盾構(gòu)過站始發(fā)掘進(jìn)與車站平行施工技術(shù)

王宗勇

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030032)

1 工程概況

長沙地鐵2號(hào)線7標(biāo)為2個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，迎賓路站—芙蓉廣場站區(qū)間長550 m，芙蓉廣場站—五一廣場站區(qū)間長720 m，根據(jù)總體部署，左線盾構(gòu)于2011年2月中旬從賓路站始發(fā)，經(jīng)芙蓉廣場站接收后站內(nèi)過站，然后二次始發(fā)掘進(jìn)到五一廣場站接收轉(zhuǎn)場。業(yè)主要求2011年底完成立交橋還建。

芙蓉廣場站施工前先拆除芙蓉立交橋引橋，再進(jìn)行車站圍護(hù)樁，導(dǎo)致芙蓉廣場站比迎賓路站晚3個(gè)月開工。而且圍護(hù)樁、抗拔樁插入基巖較深，比鄰車站施工速度慢。車站為三層結(jié)構(gòu)，主體有12 m位于基巖，于2011年3月上旬才開始開挖，傳統(tǒng)施工方法無法按時(shí)提供盾構(gòu)接收與過站。

2 工期分析與方案比選

2.1 施工工期分析

2.1.1 芙蓉廣場站提供接收條件分析

迎賓路站—芙蓉廣場站區(qū)間地層為泥質(zhì)粉砂巖，始發(fā)后平均每天至少掘進(jìn)8 m，盾構(gòu)機(jī)最遲在2011年4月底就可以到達(dá)芙蓉廣場站。

按照傳統(tǒng)施工方法，接收端頭負(fù)三層至少完成100 m，負(fù)一層盾構(gòu)井外頂板至少完成20 m，而且要求盾構(gòu)接收井腳手架拆除后才能提供接收空間。最早也要在2011年8月底才能提供盾構(gòu)接收條件。

2.1.2 盾構(gòu)過站工期分析

芙蓉廣場車站主體施工完后才能進(jìn)行傳統(tǒng)的站內(nèi)過站，該車站長146 m，根據(jù)傳統(tǒng)施工方案，該車站至少要在2011年11月底才能完成主體施工，2011年12月底才能完成盾構(gòu)過站。

2.1.3 五一立交橋重建工期分析

芙蓉廣場站—五一廣場站區(qū)間地層存在大量孤石群和多個(gè)灰?guī)r基凸起，需要3個(gè)月才能完成掘進(jìn)，盾構(gòu)在五一廣場站接收轉(zhuǎn)場后封閉接收井才能還建五一立交橋，如果芙蓉廣場站采用傳統(tǒng)施工方案，立交橋重建工期至少滯后10個(gè)月。

2.2 傳統(tǒng)過站方案適用性分析

2.2.1 站內(nèi)分體過站施工較慢

國內(nèi)主要在托架下鋪鋼板或滾軸通過橫移后再前移方式完成盾體過站，盾體需要先橫移80 cm后才能向前移，工序轉(zhuǎn)化多，工效很低。芙蓉廣場站接收后不能立即過站，芙蓉廣場站不適合盾構(gòu)站內(nèi)分體過站。

2.2.2 不具備站內(nèi)直線整機(jī)過站條件

上海地鐵某車站在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)通過加寬車站標(biāo)準(zhǔn)段，然后采用鋪設(shè)軌排和安設(shè)導(dǎo)軌道，在軌排上焊接反力支座進(jìn)行整機(jī)直線過站。

芙蓉廣場站車站主體已經(jīng)開始施工，而且車站標(biāo)準(zhǔn)段比盾構(gòu)接收井窄1 m。因此，芙蓉廣場站不具備直線過站條件。

2.2.3 芙蓉廣場站不適合站外過站分體始發(fā)

芙蓉廣場站始發(fā)井與接收井頂板必須全部施工完才具備分體始發(fā)，由于該車站才146 m，需要在2011年10月初才能滿足分體始發(fā)。不僅盾構(gòu)接收后要停機(jī)，而且分體始發(fā)掘進(jìn)速度很低，不適合芙蓉廣場站。

