盾构机空推穿越既有地铁车站施工技术研究

2022-06-09林成恕

安徽建筑 2022年5期

林成恕

（中交隧道工程局有限公司，北京 100024）

1 引言

随着我国经济的快速发展，地铁工程的建设日益增加[1-2]。在地铁工程中为了缩短工期，多是地铁车站与地铁隧道同时进行建设[3-5]。建设地铁隧道使用的盾构机在一个区间完成后，需要在地铁车站空推过站到车站另一端，进行下一个区间的隧道建设[6]。相比地上工程，地下工程施工空间小，且盾构机的体积及自重较大[7-9]，盾构机空推过站成为地铁建设的难题之一。

本文基于哈尔滨市轨道交通3号线二期工程清真寺站～靖宇五道街站区间工程，对盾构机空推过站全过程施工技术进行研究，并采用Midas civil软件，对盾构机空推接收装置（钢套筒）的承载力进行有限元分析，以验证钢套筒在盾构空推过程中承载力的可靠性。

2 工程概况

哈尔滨市地铁3号线二期工程为清真寺站～靖宇五道街站区间。清真寺站～靖宇五道街站区间出清真寺站后，沿靖宇街下方向西南敷设，以R-2000曲线半径略微调整之后接入靖宇五道街站，区间右线长约653.534m。左线长约652.644m，短链 0.888m。采用 2台由靖宇公园站～清真寺站区间掘进后，在清真寺站完成过站的泥水盾构机进行施工。盾构机在清真寺站东端头接收后，将盾构机盾体与台车断开，盾体连带钢套筒一同平移至清真寺站西端头准备清真寺站～靖宇五道街站区间的始发。

3 施工方案

3.1 施工过程

盾构过站路线见图1所示。将后配套退回隧道内，采用绳锯将过渡环处管片进行切割，断开盾体与隧道之间的连接，同时将接收反力架及钢套筒前端盖进行拆除，清除刀盘前填料。为确保钢套筒能够顺利平移至车站标准段，需采用2组200t千斤顶在端头井内对钢套筒进行横向顶推平移。平移至能够满足顶推至标准段的位置后，在钢套筒托架预留的反力支座处安装8组100t千斤顶，对盾构机进行顶升，顶升后支垫纵向工字钢。然后在钢套筒后端，依靠2组100t千斤顶的伸、缩来顶推钢套筒经过车站标准段，以达到盾构机过站目的。钢套筒顶推到位后再平移挪动至始发轴线位置，对盾体进行微调，即可进行钢套筒的焊接加固和反力架安装。最后将后配套台车等采用牵引车平移至始发端进行连接调试，施工流程图见图2所示。

图1 盾构机平移、过站路线图

图2 盾构机过站工艺流程图

3.2 钢套筒及盾体横向平移

①在钢套筒及盾体与后配套台车分离，管片之间连接断开后，因钢套筒在端头井内顶升后受侧墙影响无法直接顶推平移至标准段，所以需对钢套筒在端头井内进行横向平移，由两侧向车站内侧方向平移（见图3），受清真寺站主体结构柱限制，平移距离为1.28m能够保证钢套筒平移宽度要求。

图3 钢套筒及盾体横向平移示意图

②钢套筒横向平移采用2组100t千斤顶，千斤顶行程为1.0m，作用在钢套筒托架预留反力支座处，千斤顶尾部水平反力由主体结构侧墙提供，为避免千斤顶直接作用在侧墙上对结构造成破坏，在侧墙上铺垫一块30cm×30cm×2cm钢板。

③通过液压泵站将平移千斤顶油缸伸出，从而使钢套筒及盾体整体向内侧行进。当千斤顶油缸行程行驶至最大行程的80%时停止，即行走行程为0.8m。

④整体平移完成后，钢套筒及盾体处于静止状态，通过液压泵站将平移千斤顶油缸缩回，油缸完全收完后，在千斤顶前部安装标准节钢箱，再经过多次顶推平移，使钢套筒及盾体到达预定位置。

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3.3 钢套筒及盾体整体顶升

在钢套筒及盾体横向平移完成后，需对整体进行顶升，顶升200mm后，在钢套筒底部纵向垫上6根18#工字钢，工字钢放置在钢套筒托架的支腿位置，并将工字钢底部与钢板进行焊接固定，工字钢上部涂抹黄油进行润滑。工字钢固定完成后，即可尝试对千斤顶进行泄压。

3.3.1 顶升的重量

本次顶升时盾体与台车分离，单纯顶升的重量包含盾体重量、钢套筒的重量、盾体与套筒之间填料、盾尾内管片的重量四部分。

其中盾体重量：350t、套筒重量：120t、盾体与套筒之间填料重量：3.14×（6.52²-6.24²）/4×9.836×1.85=51t。管片重量按照一环半考虑：3.14×（6²-5.4²）/4×1.8×2.5=24.2t。顶升总重量：350+120+51+24.2=545.2t。

