盾構(gòu)側(cè)向平移及始發(fā)(接收)施工技術(shù)

仝海龍

(中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 101300)

1 工程概況

長春地鐵1號線04標(biāo)自由大路站～南湖大路站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，總長度1 076 m，位于長春市主干道人民大街下方。原設(shè)計方案為利用南湖大路站設(shè)置盾構(gòu)工作井進(jìn)行盾構(gòu)區(qū)間施工，后因車站結(jié)構(gòu)形式設(shè)計變更，施工工期延長，南湖大路站不再具備盾構(gòu)施工條件，且區(qū)間位于城市主干道下方，無法開挖盾構(gòu)施工豎井；而區(qū)間改用暗挖法施工，工期無法保證，且加大施工投入，增加施工風(fēng)險。針對此情況，項目技術(shù)攻關(guān)小組經(jīng)方案比選，研發(fā)了“盾構(gòu)在橫通道內(nèi)側(cè)向平移、組裝和始發(fā)(接收)成套施工技術(shù)”，突破了盾構(gòu)井布置在區(qū)間正線上的傳統(tǒng)模式，開辟了盾構(gòu)始發(fā)(接收)的新模式，有效解決了城市施工占道問題，保證工程順利進(jìn)行，對今后類似工程具有參考借鑒意義。

2 施工方案

盾構(gòu)機(jī)從側(cè)向盾構(gòu)工作井下井，通過始發(fā)橫通道側(cè)向平移到始發(fā)位置，盾構(gòu)分體始發(fā)；區(qū)間掘進(jìn)完成后，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收橫通道，通過接收橫通道側(cè)向平移到接收豎井處，將盾構(gòu)機(jī)吊裝上井，最終完成區(qū)間盾構(gòu)施工[1]。

盾構(gòu)施工過程中，物料運(yùn)輸需完成兩個垂直運(yùn)輸，即始發(fā)豎井與橫通道之間的豎向垂直運(yùn)輸及橫通道與正線暗挖隧道之間的水平垂直運(yùn)輸，豎井與橫通道之間的豎向垂直運(yùn)輸工作由橫通道內(nèi)架設(shè)的特制龍門吊與地面架設(shè)的龍門吊完成，橫通道與正線暗挖隧道之間的水平垂直運(yùn)輸工作由橫通道內(nèi)架設(shè)的特制龍門吊與運(yùn)輸軌道車完成[2-3]。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程(見圖1)

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

(1)正線暗挖隧道混凝土始發(fā)導(dǎo)臺的制作。因正線暗挖隧道為馬蹄形，其暗挖空間相對狹小，無法滿足盾構(gòu)機(jī)托架擺放的要求，因此在正線始發(fā)暗挖隧道內(nèi)需澆筑盾構(gòu)始發(fā)導(dǎo)臺，其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)導(dǎo)臺結(jié)構(gòu)示意

導(dǎo)臺制作采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分兩段制作，靠近洞門段長度為10 m，靠近橫通道段長度為9 m，在澆筑暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)時，與二襯結(jié)構(gòu)一起澆筑完成。

(2)橫通道內(nèi)鋪砂、鋼板、軌道。首先在橫通道內(nèi)鋪設(shè)2 cm厚中粗砂，再利用2 cm厚鋼板鋪設(shè)2條鋼板帶，每條鋼板帶寬1.5 m，鋼板帶間距為2 m。鋼板拼接采用電焊焊接。并在橫通道內(nèi)鋪設(shè)兩條軌道，作為特制平移小車的行走軌道。

(3)橫通道內(nèi)安裝卷揚(yáng)機(jī)及平移小車。卷揚(yáng)機(jī)安裝在豎井口，其中2臺卷揚(yáng)機(jī)作為特制平移小車向正線隧道內(nèi)移動的動力牽引，另1臺卷揚(yáng)機(jī)作為特制平移小車向豎井處移動的動力牽引[4]。特制平移小車?yán)眯弯摷庸ざ?，橫通道內(nèi)的布置情況如圖3所示。

