盾構(gòu)機滾輪式整體曲線過站技術(shù)研究

2023-01-01 00:00:00范偉

工程機械與維修 2023年4期

摘要：以成都地鐵5號線九道堰站→杜家碾站→大豐站→石犀公園站區(qū)間為工程背景，詳細介紹了在車站結(jié)構(gòu)空間有限時，接收及始發(fā)需要曲線平移的情況下，采用在盾體兩側(cè)焊接行走滾輪，在軌道安裝反力支撐件的頂推滾輪式連續(xù)整體過站施工技術(shù)。從多個方面，分析過站施工技術(shù)要點、關(guān)鍵難點及解決措施。通過與傳統(tǒng)拆解運輸再安裝方式對比可知，頂推滾輪式整體過站在工期、經(jīng)濟效果、設(shè)備折損等方面的優(yōu)勢明顯。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；平移；頂推；滾輪；整體過站

0 " 引言

小半徑曲線隧道的地表變形規(guī)律復(fù)雜[1]，而當明挖空間較小時，過站施工則需采取一定措施[2]。當盾構(gòu)機的走向與隧道車站走向不一致時，需進行曲線過站[3]。滾輪軌道整體過站技術(shù)施工成本較低，在組織得當?shù)那闆r下，一周之內(nèi)即可順利過站。

目前，已有多位專家對滾輪軌道整體過站技術(shù)進行了研究。麥宇豪[4]總結(jié)了廣州軌道交通三號線的盾構(gòu)施工過站技術(shù)和經(jīng)驗。白云[5]對盾構(gòu)機整體過站技術(shù)的適用條件進行了分析。鄭堅[6]以上海軌道交通為研究對象，提出了小曲率半徑進出洞、過站施工技術(shù)方案。陳鴻杰[7]對鋼輪車輔助推進進行了介紹。鄭康泰[8]等人提出了假管片過站施工技術(shù)。為有效縮短施工工期、減少成本，降低盾構(gòu)設(shè)備折損率，需在實際施工中，對盾構(gòu)機整體過站施工技術(shù)開展研究。本文依托成都地鐵5號線工程實例，介紹盾構(gòu)機頂推滾輪式整體過站施工技術(shù)，相關(guān)研究成果可為類似工程提供參考。

1 " 工程概況

成都地鐵5號線土建3標工程含3站4區(qū)間。區(qū)間采用2臺盾構(gòu)機施工，盾構(gòu)隧道起于天龍大道，由九道堰站明挖區(qū)間盾構(gòu)井始發(fā)，分別在杜家碾站、大豐站整體過站，到達石犀公園站后解體吊出。如圖1所示。杜家碾站全長250m，接收、始發(fā)端凈空長13m，寬8.85m；標準段凈空長222.4m，寬9m。大豐站全長260m，接收、始發(fā)端凈空長13m，寬8.45m；標準段凈空長232.4m，寬9m。

2 " 盾構(gòu)過站施工重難點

2.1 " 盾構(gòu)機出洞后需要先曲線平移

國內(nèi)多數(shù)地鐵車站主體結(jié)構(gòu)在隧道洞口設(shè)計擴大端，方便盾構(gòu)機進出洞。因擴大端相較于標準段存在約1900mm寬的側(cè)墻，若盾體按照隧道中心線通過接收井，將會撞擊到車站側(cè)墻，所以在離洞門約9m的位置，需先鋪設(shè)右偏轉(zhuǎn)弧線軌道，盾體到達標準段后，再鋪設(shè)平行于車站軸線的直線軌道。平移必須掌握好距離及角度，否則可能導(dǎo)致平移失敗。

2.2 " 過站操作困難

本盾構(gòu)機為中國鐵建重工生產(chǎn)的ZTE6250型土壓平衡盾構(gòu)機，盾構(gòu)機總質(zhì)量約500t，全長約82m。盾體總長約7980mm，總質(zhì)量約290t，由刀盤、前盾、中盾、盾尾、后配套臺車及其附屬部件組成，主要材質(zhì)為Q345B。其中刀盤長度1500mm，質(zhì)量約65t；前盾長度2100mm，質(zhì)量約100t。中盾長度2580mm，質(zhì)量約90t。尾盾長3680mm，質(zhì)量約35t。盾構(gòu)機出洞后，需在車站左側(cè)進行頂推平移盾體，而盾體距離車站擴大端左側(cè)側(cè)墻僅500mm左右，施工人員作業(yè)空間狹小，操作液壓平移設(shè)備困難。

