撐體系

為便于設(shè)備吊裝，在始發(fā)端和接收端的端頭井處車站中板預(yù)留了孔洞，因此針對預(yù)留孔洞段和標(biāo)準(zhǔn)段分別設(shè)計車站中板支撐體系。

2.1 預(yù)留孔洞段支撐體系

支撐體系由下至上依次為1 100 mm×1 100 mm ×20 mm 底板、鋼支撐、雙拼I45b縱梁、雙拼I45b橫梁和厚20 mm 鋼板。其中鋼支撐的橫向、縱向采用剪刀撐連接，橫梁與縱梁滿焊連接，見圖2。

圖2 預(yù)留孔洞段支撐體系（單位：mm）

2.2 標(biāo)準(zhǔn)段支撐體系

為加快右線盾構(gòu)機過站速度，標(biāo)準(zhǔn)段支撐體系采用可移動式分段支撐體系。自下而上由軌枕、鋼軌、鋼支撐、可伸縮活動端、雙拼I45b縱梁等組成，并在鋼支撐間設(shè)導(dǎo)向滑軌。為實現(xiàn)移動支撐功能，該支撐體系分為內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)和外部支撐結(jié)構(gòu)兩部分，見圖3。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)段支撐體系（單位：mm）

內(nèi)外部支撐結(jié)構(gòu)可以在卷揚機的牽引下交替平移滑動，另外，相鄰鋼支撐之間使用兩道槽鋼做成的滑軌保證內(nèi)外支撐結(jié)構(gòu)滑行穩(wěn)定。

可移動式分段支撐體系加固流程（圖4）：①采用千斤頂頂升外部支撐結(jié)構(gòu)頂部的可伸縮活動端，使外部支撐結(jié)構(gòu)與中板密貼，施加頂力，并將內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)與中板脫離；②向左平移內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)至外部支撐結(jié)構(gòu)端頭，并頂升內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)頂部的可伸縮活動端，使內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)與中板密貼，施加頂力；③將外部支撐結(jié)構(gòu)頂部的可伸縮活動端與中板脫離，并向前平移外部支撐結(jié)構(gòu)；④頂升外部支撐結(jié)構(gòu)頂部的可伸縮活動端，使之與中板密貼，并施加頂力，然后平移盾構(gòu)機至外部支撐結(jié)構(gòu)上方。

圖4 可移動式分段支撐體系加固流程

3 鋼支撐體系內(nèi)力驗算

考慮基本荷載組合，采用荷載-結(jié)構(gòu)模型計算標(biāo)準(zhǔn)段和預(yù)留孔洞段鋼支撐體系的鋼支撐內(nèi)力。計算結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)段鋼支撐軸力277 kN，剪力11 kN；預(yù)留孔洞段鋼支撐軸力506 kN，剪力12 kN。由于鋼支撐剪力遠(yuǎn)小于軸力，且考慮到鋼支撐底部焊接鋼板，頂部連接工字鋼縱梁，鋼支撐可按軸心受力構(gòu)件驗算。

預(yù)留孔洞段鋼支撐所受軸力較大，因此只對該段鋼支撐的強度、剛度、穩(wěn)定性進行驗算。

1）預(yù)留孔洞段鋼支撐強度驗算

本工程的鋼支撐為Q235 鋼，其抗壓強度容許值為215 N/mm2。經(jīng)計算，鋼支撐抗壓強度為27 N/mm2，鋼支撐抗壓強度滿足要求。

2）預(yù)留孔洞段鋼支撐剛度驗算

對軸心受壓構(gòu)件的剛度用長細(xì)比λ表征。本工程的鋼支撐λ容許值為200。經(jīng)計算λ=30.6，鋼支撐的剛度滿足要求。

3）預(yù)留孔洞段鋼支撐整體穩(wěn)定性驗算

采用格構(gòu)式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性計算公式來驗算鋼支撐整體穩(wěn)定性。當(dāng)壓彎構(gòu)件的邊緣強度不大于材料抗壓強度容許值（215 N/mm2）時，滿足整體穩(wěn)定性要求。經(jīng)計算，軸心受壓情況下鋼支撐邊緣強度為28 N/mm2，滿足整體穩(wěn)定性要求。

4）預(yù)留孔洞段鋼支撐局部穩(wěn)定性驗算

對于細(xì)長壓桿，應(yīng)確保桿件的穩(wěn)定臨界應(yīng)力不低于整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力，這樣在構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定之前不會發(fā)生局部失穩(wěn)，由此可求得保證桿件局部穩(wěn)定所需的寬厚比。經(jīng)計算，預(yù)留孔洞段鋼支撐滿足局部穩(wěn)定的寬厚比為30.45，小于容許值109，故鋼支撐局部穩(wěn)定性滿足要求。