圖3 臺車橫通道內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)示意

3.2.2 盾構(gòu)機(jī)臺車下井平移

(1)利用地面吊車將臺車安放并鎖定在特制平移小車上。利用卷揚(yáng)機(jī)作為牽引，將特制平移小車及臺車通過橫通道運(yùn)送到正線隧道與橫通道交匯處(見圖4)。

圖4 臺車運(yùn)輸過程示意

(2)利用安裝在特制平移小車上的卷揚(yáng)機(jī)，將臺車運(yùn)送到正線隧道內(nèi)(見圖5)。

圖5 盾構(gòu)機(jī)臺車運(yùn)輸示意

3.2.3 盾構(gòu)機(jī)主機(jī)下井平移

(1)施工準(zhǔn)備。將盾構(gòu)機(jī)托架利用地面吊車吊入橫通道內(nèi)的鋼板上，并將其固定。

(2)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)平移。受橫通道及盾構(gòu)機(jī)自身結(jié)構(gòu)條件限制，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)需采用“分體平移”的方式。首先，利用地面吊車將盾構(gòu)機(jī)刀盤、前盾及中盾吊入橫通道內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)托架上，在托架上完成盾構(gòu)機(jī)前三件的組裝工作；然后，將盾構(gòu)機(jī)與托架連接成一個整體，割除對托架的固定，在盾構(gòu)機(jī)上焊接起頂裝置，將盾構(gòu)機(jī)及托架利用千斤頂頂起一定高度后，在托架下方安裝兩塊4 cm厚的滑板，在橫通道內(nèi)鋪設(shè)的平移鋼板上涂抹黃油，做好平移準(zhǔn)備；最后，盾構(gòu)機(jī)三大件平移采用由固定塊、墊塊和聯(lián)動千斤頂組成的平移裝置完成[5-6]。

3.2.4 反力架安裝

馬蹄形的暗挖隧道空間，限制了反力架的結(jié)構(gòu)形式，常規(guī)盾構(gòu)反力架無法滿足施工要求，根據(jù)暗挖隧道的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計了實用于馬蹄形隧道盾構(gòu)施工反力架[7]。反力架需安裝在導(dǎo)臺施工時為其預(yù)留的位置處，每邊設(shè)置兩道斜撐，并在其頂部設(shè)置頂撐，頂撐頂?shù)桨低谒淼赖墓绊斏?，其安裝位置及支撐設(shè)置情況見圖6。

圖6 反力架安裝位置示意

3.2.5 盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試

(1)盾尾與盾構(gòu)機(jī)三大件的組裝。在盾尾及中盾上焊接兩組對稱手拉葫蘆懸掛點(diǎn)，在對稱懸掛點(diǎn)之間安裝手拉葫蘆，采用人工拉扯手拉葫蘆的方式完成盾尾與三大件的對接工作。

(2)螺旋機(jī)的運(yùn)輸及安裝。采用與運(yùn)輸臺車相同的方式，將螺旋機(jī)運(yùn)輸?shù)轿缓?，利用拱頂埋置的多個吊點(diǎn)懸掛手拉葫蘆協(xié)助完成螺旋機(jī)的安裝工作。

(3)連接橋的運(yùn)輸及安裝。與螺旋機(jī)的運(yùn)輸安裝工作相同。

(4)完成上述組裝工作后，將盾構(gòu)機(jī)主機(jī)與1號臺車組裝成一部分，2～6號臺車連接成一部分，這兩部分的連接管線擺放在橫通道端部搭設(shè)的二層管線平臺上，上層平臺擺放連接電纜線，下層平臺擺放連接油管。7號臺車單獨(dú)作為一部分，然后利用加長管線將這三部分進(jìn)行連接，完成盾構(gòu)機(jī)組裝工作(見圖7)。

圖7 盾構(gòu)機(jī)分體擺放示意

(5)盾構(gòu)機(jī)組裝完成后，接通電源，運(yùn)轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī)各個系統(tǒng)，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，完成盾構(gòu)機(jī)的調(diào)試工作。

