钢套筒与盾构机分体平移施工工法

李二虎

（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东 青岛 266000）

1 工程概况

呼和浩特市城市轨道交通2号线一期工程06标段包含两站三区间。其中大学西街站～中山路站盾构区间右线全长836．266 m，左线全长836．245 m，本区间采用2台盾构机，右线先施工，右线盾构机掘进至中山路站南端头后，盾体吊出，转运至中山路站北端头下井组装，后配套台车经中山路站右幅至车站北端头，与盾构机连接调试，始发，完成中～新右线掘进，掘进的过程中，管片运输、出土等工序施工经中山路站至大学西街站；左线盾构机到达中山路站南端后通过分体、平移吊出。中山路站～新华广场站盾构区间右线全长391．213 m，左线全长391．737 m，本区间采用2台盾构机，右线从中山路站北端始发，到达新华广场站后分体、平移吊出；左线从新华广场站始发，到达中山路站北端后分体、平移吊出；新华广场站～呼和浩特站区间右线全长762．951 m，左线全长766．393 m，采用2台盾构机施工，左线盾构机从新华广场站北端始发，到达呼和浩特站后直接吊出；右线施工时盾构机通过分体、平移实现始发，到达呼和浩特站后直接吊出（图1）。

图1 盾构施工总体部署图

本标段盾构区间施工盾构机需要经过12次拆装机，1次平移始发，3次平移吊出完成。盾构始发接收是盾构施工中风险最大的环节，非常容易发生工程质量和安全事故。盾构机分体平移始发接收方案的确定直接影响到盾构施工的安全、施工效率、设备功能的发挥程度，所以如何对盾构分体平移始发和接收的安全质量风险进行评估，并形成风险对策以付诸实施显得尤为重要。

2 工法特点

2.1 操作简单

在受规划及建（构）筑物制约的情况下（如地下车站往往设计空间较小或结构较复杂），特别是小空间且无大型机械协助的情况下，本工法可以灵活进行平移施工，极大程度上缩短工期和提高经济效益[1]。

2.2 成本低、进度快、环境干扰少

本工法的施工技术最大限度地减少占用城市道路空间，始发和接收期间，最大限度地将盾体置于地下车站内，避免常规分体始发工况下，将台车临时放置于井上而需要较大的地上空间，有效减小了对周边环境的干扰。

2.3 安全可靠

本工法通过对钢套筒的改装、盾构机的解体，分块、分序平移，通过液压千斤顶和减小摩擦力等手段，保证钢套筒带盾构分体平移的安全、质量可控。

2.4 整体性高

本工法在钢套筒接收后直接利用钢套筒与盾构机一起整体过站。利用钢套筒平衡接收始发技术，通过在已建车站底板铺设滑移轨道，采用液压千斤顶在已铺设好的轨道上对钢套筒和盾构机整体进行抬升、移动，从而实现盾构机和钢套筒整体过站。

3 适用范围

本工法适用于受规划及建（构）筑物的制约（如地下车站设计空间较小或结构较复杂），特别是小空间且无大型机械协助的情况下。

4 工艺原理

经过对钢套筒的改装、盾体解体，综合考虑将钢套筒连同盾体共同平移方案，需把盾构机主机部分刀盘、前盾、中盾、盾尾分别在钢套筒内，经多次平移到始发或者吊装口下方，解决小空间条件的钢套筒带盾构机平移组装。其工艺原理如下。

平移始发：钢套筒带盾体平移前需要把螺旋输送机先平移过去，管片拼装机用葫芦悬挂在盾尾内，等钢套筒带盾体全部平移至始发井口对接完成后，在钢套筒内安装管片拼装机和螺旋输送机[2]。

接收平移：盾构机在钢套筒内接受后，解体平移前需在钢套筒内把螺旋输送机拆下来后退至隧道内，管片拼装机拆卸下来悬挂在盾尾内之后对盾体进行解体，把钢套筒分成两部分分别平移。

