浅析土压平衡式盾构机过地铁车站施工技术

张 伟

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 100022)

1 工程概况

图1 工程总体地理位置及主要建(构)筑物的布置Fig.1 General engineering，geographic location and layout of main buildings

北京地铁15号线7标(俸伯站—顺义站—石门站)盾构区间土建工程，东起北京市顺义区俸伯站盾构始发井，经俸伯站穿越潮白河、中间风道至顺义站，通过顺义站后经府前中街、府前西街，至石门站结束(如图1所示)。盾构机过顺义站时要穿过主体结构已经完成的顺义站。顺义站位于府前路与光明大街的十字交叉口处，沿府前街东西向布置，起讫里程为DK42+435.7 ～ +623.5。车站总长187.8 m，标准段宽22.9 m，基坑深约16 m。车站中板至底板高度为8.36 m，过站最小宽度为7.4 m。

2 过站名词解释及2台盾构机简介

2.1 过站名词解释

1)盾构机过站是指盾构机在整个盾构施工过程中经过一个已经建好的车站而需要进行的所有工作，包括盾构机的到站、站内移动、组装、调试、二次始发等。

2)盾构机的站内移动是指盾构机主体及后配套台车经过车站内空间从盾构机的到达端到盾构机的始发端之间移动的一系列作业。

3)二次始发是指盾构机在第一区间盾构始发井已经进行了一次始发掘进，过站工作完成后又要进行所有始发掘进的工作，故称为二次始发［1－2］。

2.2 2台盾构机简介

1)左线盾构为日本小松φ 6 230 mm铰接式土压平衡盾构机，总长68 m，刀盘结构为面板式，最大推力37 730 kN，最大推进速度80 mm/min;刀盘最大转速2.2 r/min，最大扭矩4 800 kNm;螺旋输送机最大转速20.5 r/min。

2)右线盾构为日本IHIφ 6 140 mm铰接式土压平衡盾构机，总长72 m，刀盘结构为辐条式，最大推力37 500 kN，最大推进速度85 mm/min;刀盘最大转速2.6 r/min，最大扭矩5 105 kNm;螺旋输送机最大转速20.5 r/min。

3 左右线盾构过顺义站施工技术

3.1 盾构机过站人工、材料、机械等资源配置情况

3.1.1 盾构过站施工主要人员配备计划

见表1。

表1 盾构过站施工主要人员配备计划Table 1 Major labor arrangement when shield crossing the Metro station

3.1.2 盾构过站施工主要材料计划

见表2。

表2 盾构过站施工主要材料计划Table 2 Majormaterialneeded when shield crossing the subway station

3.1.3 机械设备配备计划

盾构过站施工主要机械设备配备计划见表3。

3.2 盾构空推过站前的各项施工准备工作

3.2.1 过站小车的准备

过站小车是由始发台改装而成。具体要求为:在始发台底焊接1块δ=30 mm的钢板(宽500 mm)。焊缝间距 150 mm，每处焊缝长度150 mm，始发台每侧必须双面焊接。始发台端头两侧加焊推进油缸延长臂。始发台四面用挡块和钢支撑固定(小车定位好后)，防止在盾构机推上始发台时，始发台移动。

表3 盾构过站施工主要机械设备配备计划Table 3 Machinery plan when shield crossing the subway station

3.2.2 车站底板以及洞门口预埋件

为了方便过站过程中导链有生根点拉钢板或者盾构机，要求在底板上预埋挂钩，挂钩预埋在车站底板的两侧，紧挨侧墙位置，每隔10 m预埋1个，在预埋过程中必须要预埋牢靠。

3.2.3 车站底板的准备工作

主要工作包括场地平整和在场地上铺设钢板，为盾构机过站小车(及盾构接收小车)提供平整且强度足够的滚动面。为便于钢板的移动，需在车站东端安设1台卷扬机，在盾构机到站之前要进行车站内卷扬机的安装固定工作。

3.2.4 盾构机固定

盾构机出洞，爬行上始发台后，需将盾构机与始发台焊接成一个整体。

3.2.5 盾构平移和推进准备

为保证盾构机平移，在始发台下部铺上钢板，并在钢板上涂抹黄油。为保证盾构机的顺利推进，在场地铺设的钢板上安装推进反力座，同时准备2个推进油缸。为了便于盾构的推进及调向，在过站小车与底板钢板间放置滚轴(如图2所示)。

3.2.6 盾构主机与后备套分离

在盾构机到达前做好电缆线与油管的标识，在盾构机上始发台后，将主机与后备套之间的各种管线拆开。同时，用支撑架把连接桥支撑起来，最后把连接桥与主机连接的拖拉油缸拆除，分开主机与后备套。