3.2.6 盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)

(1)盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)。盾構(gòu)采用分體始發(fā)方式進(jìn)行始發(fā)掘進(jìn)。跟隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的主要為1號臺車，其余臺車擺放在暗挖隧道內(nèi)靜止不動[8]。隨著盾構(gòu)機(jī)不斷前進(jìn)，前段盾構(gòu)機(jī)與后方臺車的距離也越來越遠(yuǎn)，所需要的連接管路也越來越長。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)總長度，預(yù)計分體始發(fā)掘進(jìn)長度為60 m。

(2)盾構(gòu)始發(fā)階段的物料運(yùn)輸。盾構(gòu)始發(fā)階段的物料運(yùn)輸主要是管片和碴土的運(yùn)輸，分兩階段完成，第一階段為1號臺車在橫通道內(nèi)時的運(yùn)輸，第二階段為1號臺車完全進(jìn)入正線暗挖隧道后的運(yùn)輸。

①始發(fā)第一階段的運(yùn)輸工作

管片的運(yùn)輸:首先，管片由地面龍門吊吊入橫通道內(nèi)，由橫通道內(nèi)安裝的特制龍門吊將管片運(yùn)入橫通道內(nèi)，并將管片放置在人工液壓運(yùn)輸車上，利用人工將管片從橫通道內(nèi)搭設(shè)的橋架下方運(yùn)入臺車下，然后，利用特制運(yùn)輸起重架將管片吊起，并將管片運(yùn)輸?shù)蕉軜?gòu)機(jī)管片吊裝機(jī)下，最后由管片吊裝機(jī)將管片運(yùn)輸?shù)酱囱b位置[9-10]。

碴土的運(yùn)輸:碴土經(jīng)過盾構(gòu)皮帶機(jī)運(yùn)輸?shù)脚_車尾部安裝的水平垂直于皮帶機(jī)的滑槽內(nèi)，經(jīng)過滑槽將土送入橫通道內(nèi)的小土箱內(nèi)，利用小挖機(jī)將小土箱內(nèi)的碴土裝運(yùn)到大土箱內(nèi)，大土箱利用橫通道內(nèi)的龍門吊吊裝到豎井處，利用地面龍門吊將碴土吊運(yùn)到地面，倒入集土坑內(nèi)，完成碴土的運(yùn)輸工作。

②始發(fā)第二階段的運(yùn)輸工作

本階段的運(yùn)輸工作主要由三套運(yùn)輸系統(tǒng)組成，即正線隧道內(nèi)的一組編組列車，橫通道內(nèi)的兩臺龍門吊及地面龍門吊。這一階段的列車組包含一個電瓶車機(jī)車、一節(jié)運(yùn)漿箱車及一節(jié)土箱車。運(yùn)輸系統(tǒng)布置如圖8所示。

圖8 分體始發(fā)第二階段運(yùn)輸示意

碴土運(yùn)輸:本工程分體始發(fā)過程中主機(jī)只連接一個臺車向前掘進(jìn)，限制了列車編組長度，因此編組列車只能連接一個土箱和一個漿液運(yùn)輸車，此時橫通道內(nèi)的土箱放置區(qū)設(shè)置3個空土箱。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)產(chǎn)生的碴土通過螺旋機(jī)及皮帶機(jī)運(yùn)送到編組列車的碴土箱內(nèi)，利用電瓶車機(jī)車將土箱牽引到正線隧道與橫通道交匯處，利用橫通道內(nèi)的1號龍門吊將土箱車上裝滿土的土箱吊下，放入土箱擱置區(qū)，并吊裝一個空土箱到編組列車上，列車駛?cè)刖蜻M(jìn)區(qū)進(jìn)行下一箱土的運(yùn)輸工作，2號龍門吊將放置在土箱擱置區(qū)裝滿土的土箱運(yùn)輸?shù)截Q井處，并將放置在豎井處的空土箱吊運(yùn)入橫通道內(nèi)的土箱擱置區(qū)，地面吊車將豎井處裝滿土的土箱運(yùn)輸?shù)降孛?，從而完成一箱土的運(yùn)輸工作。

