中国电建集团铁路建设有限公司 黑龙江哈尔滨 150076
摘要：城市地铁通常采用盾构法施工，而盾构机接收井往往受地下管线、空间狭小及地面条件等的限制,不具备盾构主机直接起吊条件。本文以哈尔滨市地铁二号线省政府站～衡山路站盾构区间为例，探讨了高寒地区狭小空间盾构机平移吊出的方法。先论述了盾构机平移吊出的整体方案,再重点分析了盾构机平移施工具体实施步骤，然后对盾构空推平移相关参数指标进行了验算。通过本文，期望对类似工程盾构机的平移吊出提供一定的参考和帮助。
关键词：高寒地区；狭小空间；盾构机；平移；吊出
1.引言
哈尔滨市地铁二号线省政府站位于哈尔滨市的政治文化中心，车站位于中山路与和平路、中宣街交叉口，中山路为哈尔滨市交通主干道，两侧均为行政办公及教育科研用地，中山路车流量大，交通繁忙。省政府站周边为黑龙江省政府、省公安厅、省科学院、省工程学院成人教育学院、省投资服务中心、省商务厅、哈尔滨市南岗区地税局等行政办公及商业用地，车站主体位于中山路主道下方。由于路面上不具备打吊出井把盾构吊出，只有利用现有的结构采取措施进行吊出。
2.工程概况
省政府站～衡山路站盾构区间由衡山路站始发，在省政府站2号风道接收，区间起点里程为SK23+106.7，终点里程为SK21+870.5，区间左线全长1220.1m，区间右线全长1236.3m，省衡区间左、右线均采用盾构法施工，盾构机从衡山路站下井始发，通过省政府站2号风道平移，在2#风道解体后再次平移至2#号竖井采用500吨汽车吊吊出。省衡区间采用维尔特土压平衡式盾构机施工，盾构机主要包括开挖系统、渣土输出系统、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统等。盾构机全长约75m，总重约422吨。其中刀盘40t、前盾46t、中盾80t、尾盾43t。
3.盾构机平移吊出整体方案
3.1总体工艺流程
图1 盾构平移施工工艺流程图
3.2盾构机平移施工技术要求
盾体平移前表面要平整，底部要垫实，确保后期工作的顺利进行；钢结构间连接要满焊，特别是支座和防止盾体晃动的斜撑，必须焊接牢靠；两层钢板间要均匀的涂刷润滑油脂，确保盾体的顺利平移；盾体平移过程中，要安排专人观察盾体移动情况；千斤顶在盾体平移过程中要控制伸长速度，避免盾体整体晃动。
3.3场地准备
按照本次平移施工方案，托架底部距离隧道中心线3.41m，为了盾体能顺利上托架，托架高程要比设计高程低10mm，由此计算，钢板表面至隧道中心线距离为3.42m，双层钢板厚40mm，接收井底板需回填素砼3.92-3.46=0.46m。
3.4盾构机到达控制
盾构机到达省政府站前50m时，需对盾构机姿态进行测量复核，盾构机竖直方向趋势控制在+0.6～+1mm/m范围内，使盾构机到达省政府站时刀盘中心要比线路中心高30mm～50mm左右，防止盾构机下沉；在贯通前10环（12m）时，盾构机掘进速度应控制在20mm/min以下，控制上部土仓压力为0.6～0.8bar左右，并且控制盾构机姿态；盾构贯通前5环时使用经过多次校核的控制点对每环管片进行盾构机人工姿态测量，并将人工测量姿态与自动测量系统测量结果相比较，控制盾构机出洞时的垂直姿态在+20mm～+30mm范围内，确保盾构机准确出洞。
3.5盾构机接收平移施工准备
当盾构机刀盘推出帘幕板时停止掘进，然后清理场地，并作好盾构机接收平移施工准备：盾构机接收后，调整好刀盘的位置，在洞门刀盘底部固定2条短钢轨，保证托住盾体出洞不下沉；在洞门位置底部焊支架，铺导轨，支架与接收架焊接，导轨和接收架导轨平整过渡；使用盾构机的管片安装模式将盾构机往前移动直至安装完本区间最后一环管片，由于盾体逐渐脱离土体，盾构机安装管片的千斤顶压力也逐渐减小，为了保证管片间的压紧密实，在盾构贯通前15环的管片3点和9点位置处使用两道14#槽钢拉紧固定。
3.6盾构掘进至到达段平移准备、风道平移钢板铺设