平移方法：采用千斤顶顶推法与钢板滑移法相结合的方法对盾构机主体进行平移。

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

（1）盾构机与钢套筒的分体平移始发施工工艺流程如下：底部铺设钢板、平移工装制作→螺旋输送机平移→第4、3节钢套筒底环下井拼装→盾构机刀盘、前盾、中盾下井拼装→整体横向平移→整体纵向平移至洞门、顶升就位→第4、3节钢套筒顶环下井横向平移→钢套筒顶环提升纵向平移就位→第2、1节钢套筒底环下井拼装→尾盾及拼装机下井拼装→整体横向平移→整体纵向平移、顶升至已就位的钢套筒位置对接→第2、1节钢套筒顶环下井横向平移、提升就位→钢套筒内安装拼装机和螺旋输送机→整体顶升就位→平移反力架及反力架安装。

（2）盾构机和钢套筒的分体平移接收施工工艺流程如下：底部铺设钢板、平移工装制作→钢套筒第2、1节，后盖下井拼装，横向平移→钢套筒第2、1节、后盖纵向向后平移→钢套筒第3、4节，过渡环下井拼装，横向平移→钢套筒拼装、连接整体顶升就位→钢套筒回填砂土、密闭试验→盾构机接收→钢套筒内拆除螺旋机退回隧道内→钢套筒内拆除拼装机悬挂在盾尾→盾体及钢套筒解体→第4、3节（尾盾及拼装机）横向平移、吊出→第2、1节（刀盘、前盾、中盾）纵向向前平移→第2、1节（刀盘、前盾、中盾）横向平移、吊出。

5.2 施工准备

（1）收集各类施工文件、规范和图纸，收集现场施工资料；结合现场实际情况，设计适合于现场的钢套筒，进行平移过程中的受力计算，确定带钢套筒盾构机分体平移施工方案[3]。

（2）配备施工机具设备、操作平台；配备各种测量设备，现场测量放样；完成运输、吊运等施工通道、操作场地的施工等。

5.3 钢套筒加工平移

（1）钢套筒加工分为6节加工而成，即传力架0号（长1 000 mm）、传力架1号（长2 500 mm）、传力架2号（长2 500 mm）、传力架3号（长2 500 mm）、传力架4号（长2 500 mm）、过度环（长500 mm）。

（2）每一节由顶环、侧环、底环组成，底环分布角度为180°，顶环和侧环分布角度分别为60°。

5.4 平移始发施工工序

（1）井底清理平整：吊装口井底底板结构施工完成后，将底部杂物清理干净，铺设20 cm厚细砂找平。

（2）井底铺设3 cm厚钢板；对钢板进行焊接加固。在钢套筒底座两侧各安装100 t液压千斤顶，利用液压千斤顶将盾构机连同钢套筒底座抬升至少20 mm。

（3）第4号、3号钢套筒（传力架）底环下井拼装；盾构机刀盘、前盾、中盾下井拼装；（其整体结构尺寸如下：长5 500 mm、宽7 030 mm、高7 110 mm）。拼装前首先在厚钢板上沿横向平行铺设8根移出横向钢轨；用钢轨钻孔机在两端的移出横向钢轨的轨腰上钻圆孔，3个圆孔为1组，每组之间的间距为400 mm，圆孔间距为100 mm；在移出横向钢轨上涂抹黄油。

（4）拼装完成后通过千斤顶横向平移至右线。通过液压千斤顶将钢套筒底座及盾构机安置在移出横向钢轨上；在两端的移出横向钢轨上，钢套筒底座侧面靠墙的一端安装100 t横向顶推油缸，同步推动钢套筒底座及盾构机向过站中心位置横向平移。通过计算，2组100 t液压千斤顶能够满足所需顶力要求。为减小摩擦力，在平移前，钢板上整体涂抹黄油。在钢板上焊接“工”字钢作为千斤顶后座持力点。精确测量后，纵向平移至洞门位置，使钢套筒与洞门环梁准确对位。

（5）第4号、3号钢套筒顶环下井横向平移，提升就位。在负一层中板井口增设3个钢梁，钢梁两端以中板井口环梁为支撑点，钢梁采用40a“工”字钢制作，用于提升钢套筒顶环。