3 " 總體施工方案

3.1 " 工藝流程簡述

盾構(gòu)機在車站內(nèi)采用整體過站，即盾體與后配套臺車不分離，不拆卸管路與線路，直接全部整體通過車站。先將盾構(gòu)機推出洞門，待盾體全部上接收托架后，向車站中心方向曲線平移接收托架，保證盾體與車站標準段側(cè)墻有不小于100mm間隙。繼續(xù)推進，在盾體側(cè)下方依次焊接兩對滾輪，同時在盾體尾部設(shè)置反力支架。反力支架固定于滾輪行走軌道上，盾構(gòu)機前進時，利用反力支架對底部推進油缸提供反作用力，推動盾構(gòu)機向前移動。后配套臺車軌道采用馬鐙支撐軌道水平延伸鋪設(shè)。

當盾構(gòu)機推進至車站始發(fā)托架前時，將盾構(gòu)機刀盤和前盾頂推至始發(fā)托架上，割除前一對滾輪。繼續(xù)推進中盾上托架，割除后一對滾輪，然后將盾構(gòu)主機全部推上始發(fā)托架。再次將盾構(gòu)機和始發(fā)托架平移，過站結(jié)束。盾構(gòu)機過站施工工藝流程見圖2。

3.2 " 頂推力計算

頂推質(zhì)量主要是盾體和托架質(zhì)量，經(jīng)計算得到頂推總質(zhì)量為339t。頂推摩擦力計算如公式（1）：

H=K·G·?+G·l " " " " " " " （1）

式中：K為安全系數(shù)，取1.5；G為頂推重量；?為摩擦系數(shù)，一般取0.2；l為頂推縱坡，取0；經(jīng)驗算，得到千斤頂推力為200t，＞頂推摩擦力122t，千斤頂推力滿足要求。

4 " 盾構(gòu)過站工藝

4.1 " 準備階段

盾構(gòu)機在接收前，根據(jù)洞門測量數(shù)據(jù)，提前在車站底板鋪設(shè)垂直于洞門軸線的43kg/m鋼軌，間距0.2m。鋼軌表面再鋪設(shè)8m×3m×0.02m鋼板，鋼板縱縫滿焊并設(shè)置加強筋板，鋼板與鋼軌接觸面清理干凈，提前均勻涂抹潤滑油脂，用于減少盾體曲線平移摩擦力。上述工作完成后，在鋼板上方根據(jù)測量點定位安裝接收托架，托架兩側(cè)與鋼板接觸面使用L型壓板多點焊接牢固。過站滾輪和軌道等材料提前準備置于接收井，上下樓梯提前搭設(shè)。盾構(gòu)過站機具及材料主要包括100t液壓千斤頂2個、400A電焊設(shè)備2臺、長度6m的43kg/m軌道若干。

4.2 " 盾構(gòu)過站關(guān)鍵技術(shù)要點

4.2.1 " 拖拉液壓缸吊耳替換

由于盾構(gòu)機自重大、剛性強，螺旋機與連接橋內(nèi)側(cè)兩邊管線眾多，空間位置狹小，在盾體平移過程中，后配套臺車還處于隧道內(nèi)，無法進行左右移動，進而導(dǎo)致平移時螺旋機與連接橋內(nèi)側(cè)會產(chǎn)生一定的夾角。通過軟件模擬可知，盾體前段需偏移837mm，才可順利通過車站主體擴大端側(cè)墻。當盾體前端向右偏移時，意味著螺旋機尾部必定向左側(cè)偏轉(zhuǎn)，而螺旋機尾部與連接橋內(nèi)側(cè)可偏移空間距離遠小于837mm。為了避免對盾構(gòu)機管線和連接橋鋼結(jié)構(gòu)造成損傷，采用連接橋拖拉液壓缸吊耳替換措施。

盾構(gòu)機到達接收端出洞后，停止推進，及時將接收端渣土清理干凈。繼續(xù)向前推進，待盾構(gòu)機全部上接收托架（盾尾脫出洞門之前，做好洞內(nèi)二次注漿）停止推進。當盾構(gòu)機全部上托架后，進行連接橋拖拉液壓缸銷子吊耳替換，具體如下：在管片拼裝機兩根行走梁右側(cè)焊接小平臺，平臺上方再焊接連接橋拖拉液壓缸銷子吊耳。吊耳銷軸中間間隙要大于原有吊耳間隙，以便盾體平移時，拼裝機行走梁靈活擺動。通過吊耳替換，使后配套臺車轉(zhuǎn)彎半徑增大，減小了盾體曲線平移阻力，避免了盾體平移過程中對設(shè)備造成損傷，安全性明顯提高。