施工时，先清理盾构机平移场地并确保场地平整，底板回填素混凝土后铺设20mm厚的钢板。按照设计标高与本方案盾构接收托架设计高度，接收端井口底板及平移通道要回填460mm混凝土。由于盾构机平移需要在托架下面铺设两层20mm厚的钢板，下层要在风道底板上满铺8m宽的20mm钢板，并进行插筋加固确保不移动；上层只需在托架底部范围铺设钢板，尺寸分别为6.5m宽*3.25m长和6.5m宽*4.75m长。当盾构机到达前100环时开始在接收端底板及平移通道按照方案要求铺设钢板，钢板铺设前由测量人员测量定位放样后进行铺设，盾体上托架前需对托架进行加固，端头放置4根P43钢轨顶住。
3.7接收架制作、安装
（1）盾构接收架由7.5H型钢支座拼接而成。基座必须根据到达洞门的复测结果定位。基座定位时，延轴线方向结构内衬墙50cm开始放置，沿推进方向右侧用型钢支撑在内衬上，另一侧用一根8m长的型钢平行盾构机放在离托架3m远的位置，型钢底部用带孔的200mm*200mm*20mm的钢板块压住，孔上装膨胀螺丝固定（孔中心距为1m）。型钢和托架中间用型钢支撑住。确保施工过程盾构基座不产生位移及变形。
（2）基座安放过程中，必须由测量人员对基座轨道的标高和走向进行精确定位（定位时基座面标高比设计标高低1cm控制）。为防止刀盘面抵到轨道而不能顺利上托架，在基座轨道端部与洞圈之间放置两根有一定坡度的楔型轨道，轨道面尽量平直，并在上面涂抹适量油脂，便于盾构机顺利滑到基座轨道上。
（3）为保证盾构机顺利推进，在平移钢板上合适位置焊接油缸反力座，在托架钢板上也要焊接油缸顶座，供两根100吨推力油缸（千斤顶）推进。
3.8人工洞门破除
盾构机接收端洞门凿除第一步先对格栅内侧1/2部分从上到下逐层进行破除，并割除外侧1/2钢筋，同时做好渣土清理工作。内侧1/2格栅破除清理完毕后，对格栅间部位进行探测，确保没有涌水涌砂发生。
3.9盾构机到达
盾构机到达端后严格按照省衡区间盾构机始发掘进到达专项施工方案施工，当洞门橡胶帘幕折页压板安装、洞门凿除、止水环箍、托架安装等准备工作都完成后，将盾构机推出洞，使盾构机顺利上托架。当盾构机刀盘上托架6.5m时停止推进，准备中前盾分离。
3.10盾构机到达接收平移吊出施工
省政府站大里程端二号风道平移井内部净空最大高度为7.11m，尺寸净宽仅为8.5m，无法满足盾构整体接收、平移条件，需要盾构机解体后平移至吊出井且转90度后才能吊出。接收架应稍加改进以适应盾构机分段平移吊出。接收托架采用如下改变：接收托架采用4.5m+3m拼接；然后用电瓶车将台车及桥架一起沿已成型隧道牵引至衡山路站站点吊出。
3.11盾构平移施工质量保证措施
盾构接收前，将站台板侧墙预埋插筋和其他影响盾构平移的预埋件砸平，保证地板的平整；盾构平移时，预先将平移前方钢板打扫干净并涂抹一层黄油，以减少托架移动时的摩擦阻力；盾体在钢板上平移时，反力马蹬必须焊接牢固，以防止托架平移时马蹬开焊而导致盾体不均匀移动；为方便盾体移动，托架尺寸不宜过小，否则在钢板上移动方向不便于控制；钢板接缝处要打磨平滑，以保证盾构机顺利通过；在施工过程中注意千斤顶的行程检查，必须确保两组千斤顶的油缸行程一致，避免出现顶斜的现象；切割托架后，在切割平面上焊接整体型钢，保证托架的整体稳定性。
4.盾构机平移施工具体实施步骤
盾构机平移的指导思路是使用液压油缸顶推托架，在钢板上安放接收托架，托架底部须用钢板找平并连成整体，盾构机上接收架后，分步解体后利用液压油缸顶推托架进行平移，钢板上抹黄油减少移动托架和钢板之间的摩阻力，准备工作完成后进行平移施工。具体实施步骤如下：
（1）钢板铺设：接收井底板与平移通道需拼接平铺20mm厚钢板8m*28m，从2号风道井口铺起，钢板两个边距侧墙距离都是25cm,托架下面需铺两块20mm厚钢板（4.75m*3.25m,3.25m*3.25m），分别对应4.5m托架部分和3m托架部分铺好，前后两侧距侧墙25cm。铺托架钢板前需要在两层钢板间抹黄油。
（2）托架安装：托架分4.5m长和3m长两部分，靠近洞门端放置4.5m部分。托架沿隧道轴线前后两头都距两边侧墙50cm放置。托架安放好后要和下面的钢板焊接起来。
