基于大直径盾构的工作井内整机平移关键技术研究

王锋

（中铁二十局集团第三工程有限公司，重庆 400065）

1 引言

进入21世纪，城市轨道交通地下空间的开发建设迎来了空前的大发展，在城市轨道建设中采用盾构法施工的项目也越来越多。然而，由于城市闹市区的周围环境复杂，盾构法采用的盾构机设备因周围环境的影响，往往需要特殊的施工工艺才能满足盾构施工作业。例如，郑州地铁[1]面临高压线下施工距离不足的问题，采用混凝土结构柱延后的工法让盾构平移，实现了盾构始发的目的；深圳地铁9号线[2]采取盾构平移技术使施工完的盾构机成功顺利吊装出井；上海上中路隧道[3]给出了超大直径盾构机在竖井内原位掉头及平移的施工工法，解决传统施工需要重新拆装盾构机的不足；北京地铁16号线[4]通过研发一种推进系统，解决了盾构平移过站的施工难题。在国内关于盾构机的调头及平移施工方法主要基于现行规范[5，6]规定及周边环境条件，本文创新行地提出了一种适合大直径盾构的工作井内整机平移的施工技术，有效解决了城市密集空间下大直径盾构机难吊装下井的难题，并缩短了施工工期，降低了成本。

2 工程概况

成都轨道交通17号线二期工程土建六工区含2站1区间，区间出二仙桥站沿建设北路三段敷设进入踏水桥站，共设有2座联络通道，其中，1座兼废水泵房。

工程投入2台铁建重工生产的ZTE8600盾构机进行掘进施工，受二仙桥站蜀龙五期匝道桥净空限制，始发端头不具备盾构机吊装下井条件，2台盾构机均设置在盾构右线吊装孔南侧场地吊装下井，因此，左线盾构机吊装在右线吊装孔下井后，需要平移至左线。蜀龙五期匝道桥净空7 m，距离吊装区域7 m，履带吊距离匝道桥15.1 m，盾构机平移示意图如图1所示。

图1 二仙桥站盾构机平移示意图

吊装端头地质情况为：地层自上而下依次为<1-2>杂填土、<3-2-3>黏土（硬塑）、<3-8-1>卵石土（稍密）、<3-8-2>卵石土（中密）、<3-4-4>中细砂（稍密）、<3-8-3>卵石土（密实）、<5-1-2>强风化泥岩、<5-1-3>中等风化泥岩地层。二仙桥站始发井端头地层及平面如图2所示。

图2 二仙桥站始发井端头地层及平面图

二仙桥站因地面构建筑物影响，左线盾构机无法直接吊装到左线始发井，需先吊装到右线始发井，通过平移设备将主机及后配套拖车平移至左线始发井，然后进行组装，大直径盾构平移施工存在以下工程难点：

1）工作井内大直径盾构机整体平移工法的选择、平移装置的配置及细部措施，为技术难点。

2）盾构机平移在地下工作井净空高度约9.2 m的狭小空间作业，为施工难点。

3 平移施工准备

盾构平移工作，主要是盾体和拖车两部分进行平移，盾体含各部件（刀盘+前盾+中盾+尾盾+螺旋输送机+管片拼装机）组合之后整体移动至指定的位置，拖车是分批次将各节拖车进行移动至指定位置。盾构机主机长度约10.9 m，整机长度约106 m，总质量约1 200 t。由于各部件重量较重，因此，施工中严格控制施工工艺，是确保盾构平移是否成功的关键。

盾构平移施工工艺为：工作井口轨道铺设→拖车平移装置下井→平移各节拖车至指定位置（依次完成6#、5#、4#、3#、2#、1#、连接桥等拖车平移）→吊出平移拖车装置及拆除滑移轨道→始发托架下井→螺旋机及盾体下井组装→盾体平移→平移结束。

3.1 工作井口轨道铺设

底板清理干净，清理底板凝固的混凝土块及格构柱突出底板部分。对工作井底板采用中粗砂进行找平处理，然后在底板满铺4道20 mm厚钢板，钢板四周用φ28 mm钢筋锚固，防止钢板移动。在底板水平方向铺设4条轨道，轨距900 mm，2列轨道之间相距7 m，每隔2 m安装1个轨道拉杆。轨道间距与拖车平移装置保持一致，为拖车平移装置提供行走。根据拖车平移装置要求，需保证安装的滑移轨道平整稳固，连接处高差≤2 mm，不平整位置需要调整处理。