图2 盾构机支撑及油缸布置示意图Fig.2 Shield support and cylinder

3.3 盾构机解体后的主机过站

3.3.1 盾构机主机平移

前期准备工作做好后，开始盾构机主机的平移工作。首先，把固定始发台的挡块和钢支撑拆除，保证始发台四周没有障碍物。在始发台的右侧平移钢板上焊上反力座(250 mm×100 mm×40 mm)，把2个油缸放置在反力座与始发台间，开始水平推移盾构机。

3.3.2 钢板及滚轴放置

先把4个顶升液压千斤顶安装到盾构机主机两侧的支撑座上，并把液压千斤顶的油管接好。开动液压泵站，把顶升液压千斤顶油缸均匀平稳地慢慢伸出，顶起盾构机主机(如图3所示)。盾构机主机抬起后，先把始发台下部的平移钢板用卷扬机拖出，然后再用卷扬机在过站小车底放置推进钢板，铺好钢板后，使用卷扬机把钢板固定拉住，确保在盾构推进过程中钢板不至于向后移动，保证盾构推进时底部钢板不动提供反力，同时在钢板与过站小车之间放入滚轴，然后收回顶伸油缸，使盾构机主机和过站小车落在滚轴上。

图3 盾构机支撑实际过站时被油缸顶起Fig.3 Shield crossing the subway station by cylinder uplifting

3.3.3 盾构主机推进

先把盾构机主机后侧面的2个液压千斤顶的油管拆除，再把油管接到推进油缸上，把推进油缸放置到位。打开液压泵站，依次开启两边的推进油缸，使油缸撑靴顶紧过站小车上的推进挡板，然后同时开动两边的推进油缸，推动盾构机主机前进(如图4所示)。盾构机主机往前行走300 mm后，把推进油缸收回，前移到下个反力座，继续进行下一循环的推进。盾构机主机在前进过程中，操作人员要及时把后面的滚轴拿到盾构机主机的前部，摆放在钢板上。

图4 盾构机在钢板上空推过站时后部推进油缸Fig.4 Forcing cylinder

3.3.4 地面钢板前移

盾构机主机前移约8 m后，需要将过站小车底部钢板前移。具体方法是:首先开动千斤顶把过站小车连同盾构机主机顶起到完全离开滚轴，然后用卷扬机把钢板前拖，直到钢板的尾部和过站小车的尾部基本在同一位置，在拖动钢板到位后，调整钢板的横向位置及滚轴的摆放位置。然后再收起千斤顶，使盾构机主机连同过站小车落到滚轴上，开始下一循环的前移。依此循环，直至盾构主机推进到位即完成盾构主机过站。

3.4 盾构机的后配套设备过站

3.4.1 后配套设备的过站轨道

在盾构机前进的同时，要开始后配套轨道及运输轨道的铺设工作。为了加快轨道及道床的铺设速度，道床的各个部件为预制组装式，立柱为棱台形钢筋混凝土预制件，道床为175 mm H型钢制成。轨道的铺设应注意在过通道时偏移通道中心线，即在出洞门后11 m的距离向左偏移500 mm，才不至于碰到边墙。

3.4.2 后配套设备过站

后配套设备的轨道铺设完成后，开始后配套设备的过站工作。将后配套连接桥的前端支撑在管片运送车上，利用35 t电瓶机车牵引整个后配套系统向前移动，直至到达车站的另一端头。

3.5 盾构机过站完成后的组装调试工作

1)盾构机过站完成后，需要将盾构主机与后配套拖车进行重新组装，组装内容包括液压系统、供电系统、控制系统、注浆系统、油脂系统、泡沫系统等。

2)组装完毕后进行系统的调试工作，包括对各个系统的测试。当盾构机完成调试后，即可进行二次始发前的其他准备工作，完成盾构过站任务。

3.6 此种过站方法对车站底板的要求

1)要求车站底板较为平坦，否则在推进过程中会给盾构主机下方的推进钢板前移带来困难，并且如果底板不平，底部钢板也容易变形。所以，要求车站底板必须相对较为平坦。如果底板浇筑完成后不平坦，可以进行人工处理，使之到达能够满足此种方法盾构空推要求的底板较为平坦的条件。

2)要求底板上预埋好固定卷扬机的装置，这些预埋好的装置，必须达到一定的强度，保证卷扬机在拉紧钢板时候，能为盾构空推提供足够大的反力。

［1］ 张凤祥，傅德明，杨国祥，等.盾构隧道施工手册［K］.北京:人民交通出版社，2005.(ZHANG Fengxiang，FU Deming，YANG Guoxiang，et al.Shield tunnel construction Manual［M］.BeiJing:China Communications Press，2005.(in Chinese))

［2］ 张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004.(ZHANG Fengxiang，ZHU Hehua，FU Deming.Shield Tunnel［M］.Beijing:China Communications Press，2004.(in Chinese))

［3］ 张庭华.土压平衡盾构土舱压力控制技术研究［J］.铁道标准设计，2005(8):83 －85.(ZHANG Tinghua.Earth pressure balance shield earth pressure control technology research［J］.Railway Standard Design，2005(8):83 －85.(in Chinese))