（6）第2号、1号、0号钢套筒底环下井拼装，尾盾及拼装机下井拼装；（其整体结构尺寸如下：长6 000 mm、宽7 030 mm、高7 110 mm）。

（7）第2号、1号、0号钢套筒底环下井拼装，尾盾及拼装机下井拼装；（其整体结构尺寸如下：长6 000 mm、宽7 030 mm、高7 110 mm）。

（8）盾构机纵向平移：在钢板上涂抹黄油后，设置反力支座，固定100 t纵向顶推油缸，顶住钢套筒底座两侧，同步顶推钢套筒底座与盾构机前移；当纵向顶推油缸达到最大行程时，拆卸下纵向顶推油缸，安装增大一次顶推行程方钢顶铁，重新安装顶推油缸，继续顶推移动套筒，如此反复循环直至始发端头井。钢套筒及盾尾整体纵向平移、顶升至已就位的钢套筒位置对接，第2、1节钢套筒顶环下井横向平移、提升就位。

（9）钢套筒及盾体整体平移就位后，在钢套筒底座安装2组200 t、2组100 t液压千斤顶抬升钢套筒底座及盾构机至少200 mm；钢套筒底部下垫“工”字钢。

（10）固定钢套筒底座。复测校验盾构机位置后，钢套筒底座前端距离洞门钢环为500 mm，固定钢套筒底座，将钢套筒底座与底板预埋钢板焊接成一个整体，侧向增加“工”字横撑稳定于侧墙上；在钢套筒与洞门钢环之间安装过渡环，安装法兰密封“O”形圈，用高强螺栓连接固定过渡环，前端与洞门钢环焊接牢固，先安装过渡环下半部分，然后安装过渡环上半部分使其构成钢套筒主体。

（11）钢套筒内安装管片拼装机和螺旋输送机。

5.5 盾构机加工平移

（1）移动后配套台车：①铺设电瓶车和后配套台车的运输轨道，采用马凳设置缓坡连接电瓶车和后配套台车的运输轨道。②将电瓶车刚性连接后配套台车，电瓶车拖动运输后配套台车至始发端。

（2）连接与调试盾构机管路。后配套台车到达始发端指定位置后，将后配套台车与盾构机的管路、电缆线进行连接，并进行组装调试[4]。

（3）安装止水基准环及反力架：①在钢套筒主体尾部安装止水基准环，止水基准环与钢套筒主体密贴，并注入密封油脂。②在钢套筒主体和止水基准环外安装反力架。

（4）安装负环管片：在盾构机的盾尾刷上涂抹油脂，安装负环管片，负环管片与止水基准环压紧密贴，注入盾尾油脂，同步注入水泥砂浆，确保套筒与负环管片之间的间隙回填饱满，刀盘顶推到掌子面，准备二次始发。

5.6 平移接收施工工序

（1）施工准备：平移接收施工前准备与平移始发相同，井底清理平整：吊装口井底底板结构施工完成后，将底部杂物清理干净，铺设20 cm厚细砂找平。井底铺设3 cm厚钢板，并对钢板进行焊接加固。

（2）将钢套筒分节从预留口下井，平移至接收位置安装就位。分节吊装顺序和始发相反。

（3）完成接收后，把连接桥和盾体分解断开，台车整体后退20 m，隧道内拆卸螺旋输送机并后退20 m，之后钢套筒内拆卸管片拼装机并用4个10 t葫芦悬挂在盾尾内。将钢套筒、盾体解体，采用2组200 t千斤顶分别将钢套筒及盾体顶升，取掉钢套筒底部下垫的“工”字钢，将钢套筒及盾体下放到铺设的钢板上。

（4）接收钢套筒及盾体平移工艺和始发平移工艺相同。

6 材料与设备

本工程所需盾构机尺寸重量见表1。

表1 盾构机尺寸重量表

7 结语

采用钢套筒与盾构机分体平移施工技术，有效解决了狭小空间下大型盾构设备分体过站、转体平移、组装和始发、接收等方面的技术难题，缩短了工期，节约了资金，经济效益显著。通过与原盾构始发接收端头加固方案（地表袖阀管注浆）相比，采用钢套筒始发和接收更加安全可靠、节能环保，且钢套筒可拆卸重复利用，提高了设备的利用率，得到了业主的高度评价，取得了良好信誉，创造了良好的社会效益。