3.2 马镫安装

工作井拖车平移轨道安装完成后，两边轨道各放1个渣斗底盘作为拖车平移装置。由于工作井与车站存在高差，需在工作井内铺设保证铺设的轨道与车站的轨道一致。考虑工作井拖车易进入车站内，故将工作井内的轨道标高提高1 cm。根据设备厂家提供的各部件质量表可知，1#拖车最重约46 t，马镫只需满足1#拖车承重即可；本次马镫制作采用250H型钢制作。依据公式：

式中，H为腹板高度；B为翼缘宽度；t1为腹板厚度；t2为翼缘厚度；r为圆角半径，L为型钢的长度。当L=1 m时，受力面积为0.25 m2，承载的重量为720 kN（72 t），能满足受力需求。因此，底盘顶面放8个马镫可满足受力需求，分摊2个渣斗，1个渣斗上放置4个马镫即可，如图3所示。

图3 底盘上马镫放置后剖面图

4 大直径盾构机平移

4.1 拖车平移

拖车平移时，首先将拖车平移装置放置于井口滑移轨道上，在平移拖车装置上安装拖车行走轨道，控制轨道面与车站铺设的轨道面高差一致，方便拖车平移至始发井口后牵引到车站。当拖车下井后放置于平移拖车装置轨道上，采用H型钢焊接固定，使拖车与平移拖车装置连成整体，确保拖车移动时稳固。利用10 t的卷扬机、滑轮组及钢丝绳将平移拖车牵引至左线井口中心位置，连接平移拖车装置上铺设轨道与车站轨道，满足拖车在轨道运行，拆除拖车在平移拖车装置上的加固，用牵引电机车将拖车牵引至车站内，完成拖车平移。

4.2 盾体平移

拖车平移完毕后，拆除工作井内的拖车平移装置和滑移轨道，为盾体平移提供空间。工作井内底板需保证表面高差≤2 mm，表面平整度≤4 mm/m2。满铺钢板厚度20 mm，接缝处采用坡口焊满焊，并保持焊缝平整牢固，不平整位置进行打磨处理。

在井口底板的钢板表面涂抹黄油，盾构机始发托架吊装下井，然后，依次完成盾体各部件吊装下井，并且在托架上完成盾体主机组装工作。如图4所示，将盾体与托架焊接成整体，在钢板上焊接反力装置挡块作为反力支撑，利用液压泵站和4个200 t千斤顶组合，顶推托架整体平移，钢板上抹黄油减少移动托架和钢板之间的摩阻力；在钢板上焊接挡板提供反作用力，4个千斤顶均匀放置在托架旁，同步加力；过程中注意挡板有无脱焊迹象和不同步迹象，如有异常，立即停止操作，调整好受力方向后在进行。顶推托架平移至左线，顶推过程中反力架装置与千斤顶之间增加型钢挡块作为传递，最终完成盾体平移。

图4 千斤顶布置示意图

4.3 拖车平移施工要点

1）拖车平移装置滑移轨道铺设时应放样，确保轨间距误差在≤3 mm；

2）拖车平移前，卷扬机应牢固固定在车站底板；

3）侧墙预埋件上各安装一个定滑轮，定滑轮安装标高应与拖车平移装置牵引点高差一致；

4）拖车平移时应将拖车与平移设备临时焊接，连成整体防止侧翻；

5）拖车平移装置放置拖车的轨道，标高略高于车站标准段底板标高5~10 mm；

6）过程中拖车平移装置需匀速滑行，平稳施工。

4.4 盾体平移施工要点

1）施工场地底板采用黄沙找平，铺设的钢板与钢板之间紧密靠拢，并焊接牢固；

2）钢板上泥土等杂物清理干净、焊疤必须打磨处理，盾体平移前在钢板上涂抹黄油；

3）盾构机平移前盾体与托架固定牢固，每侧用5块400 mm×200 mm×20 mm的钢板满焊处理，防止侧翻；

4）液压泵站千斤顶在推进过程中，严格控制推进速度；并设专人观测盾构机和托架变形情况，一旦出现异常马上停止，查明原因处理后再继续施工；

5）为千斤顶提供反力的构件必须加固牢靠，与钢板满焊连接并设加筋板，千斤顶两侧设挡块防止千斤顶侧滑；

6）平移过程技术人员、机械人员全程旁站，确保安全施工。

5 结语

本文介绍城市轨道建设中大直径盾构机在工作井内采取托架平移装置和盾体始发托架实现平移的施工实例，从工作井内钢板铺设、拖车平移、盾体平移等工作顺利完成历时1个月，解决成都地铁二仙桥站左线盾构入井、组装、始发的难题，并节省了工期。这次成功的工作井内整机平移的施工为今后类似工程的积累了一定的施工经验，对地铁类似工程的盾构平移技术提供参考，具有良好的推广前景。