顶升盾体采用8组100t的顶升油缸，总负重顶升为800t，顶升总重量/总顶升能力=545.2/800=68.15%＜80%，满足要求。

3.3.2 顶升流程

①顶升反力支座焊接

在钢套筒制作时，每节钢套筒托架位置已预留反力支座（见图4），两个支座的中心间距2.5m。

图4 钢套筒反力支座

②顶升千斤顶安装

将钢套筒反力支座下部钢板清理干净，确保钢板面水平，防止千斤顶安装后倾斜，将顶升千斤顶安装在反力支座的中心位置。为减少千斤顶对反力支座的直接伤害，在千斤顶上部放置一块30cm×30cm×2cm的钢板。

③连接千斤顶及泵站

将千斤顶安装就位，泵站及管路连接到位，调试泵站及千斤顶的伸缩，保证所有的千斤顶的伸缩行程一致。

④千斤顶的试顶

在调试完成后，保证千斤顶的行程一致的前提下，对钢套筒及盾体进行试顶，试顶过程中密切关注两方面。

a.千斤顶的整体压力示数。在达到整体起重量的时候若盾体无动作，停机泄压检查问题后再做下一步顶升。顶升时要控制好千斤顶的抬升量，尽量保证一致，使盾体与钢套筒能平稳上抬。

b.盾体的整体监测。在钢套筒正面必须设置观察点位，钢套筒整体顶升时，要密切关注整体的倾斜度，钢套筒周围必须有人旁站观察套筒的位移变化。

⑤套筒的顶升到位

钢套筒按照标高要求顶升200mm后，在钢套筒底部纵向垫上6根18#工字钢，工字钢放置在钢套筒托架的支腿位置，并将工字钢底部与钢板进行焊接固定，工字钢上部涂抹黄油进行润滑。工字钢固定完成后，即可以尝试对千斤顶进行泄压。具体的垂直顶升图见图5所示。

图5 盾体及钢套筒垂直顶升图

3.4 钢套筒及盾体平移过站

①在盾体及钢套筒从端头井向标准段平移过程中，采用在18#工字钢顶部铺设钢板的方式放置千斤顶，千斤顶尾部作用在洞门处结构侧墙，为避免千斤顶直接作用在侧墙上对结构造成破坏，需在侧墙上铺垫一块2cm厚钢板，千斤顶另一端作用在钢套筒托架钢板上实现顶推。当顶推平移距离超出千斤顶及钢箱标准节行程后，需在端头井底板处安装反力支座，为顶推提供反力。

②当盾体及钢套筒平移至标准段，为确保标准段底板预埋钢筋弯折后的平整度，需在底板铺一层瓜子石调平，调平厚度约3cm，在其上铺设2cm厚钢板，并在钢板上涂抹黄油以减少钢套筒托架和钢板之间的摩阻力，方便进行水平移动。

③在钢板上两侧焊接反力支座，使其与钢套筒托架的反力支座相互对应，反力支座采用3cm厚Q235钢板制作而成，满焊并加肋板，设计样式如图6所示。利用2个100t的液压千斤顶对钢套筒实施平移，钢套筒平移中心轴线与标准段侧墙间距3.43m。

图6 反力支座设计样式平剖图

④平移依靠外接泵站为钢套筒推进油缸提供动力，使钢套筒及盾构机前移，移动至始发位置。

3.5 后配套过站

盾构机在过站的同时，可在接收井和标准段平台上铺设钢轨见图7所示，钢轨采用43#轨，并对钢轨进行临时固定，同时对台车轮组进行保养。钢轨间距2050mm，标准段右线轨道中心距侧墙不小于1.75m，左线轨道中心距侧墙不小于1.35m，确保台车边缘与侧墙保持30cm以上的安全距离，隧道内轨道经端头井与标准段轨道相连。钢轨铺设完毕后利用牵引台车，使后配套台车逐段通过车站至盾体主机位置。

图7 后配套台车过站轨道图

4 钢套筒承载力验算

4.1 钢套筒概况

本次接收与平移后的始发均采用盾构机全套筒密闭接收形式。钢板选择Q235B，经计算选择板厚δ=15mm即可满足筒体强度要求。每段钢护筒设引流孔2个，直径100mm，长度500mm，并安装阀门。在成型的钢护筒第一、三节上各设1个检查人孔，检查孔尺寸为800mm×800mm，检查孔盖需要密封并有开关装置，纵向、环向连接缝、检查孔安装止水装置。