4 盾構(gòu)機整體平移過站施工技術(shù)

盾構(gòu)過站一般是將盾構(gòu)機和后配套臺車分離，先后過站，再組裝始發(fā)，工序繁瑣，盾構(gòu)機過站速度慢。為提高盾構(gòu)機過站速度，本工程左線隧道內(nèi)盾構(gòu)機和后配套臺車不解體，作為一個整體過站，為此研發(fā)了承插式滑軌裝置。盾構(gòu)機在滑軌裝置上自行平移并連同后配套臺車整體過站，即將反力架上的千斤頂作為動力系統(tǒng)，滑軌承重并導(dǎo)向，從而完成盾構(gòu)機縱向移動整體過站。

4.1 滑軌、盾構(gòu)托架安裝

根據(jù)盾構(gòu)機出洞位置，盾構(gòu)托架下方設(shè)置鋼管支架。鋼管支架采用直徑600 mm 鋼管，鋼管支架上設(shè)置兩道滑軌，盾構(gòu)托架坐落在兩根滑軌上，在與滑軌直接接觸的托架底部設(shè)置滑行鋼板，如圖5所示。

圖5 滑軌、盾構(gòu)托架結(jié)構(gòu)

4.2 承插式滑軌裝置及盾構(gòu)機整體平移方法

承插式滑軌裝置由承插式鋼梁、三角形反力架、鋼制圓銷、液壓千斤頂和液壓泵站組成，如圖6 所示。承插式鋼梁由鋼板焊接而成，高150 mm，寬200 mm，側(cè)向設(shè)直徑50 mm 的銷孔，間距1 m，其中一端設(shè)置長200 mm 的承插口，中間設(shè)置一個銷孔，用于鋼梁之間固定。三角形反力架由連接鋼板、三角形反力架背板、三角形背肋和保護鋼板組成，通過連接鋼板上的銷孔與鋼梁連接，并通過三角形反力架背板和三角形背肋提供千斤頂反力，保護鋼板用于限制千斤頂移動避免脫落。鋼制圓銷外徑45 mm，長度200 mm；液壓千斤頂100 t。

圖6 承插式滑軌裝置

盾構(gòu)機過站（圖7）的具體步驟：①三角形反力架就位，并固定在鋼梁上，安裝千斤頂，檢查液壓管路，鋼梁上涂抹潤滑油；②啟動千斤頂，達(dá)到5 t后關(guān)閉，檢查三角形反力架和千斤頂有無移位、千斤頂和三角形反力架背板是否密貼等，符合要求后再次啟動千斤頂，滑軌的滑移速度控制在60 mm/min 以內(nèi)，安排專人測量滑軌與滑行鋼板的位移差，確保滑行方向；③滑軌滑行1 m 后關(guān)閉千斤頂，前移三角形反力架進行下一循環(huán)平移，同時安裝后配套臺車的軌枕支架及軌道，保證盾構(gòu)機及臺車同步平移。

圖7 盾構(gòu)機整體過站方法

承插式滑軌裝置的反力架自鎖在滑軌上，千斤頂作用在反力架上，推動滑軌上的托架實現(xiàn)盾構(gòu)機平移。采用該裝置不僅移動平穩(wěn)可靠、速度較快，而且減少了預(yù)埋件施工、焊接支撐后背等工作環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了盾構(gòu)機和后配套臺車在不解體的情況下整體過站。

5 結(jié)語

本文研發(fā)了用于盾構(gòu)機過站時加固車站中板標(biāo)準(zhǔn)段的移動式分段鋼支撐體系，實現(xiàn)了盾構(gòu)機過站作業(yè)的連續(xù)進行，不需在洞內(nèi)多次進行支撐安裝和拆除，縮短了工期，提高了施工效率，節(jié)省了工程造價。考慮基本荷載組合，采用荷載-結(jié)構(gòu)模型計算了中板支撐體系的鋼支撐內(nèi)力。對所受軸力較大的預(yù)留孔洞段鋼支撐的強度、剛度、穩(wěn)定性進行了驗算，其均滿足安全要求。

為提高過站速度研發(fā)了承插式滑軌裝置，實現(xiàn)了盾構(gòu)機自行平移并連同后配套臺車整體過站。