盾构侧向平移及始发(接收)施工技术

仝海龙

(中铁十九局集团轨道交通工程有限公司 北京 101300)

1 工程概况

长春地铁1号线04标自由大路站～南湖大路站区间采用盾构法施工，总长度1 076 m，位于长春市主干道人民大街下方。原设计方案为利用南湖大路站设置盾构工作井进行盾构区间施工，后因车站结构形式设计变更，施工工期延长，南湖大路站不再具备盾构施工条件，且区间位于城市主干道下方，无法开挖盾构施工竖井；而区间改用暗挖法施工，工期无法保证，且加大施工投入，增加施工风险。针对此情况，项目技术攻关小组经方案比选，研发了“盾构在横通道内侧向平移、组装和始发(接收)成套施工技术”，突破了盾构井布置在区间正线上的传统模式，开辟了盾构始发(接收)的新模式，有效解决了城市施工占道问题，保证工程顺利进行，对今后类似工程具有参考借鉴意义。

2 施工方案

盾构机从侧向盾构工作井下井，通过始发横通道侧向平移到始发位置，盾构分体始发；区间掘进完成后，盾构机到达接收横通道，通过接收横通道侧向平移到接收竖井处，将盾构机吊装上井，最终完成区间盾构施工[1]。

盾构施工过程中，物料运输需完成两个垂直运输，即始发竖井与横通道之间的竖向垂直运输及横通道与正线暗挖隧道之间的水平垂直运输，竖井与横通道之间的竖向垂直运输工作由横通道内架设的特制龙门吊与地面架设的龙门吊完成，横通道与正线暗挖隧道之间的水平垂直运输工作由横通道内架设的特制龙门吊与运输轨道车完成[2-3]。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程(见图1)

图1 施工工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

(1)正线暗挖隧道混凝土始发导台的制作。因正线暗挖隧道为马蹄形，其暗挖空间相对狭小，无法满足盾构机托架摆放的要求，因此在正线始发暗挖隧道内需浇筑盾构始发导台，其结构形式如图2所示。

图2 盾构机始发导台结构示意

导台制作采用钢筋混凝土结构，分两段制作，靠近洞门段长度为10 m，靠近横通道段长度为9 m，在浇筑暗挖隧道二衬结构时，与二衬结构一起浇筑完成。

(2)横通道内铺砂、钢板、轨道。首先在横通道内铺设2 cm厚中粗砂，再利用2 cm厚钢板铺设2条钢板带，每条钢板带宽1.5 m，钢板带间距为2 m。钢板拼接采用电焊焊接。并在横通道内铺设两条轨道，作为特制平移小车的行走轨道。

(3)横通道内安装卷扬机及平移小车。卷扬机安装在竖井口，其中2台卷扬机作为特制平移小车向正线隧道内移动的动力牵引，另1台卷扬机作为特制平移小车向竖井处移动的动力牵引[4]。特制平移小车利用型钢加工而成，横通道内的布置情况如图3所示。

图3 台车横通道内运输系统示意

3.2.2 盾构机台车下井平移

(1)利用地面吊车将台车安放并锁定在特制平移小车上。利用卷扬机作为牵引，将特制平移小车及台车通过横通道运送到正线隧道与横通道交汇处(见图4)。

图4 台车运输过程示意

(2)利用安装在特制平移小车上的卷扬机，将台车运送到正线隧道内(见图5)。

图5 盾构机台车运输示意

3.2.3 盾构机主机下井平移

(1)施工准备。将盾构机托架利用地面吊车吊入横通道内的钢板上，并将其固定。

(2)盾构机主机平移。受横通道及盾构机自身结构条件限制，盾构机主机需采用“分体平移”的方式。首先，利用地面吊车将盾构机刀盘、前盾及中盾吊入横通道内的盾构机托架上，在托架上完成盾构机前三件的组装工作；然后，将盾构机与托架连接成一个整体，割除对托架的固定，在盾构机上焊接起顶装置，将盾构机及托架利用千斤顶顶起一定高度后，在托架下方安装两块4 cm厚的滑板，在横通道内铺设的平移钢板上涂抹黄油，做好平移准备；最后，盾构机三大件平移采用由固定块、垫块和联动千斤顶组成的平移装置完成[5-6]。

3.2.4 反力架安装

马蹄形的暗挖隧道空间，限制了反力架的结构形式，常规盾构反力架无法满足施工要求，根据暗挖隧道的结构形式，设计了实用于马蹄形隧道盾构施工反力架[7]。反力架需安装在导台施工时为其预留的位置处，每边设置两道斜撑，并在其顶部设置顶撑，顶撑顶到暗挖隧道的拱顶上，其安装位置及支撑设置情况见图6。

图6 反力架安装位置示意

3.2.5 盾构机组装调试

(1)盾尾与盾构机三大件的组装。在盾尾及中盾上焊接两组对称手拉葫芦悬挂点，在对称悬挂点之间安装手拉葫芦，采用人工拉扯手拉葫芦的方式完成盾尾与三大件的对接工作。

(2)螺旋机的运输及安装。采用与运输台车相同的方式，将螺旋机运输到位后，利用拱顶埋置的多个吊点悬挂手拉葫芦协助完成螺旋机的安装工作。

(3)连接桥的运输及安装。与螺旋机的运输安装工作相同。

(4)完成上述组装工作后，将盾构机主机与1号台车组装成一部分，2～6号台车连接成一部分，这两部分的连接管线摆放在横通道端部搭设的二层管线平台上，上层平台摆放连接电缆线，下层平台摆放连接油管。7号台车单独作为一部分，然后利用加长管线将这三部分进行连接，完成盾构机组装工作(见图7)。