2.2.4 無法實(shí)現(xiàn)先隧后站方案

采用先隧后站方案前提條件是圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要在盾構(gòu)接收和始發(fā)洞門配置玻璃纖維筋。

由于芙蓉廣場站圍護(hù)結(jié)構(gòu)已施工完畢，而且配置鋼筋，先隧后站方案無法實(shí)施。

2.3 盾構(gòu)過站方案探討

2.3.1 按時(shí)接收方案研究

芙蓉廣場站只能施工站臺(tái)層后立即拆除腳手架，才能及時(shí)提供盾構(gòu)接收，盾構(gòu)接收后再施工負(fù)二層、負(fù)一層。

該方案的難點(diǎn)是解決站臺(tái)層中板能承受負(fù)二層、負(fù)一層施工荷載，該難題可以通過加大站臺(tái)層中板上緣鋼筋來實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 按時(shí)過站方案研究

采用先施工站臺(tái)層方案也無法保證盾構(gòu)接收時(shí)施工完站臺(tái)層。只能采用邊施工站臺(tái)層邊整機(jī)過站方案。

該方案主要解決盾構(gòu)整機(jī)曲線過站，可采用在車站鋪設(shè)曲線導(dǎo)軌，盾構(gòu)接收時(shí)在盾構(gòu)機(jī)下部焊接滾輪，盾構(gòu)接收后在盾尾后導(dǎo)軌上安設(shè)反力裝置就可以實(shí)現(xiàn)。

2.3.3 過站方案可行性

根據(jù)盾構(gòu)在最小半徑250 m的曲線施工中，盾構(gòu)及后配套可靈活完成。因此，采用曲線導(dǎo)軌滾輪過站方案是可行的。

3 施工優(yōu)化與加快進(jìn)度對(duì)策

3.1 站臺(tái)層施工優(yōu)化

3.1.1 接收井與始發(fā)井底板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

把盾構(gòu)接收井、始發(fā)井和車站底板優(yōu)化為同一個(gè)平面，并采用一次澆筑成型，為鋪設(shè)導(dǎo)軌提供條件。

3.1.2 站臺(tái)層中板配筋優(yōu)化

為了滿足站臺(tái)層腳手架拆除后，在中板上直接搭設(shè)腳手架施工負(fù)二層中板及頂板，通過受力計(jì)算，把站臺(tái)層中板上層φ18 mm鋼筋變?yōu)棣?0 mm［1］即可滿足。

3.1.3 取消二次始發(fā)臨時(shí)吊裝口

接收井底板施工完后，在底板鋪設(shè)橫向軌道，并提前把始發(fā)架吊裝到位，同時(shí)把反力架吊放在基座尾部后，中板、頂板取消吊裝口［2］，實(shí)現(xiàn)施工方便。

3.1.4 增設(shè)負(fù)環(huán)拆除吊裝孔

在始發(fā)井上方中板澆筑施工中用塑料管預(yù)留8個(gè)φ100 mm孔，確保中板封閉后反力架和負(fù)環(huán)安裝、拆除方便。

3.1.5 設(shè)備吊裝口位置優(yōu)化

采用盾構(gòu)直接破除連續(xù)墻玻璃纖維筋［3］接收，有殘留的渣土需要吊出。設(shè)備吊裝口離盾構(gòu)接收洞門5 m，不利于渣土清除。中板施工是要把設(shè)備吊裝預(yù)留口優(yōu)化設(shè)計(jì)在接收洞門上方位置。

3.2 加快施工進(jìn)度對(duì)策

3.2.1 端頭加固施工對(duì)策

由于接收洞門上方3 m以上為砂層，采用地面加固需要在開挖前完成［4］。因此，采用主體施工完后水平探孔，根據(jù)滲水情況確定是否水平注漿［5］。

3.2.2 加快站臺(tái)層施工對(duì)策

傳統(tǒng)施工方案是拆除側(cè)墻模板后才能施工中板，施工工效較低。通過方案優(yōu)化，采用滿堂支架使側(cè)墻和中板一次澆筑，大大提高施工工效。

3.2.3 提前拆除腳手架對(duì)策

中板澆筑后需要到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能拆除腳手架?？刹捎迷鐝?qiáng)混凝土實(shí)現(xiàn)提前拆除腳手架。