管片運(yùn)輸:是土方運(yùn)輸過程的逆過程。利用地面吊車將管片從豎井處吊入，利用2號龍門吊將管片吊裝到管片堆放區(qū)，利用1號龍門吊將管片吊裝到管片車上。因始發(fā)階段編組列車不設(shè)置管片車，因此管片運(yùn)輸利用編組列車上的土箱平板完成管片的運(yùn)輸工作，每環(huán)管片需兩次完成運(yùn)輸。

3.2.7 盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)施工同常規(guī)盾構(gòu)施工相同，其不同點(diǎn)在于物料運(yùn)輸過程。

(1)碴土及管片運(yùn)輸。盾構(gòu)正常掘進(jìn)過程中碴土及管片運(yùn)輸工作，同分體始發(fā)二階段管片及碴土運(yùn)輸基本相同，所不同的是暗挖隧道內(nèi)需布置道岔、投入8個土箱，并設(shè)置兩列編組電瓶列車。1號編組列車主要運(yùn)輸同步注漿漿液及管片，2號編組列車主要運(yùn)輸盾構(gòu)掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的碴土，整個運(yùn)輸工程其布置情況見圖9。

圖9 盾構(gòu)正常掘進(jìn)施工運(yùn)輸系統(tǒng)示意

(2)漿液運(yùn)輸。同步注漿漿液通過地面拌漿站配制好后，由設(shè)置在豎井內(nèi)的豎向送漿管將漿液送入擺放在豎井井底的漿液存儲車內(nèi)，存儲車內(nèi)帶有攪拌裝置和壓漿泵。在橫通道內(nèi)安裝漿液輸送管，一直鋪設(shè)到正線隧道處。漿液輸送管一端與漿液存儲車相連，另一端端部設(shè)置一段軟管，在向運(yùn)送漿液的漿車內(nèi)壓漿時，將端部軟管放入漿車內(nèi)，啟動豎井處漿液存儲車上的壓漿泵，將漿液壓入運(yùn)漿車內(nèi)，再用運(yùn)漿車將漿液運(yùn)入盾構(gòu)機(jī)的漿箱內(nèi)[11-12]。

3.2.8 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收

接收洞門上打設(shè)米字形觀察孔，探孔打設(shè)深度為2 m。快速鑿除洞門處的混凝土，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)進(jìn)洞時間。待洞圈特殊環(huán)管片脫出盾尾后，立即用弧形鋼板將特殊管片與鋼洞圈焊接成一個整體，并用漿液充填管片和洞圈的間隙，以減少水土流失。

3.2.9 盾構(gòu)機(jī)解體平移及吊出

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后，將盾構(gòu)機(jī)的刀盤、前盾、中盾推到接收橫通道內(nèi)的接收架上，利用拱頂預(yù)埋的吊點(diǎn)將連接橋和螺旋機(jī)等在洞內(nèi)完成拆除。平移工作同始發(fā)相同，盾構(gòu)機(jī)平移到豎井口后，利用地面吊車將盾構(gòu)機(jī)吊裝上井。

4 結(jié)束語

該技術(shù)方案在長春地鐵1號線南湖大路站～自由大路站盾構(gòu)區(qū)間得到成功應(yīng)用，整體效果良好。實施過程中實際最大日掘進(jìn)量為18環(huán)，平均日掘進(jìn)量為9環(huán)。突破了盾構(gòu)井布置在區(qū)間正線上的傳統(tǒng)模式，開辟了盾構(gòu)始發(fā)(接收)的新模式，有效解決了城市施工占道問題，減少了施工對周邊環(huán)境的影響。既保證地面交通，又減少盾構(gòu)施工對施工用地的需求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益，對于日益緊張的城市交通，具有很好的應(yīng)用前景，施工技術(shù)實用性強(qiáng)，推廣前景巨大。