图7 盾构机分体摆放示意

(5)盾构机组装完成后，接通电源，运转盾构机各个系统，对盾构机进行试运转，完成盾构机的调试工作。

3.2.6 盾构机分体始发

(1)盾构机分体始发。盾构采用分体始发方式进行始发掘进。跟随盾构机掘进的主要为1号台车，其余台车摆放在暗挖隧道内静止不动[8]。随着盾构机不断前进，前段盾构机与后方台车的距离也越来越远，所需要的连接管路也越来越长。根据盾构机总长度，预计分体始发掘进长度为60 m。

(2)盾构始发阶段的物料运输。盾构始发阶段的物料运输主要是管片和碴土的运输，分两阶段完成，第一阶段为1号台车在横通道内时的运输，第二阶段为1号台车完全进入正线暗挖隧道后的运输。

①始发第一阶段的运输工作

管片的运输:首先，管片由地面龙门吊吊入横通道内，由横通道内安装的特制龙门吊将管片运入横通道内，并将管片放置在人工液压运输车上，利用人工将管片从横通道内搭设的桥架下方运入台车下，然后，利用特制运输起重架将管片吊起，并将管片运输到盾构机管片吊装机下，最后由管片吊装机将管片运输到待拼装位置[9-10]。

碴土的运输:碴土经过盾构皮带机运输到台车尾部安装的水平垂直于皮带机的滑槽内，经过滑槽将土送入横通道内的小土箱内，利用小挖机将小土箱内的碴土装运到大土箱内，大土箱利用横通道内的龙门吊吊装到竖井处，利用地面龙门吊将碴土吊运到地面，倒入集土坑内，完成碴土的运输工作。

②始发第二阶段的运输工作

本阶段的运输工作主要由三套运输系统组成，即正线隧道内的一组编组列车，横通道内的两台龙门吊及地面龙门吊。这一阶段的列车组包含一个电瓶车机车、一节运浆箱车及一节土箱车。运输系统布置如图8所示。

图8 分体始发第二阶段运输示意

碴土运输:本工程分体始发过程中主机只连接一个台车向前掘进，限制了列车编组长度，因此编组列车只能连接一个土箱和一个浆液运输车，此时横通道内的土箱放置区设置3个空土箱。盾构机掘进产生的碴土通过螺旋机及皮带机运送到编组列车的碴土箱内，利用电瓶车机车将土箱牵引到正线隧道与横通道交汇处，利用横通道内的1号龙门吊将土箱车上装满土的土箱吊下，放入土箱搁置区，并吊装一个空土箱到编组列车上，列车驶入掘进区进行下一箱土的运输工作，2号龙门吊将放置在土箱搁置区装满土的土箱运输到竖井处，并将放置在竖井处的空土箱吊运入横通道内的土箱搁置区，地面吊车将竖井处装满土的土箱运输到地面，从而完成一箱土的运输工作。

管片运输:是土方运输过程的逆过程。利用地面吊车将管片从竖井处吊入，利用2号龙门吊将管片吊装到管片堆放区，利用1号龙门吊将管片吊装到管片车上。因始发阶段编组列车不设置管片车，因此管片运输利用编组列车上的土箱平板完成管片的运输工作，每环管片需两次完成运输。

3.2.7 盾构机正常掘进

盾构机正常掘进施工同常规盾构施工相同，其不同点在于物料运输过程。

(1)碴土及管片运输。盾构正常掘进过程中碴土及管片运输工作，同分体始发二阶段管片及碴土运输基本相同，所不同的是暗挖隧道内需布置道岔、投入8个土箱，并设置两列编组电瓶列车。1号编组列车主要运输同步注浆浆液及管片，2号编组列车主要运输盾构掘进过程中产生的碴土，整个运输工程其布置情况见图9。

图9 盾构正常掘进施工运输系统示意

(2)浆液运输。同步注浆浆液通过地面拌浆站配制好后，由设置在竖井内的竖向送浆管将浆液送入摆放在竖井井底的浆液存储车内，存储车内带有搅拌装置和压浆泵。在横通道内安装浆液输送管，一直铺设到正线隧道处。浆液输送管一端与浆液存储车相连，另一端端部设置一段软管，在向运送浆液的浆车内压浆时，将端部软管放入浆车内，启动竖井处浆液存储车上的压浆泵，将浆液压入运浆车内，再用运浆车将浆液运入盾构机的浆箱内[11-12]。

3.2.8 盾构机到达接收

接收洞门上打设米字形观察孔，探孔打设深度为2 m。快速凿除洞门处的混凝土，盾构应尽快推进并拼装管片，尽量缩短盾构进洞时间。待洞圈特殊环管片脱出盾尾后，立即用弧形钢板将特殊管片与钢洞圈焊接成一个整体，并用浆液充填管片和洞圈的间隙，以减少水土流失。

3.2.9 盾构机解体平移及吊出

盾构机到达后，将盾构机的刀盘、前盾、中盾推到接收横通道内的接收架上，利用拱顶预埋的吊点将连接桥和螺旋机等在洞内完成拆除。平移工作同始发相同，盾构机平移到竖井口后，利用地面吊车将盾构机吊装上井。

4 结束语

该技术方案在长春地铁1号线南湖大路站～自由大路站盾构区间得到成功应用，整体效果良好。实施过程中实际最大日掘进量为18环，平均日掘进量为9环。突破了盾构井布置在区间正线上的传统模式，开辟了盾构始发(接收)的新模式，有效解决了城市施工占道问题，减少了施工对周边环境的影响。既保证地面交通，又减少盾构施工对施工用地的需求，具有显著的经济、社会和环境效益，对于日益紧张的城市交通，具有很好的应用前景，施工技术实用性强，推广前景巨大。