同時(shí)，先把左線腳手架拆除到右線腳手架空隙間處，先為左線盾構(gòu)提供接收條件。當(dāng)主體施工到樓梯預(yù)留口時(shí)再開始拆除右線腳手架。

4 盾構(gòu)過站始發(fā)掘進(jìn)與車站平行施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 盾構(gòu)滾輪接收技術(shù)

4.1.1 接收前準(zhǔn)備

(1)提前按設(shè)計(jì)加工4組滑輪，每組滑輪設(shè)計(jì)為三輪相連滾輪，中間滾輪設(shè)計(jì)立柱，便于與盾體焊接［6］。同時(shí)加工好反力裝置。

(2)提前調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)［7］，并根據(jù)水平鉆孔滲水情況決定是否安裝止水簾布。

(3)加工0.9 m高的軌排桁架，便于過站時(shí)盾構(gòu)后配套前移。

4.1.2 接收滾輪焊接

(1)盾構(gòu)掘到連續(xù)墻后采用敞開式直接破除完連續(xù)墻。然后清除刀盤前渣土后在底板上鋪設(shè)盾體接收導(dǎo)軌。

(2)邊空推盾構(gòu)機(jī)邊同步注漿，待油缸伸長到最大時(shí)拼裝管片。當(dāng)盾體露出洞門三分之一時(shí)焊接前滾輪。當(dāng)盾體露出三分之二時(shí)焊接盾體后滾輪(圖1)。

圖1 焊接盾構(gòu)滾輪

(3)當(dāng)最后一環(huán)管片拼裝完后，立即用工字鋼把最后幾環(huán)管片連接成一體。然后采用雙液漿進(jìn)行二次補(bǔ)注漿。最后利用盾構(gòu)油缸把盾尾推出洞門。

4.2 盾構(gòu)整機(jī)導(dǎo)軌過站技術(shù)

4.2.1 曲線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)與鋪設(shè)

采用校軌器先加工好曲線導(dǎo)軌［8］，并在車站標(biāo)準(zhǔn)段和盾構(gòu)井相連位置鋪設(shè)曲線導(dǎo)軌(圖2)。

圖2 曲線導(dǎo)軌鋪設(shè)

4.2.2 連接橋的改進(jìn)

由于后配套采用直線前移，盾體采用曲線前移，而盾體與后配套在水平方向無法轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，盾構(gòu)過站前需要把后配套與連接橋相連處U形卡切割，使后配套和連接橋形成水平鉸接。

4.2.3 盾構(gòu)前移

首先在盾尾后導(dǎo)軌上安設(shè)反力裝置，并通過插銷把卡軌裝置卡在導(dǎo)軌上。然后在盾體下部油缸和反力裝置之間安設(shè)一根長2 m鋼管支撐，啟動(dòng)油缸使盾構(gòu)慢慢前移，當(dāng)油缸伸到最大時(shí)，把2 m鋼管更換4 m鋼管后啟動(dòng)油缸使盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)前移，當(dāng)油缸伸長到最大時(shí)，收縮油缸并前移反力裝置，重復(fù)前移。

4.2.4 后配套前移軌排設(shè)計(jì)與鋪設(shè)

由于后配套前移導(dǎo)軌比盾構(gòu)前移導(dǎo)軌要高1 m，需要在后配套前臨時(shí)鋪設(shè)過站軌排。為了拆除和安設(shè)方便，采用工字鋼加工成1 m長凳子［9］作為臨時(shí)軌排。

盾構(gòu)前移過程中，需要及時(shí)拆除盾構(gòu)后配套尾后方軌排，然后不斷安設(shè)在后配套前方，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

4.2.5 站臺(tái)層與盾構(gòu)過站平行作業(yè)

當(dāng)后配套前端到達(dá)最后一環(huán)管片位置后，開始在導(dǎo)軌上安裝反力裝置，同時(shí)安放軌排和導(dǎo)軌，采用邊拆除腳手架，邊利用反力裝置使連續(xù)盾構(gòu)前移。

當(dāng)始發(fā)井腳手架拆完后，根據(jù)盾體前移方位固定始發(fā)基座，并根據(jù)始發(fā)基座高度在始發(fā)基座后10 m設(shè)置盾體前移過渡導(dǎo)軌，同時(shí)安設(shè)止水簾布。