4.2.2 " 曲線平移托架及盾構(gòu)機

平移時，用兩個100t液壓油頂水平放置支撐在托架側(cè)面，車站側(cè)墻提供千斤頂反力。托架側(cè)面需提前焊接擋板，以增大受力面積，避免托架受力變形。啟動液壓泵站，先頂推前盾側(cè)面托架位置，接著頂推中盾位置，反復(fù)頂推幾次，直至盾構(gòu)機前端偏移837mm，平移完成。盾構(gòu)平移后位置如圖3所示。

因托架與車站底板存在高差，為保證盾構(gòu)機順利進入標準段，施工技術(shù)人員設(shè)計了鋼結(jié)構(gòu)斜坡。根據(jù)計算需在托架前方設(shè)置6m斜坡，斜坡采用20mm厚鋼板焊接而成。盾體下托架前斜坡布置見圖4。始發(fā)斜坡上托架同理。

4.2.3 " 滾輪反力支撐設(shè)計安裝

利用盾構(gòu)機底部油缸反力支撐向前推進，當盾構(gòu)機前盾推出托架1.5m左右時，停止推進，開始焊接前滾輪。要求焊接位置對稱，焊縫飽滿，焊接質(zhì)量滿足要求。同理，盾構(gòu)機盾尾前段脫出托架后停止推進，焊接兩個后滾輪。滾輪焊接在前盾和中盾兩側(cè)環(huán)筋板位置。

4個滾輪焊接前，需對滾輪安裝精度進行校正。在實際施工中，因滾輪安裝幾何尺寸精度不足，在標準段前進過程中，發(fā)生輪子啃軌現(xiàn)象，增大了盾體過站阻力，導(dǎo)致推進速度降低。滾輪安裝位置見圖5。

盾構(gòu)過站反力支架固定于盾體行走鋼軌尾部，反力支架由30mm鋼板焊制而成，利用底部推進液壓缸以及400H型鋼的反力支撐件，為盾構(gòu)機向前推進提供反作用力。待兩根反力撐件推進完成后，用管片吊機將反力支架前移。滾輪行走鋼軌螺栓孔作為安裝反力支架的安裝孔。反力架結(jié)構(gòu)如圖6所示。

4.3 " 盾構(gòu)機過站過程中的糾偏控制

盾構(gòu)機過站采用帶有防脫軌邊緣的滾輪，可有效防止盾構(gòu)機偏離既定軌道，同時防止盾構(gòu)機發(fā)生傾覆。當偏離設(shè)計軸線1～10mm時，可利用推進液壓缸進行小量糾偏。當偏離設(shè)計軸線大于10mm時，可在鋼軌外側(cè)放置擋板，利用千斤頂在擋板外施力進行糾偏。頂推時千斤頂應(yīng)同時施力，并注意觀察鋼軌的變形情況。

5 " 結(jié)束語

本文以成都地鐵5號線九道堰站→杜家碾站→大豐站→石犀公園站區(qū)間為工程背景，詳細介紹了在車站結(jié)構(gòu)空間有限時，接收及始發(fā)需要曲線平移的情況下，采用在盾體兩側(cè)焊接行走滾輪，在軌道安裝反力支撐件的頂推滾輪式連續(xù)整體過站施工技術(shù)。通過對整體過站技術(shù)進行分析，得到以下結(jié)論：

一是狹小車站空間盾體平移優(yōu)勢明顯。采用連接橋拖拉油缸吊耳替換技術(shù)，解決了有限空間內(nèi)盾體及后配套小半徑平移轉(zhuǎn)彎。

二是有利于縮短工期。本項目整體過站從接收到曲線平移完成用時7d，218m標準直線段過站用時5d，平移始發(fā)用時5d，總用時17d，較常規(guī)工藝下盾構(gòu)從接收、運輸?shù)蕉问及l(fā)節(jié)約工期約一周。同時節(jié)約了盾構(gòu)吊裝、運輸?shù)荣M用，具有較好的經(jīng)濟效益。

三是有利于提高盾構(gòu)機使用壽命。盾構(gòu)機整體過站避免了設(shè)備二次拆解與組裝，減少了線路與元器件的損壞，提高了盾構(gòu)機使用壽命。

四是緩解了車站主體施工與盾構(gòu)吊裝之間的矛盾。地鐵施工一般在城市，施工場地有限，盾構(gòu)吊裝設(shè)備需占用較大地面作業(yè)空間，該技術(shù)的應(yīng)用減少了盾構(gòu)機轉(zhuǎn)場環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了車站主體與盾構(gòu)平行施工，在一定程度上緩解了作業(yè)空間的矛盾。

參考文獻

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