4.3 盾構(gòu)二次始發(fā)掘進(jìn)技術(shù)

4.3.1 盾體移向始發(fā)基座

當(dāng)盾體四分之一前移到始發(fā)基座時(shí)，切除盾體前滾輪。然后繼續(xù)前移，當(dāng)盾體二分之一前移到始發(fā)基座時(shí)切除盾體后滾輪。最后使盾體整體移到基座上。

4.3.2 盾體橫移

采用液壓油缸對(duì)始發(fā)基座橫移［10］80 cm，由于連接橋與后配套形成鉸接，橫移時(shí)后配套會(huì)在導(dǎo)軌上慢慢后退，當(dāng)盾體移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)停止移動(dòng)，最后固定始發(fā)基座。

4.3.3 二次始發(fā)前準(zhǔn)備

(1)采用輔助油缸橫移始發(fā)基座［11］，用人工測量定位始發(fā)姿態(tài)。

(2)在中板預(yù)留孔中安放手拉葫蘆進(jìn)行反力架定位后進(jìn)行焊接固定。同時(shí)按傳統(tǒng)施工工藝施工車站剩余主體。

(3)安裝負(fù)環(huán)，逐步使刀盤推向開挖面進(jìn)行二次始發(fā)進(jìn)行下一區(qū)間隧道掘進(jìn)。

4.4 始發(fā)掘進(jìn)與車站主體同步施工技術(shù)

4.4.1 車站剩余主體施工時(shí)機(jī)

當(dāng)二次始發(fā)段站臺(tái)層腳手架拆除完畢后，對(duì)盾構(gòu)接收端站臺(tái)層中板強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%時(shí)開始施工車站負(fù)二層、負(fù)一層主體結(jié)構(gòu)［12］。

4.4.2 過站掘進(jìn)通風(fēng)設(shè)置

當(dāng)后配套進(jìn)入洞門時(shí)，把通風(fēng)機(jī)從迎賓路站搬移到芙蓉廣場站，確保通風(fēng)質(zhì)量。

4.4.3 聯(lián)絡(luò)通道施工部署

左線盾構(gòu)二次始發(fā)掘進(jìn)過程中，當(dāng)后配套離開聯(lián)絡(luò)通道后，開始對(duì)聯(lián)絡(luò)通道處管片進(jìn)行臨時(shí)支撐。當(dāng)從右線后配套通過聯(lián)絡(luò)通道后，開始對(duì)聯(lián)絡(luò)通道處管片進(jìn)行臨時(shí)支撐，并在左線開始見縫插針施工聯(lián)絡(luò)通道。

4.4.4 洞門環(huán)施工安排

當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)到達(dá)五一廣場站后，首先在預(yù)留孔內(nèi)安設(shè)手拉葫蘆快速拆除反力架、負(fù)環(huán);然后再拆除盾構(gòu)機(jī)同時(shí)從內(nèi)往外拆除始發(fā)基座和軌道;最后施工洞門環(huán)梁。

5 結(jié)語

5.1 施工方法新穎

采用側(cè)墻與中板一次澆筑成型和運(yùn)用早強(qiáng)混凝土先施工站臺(tái)層，只用了30 d就完成了車站站臺(tái)層主體結(jié)構(gòu)施工，及時(shí)為左線盾構(gòu)機(jī)提供接收條件。通過中板配筋加強(qiáng)解決了車站施工滯后影響盾構(gòu)接收技術(shù)難題，施工方法新穎。

5.2 施工技術(shù)先進(jìn)

采用曲線導(dǎo)軌滾輪過站與站臺(tái)層平行施工，1 d最快能前移90 m。只用了12 d就完成過站。盾構(gòu)二次始發(fā)后繼續(xù)施工車站剩余工程，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)完車站也施工完，施工技術(shù)先進(jìn)。

5.3 推廣前景好

采用該方案實(shí)現(xiàn)了2011年底還建五一立交橋和恢復(fù)交通，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，施工工藝簡單，現(xiàn)在大多城市已經(jīng)開始修建地鐵，推廣前景好。

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