（3）盾体接收：中前盾分离准备做完后开始分离中前盾。用2根100t千斤顶将前盾与中盾顶开870mm,这时前盾已完全上了3m部分托架，两部分托架连接处也漏出。开始拆除连接部分螺栓，焊接部分也割开。前盾左右两侧的支撑焊接。平移油缸所需的支座焊接。
（4）中前盾分离：中前盾分离准备做完后开始分离中前盾。用2根100t千斤顶将前盾与中盾顶开870mm,这时前盾已完全上了3m部分托架，两部分托架连接处也漏出。开始拆除连接部分螺栓，焊接部分也割开。前盾左右两侧的支撑焊接。平移油缸所需的支座焊接。
（5）前盾平移准备：前盾与刀盘平移，如图所示，用两个100t千斤顶将盾体，托架，托架下钢板整体平移，平移过程中需在平移通道钢板上抹黄油。
（6）前盾平移：中前盾平移6.8m后停止平移。
（7）前盾加固：在前盾法兰面测加焊型钢支架。
（8）前盾转体90度：前盾支架焊完后开始沿定点转体90度（定点为钢板上割Φ60mm的孔，用水钻在孔内打50cm深的孔，在孔内装一个Φ50mm长700mm的钢棒）。
（9）前盾平移吊出：前盾和刀盘到达吊出井内后割除前盾型钢支架，割完后继续向前平移1m，然后吊车下钩挂钩，开始刀盘与前盾分离，分离后将刀盘吊至地面，翻身装车运走。吊车再下钩将前盾吊至地面翻身装车运走。最后将3m部分托架运至接收井内与另外一部分托架拼接装好，准备接 收中盾与盾尾。
（10）中盾与盾尾出洞：中前盾分离时盾尾在洞内还有2334mm,最后一环管片形成不够不能拼装，待前盾与刀盘平移走后继续向前推进至足够拼装行程后将最后一环管片拼好，然后继续利推进，利用加长顶撑顶至盾尾脱出最后一环管片30cm停止，开始准备盾构机断高压电，中盾与盾尾分离，桥架与拼装机分离，拼装机在盾尾内加固，盾体内管线拆除，台车间管线拆除等拆机工作。
（11）中盾与盾尾分离：中盾与盾尾分开后将中盾继续顶至距离侧墙600mm时停止，拆除托架连接部位螺栓，隔开连接部位焊接加固部位。在盾体两侧用200H型钢焊支撑，在钢板上焊接油缸支座。准备平移。
（12）中盾平移吊出：平移准备工作做完后开始平移，平移6.8m后开始沿顺时针方向转体90度。旋转定点做法跟前盾旋转一样。焊接加固支架，焊接完后继续平移9.6m后到达吊出井内，吊车下钩挂好钢丝绳后割除焊接的H型钢支架，然后吊至地面翻身装车运走。这部分托架也吊至地面。
（13）盾尾平移吊出：中盾吊至地面后开始准备平移盾尾。将盾尾在原地沿逆时针方向转体90度，然后平移至吊出井内吊出，吊至地面后用吊车和人工手拉葫芦配合，将拼装机从盾尾内拉出来，焊接支撑架子后装车运走。之后盾尾也装车运走。将剩余部分托架也吊至地面。
5.盾构空推平移相关验算
5.1平移钢板摩擦力计算
钢板间摩擦力f =μN，由于钢板平移速度极慢，所以摩擦力按照最大静摩擦有润滑0.12计算，
F钢=0.12×[（52+96+86+28+5.6+15+25+14）+22+14.8]≈38.69(t)。
5.2底层钢板锚固力计算
依照普通钢板的粗糙度Ra为6.3～12.5，考虑到底板有水的情况下，钢板和混凝土间的静摩擦力系数取0.6计算，钢板锚固力=上下层钢板摩擦力-下层钢板与底板摩擦力=38.69-0.6×（52+96+86+28+5.6+15+25+14+ 14.8）≈-163.15(t)。
163.15÷38.69=4.22＞1.6的安全系数，因此底层钢板理论上无需锚固，仅需要少量锚固钢筋固定钢板用。
5.3平移推进油缸选用
水平平移油缸选用2根100t液压油缸千斤顶。2×100=200t＞1.6倍最大静摩擦力61.9t（38.69×1.6=61.9t），故平移油缸满足盾构机平移要求。
5.4马蹬支座加固验算
滚轮与钢轨间摩擦力f =μN，由于盾体刚开始时为静止状态，所以摩擦力按照最大静摩擦系数0.15计算，考虑一定的顶推保证系数，取2倍摩察系数0.15，
单轨摩擦力F马=0.15×（52+96+86+28+5.6+15+25+14+22）÷2=25.77t
单根Ф32螺栓抗剪力V=320*3.14*16*16≈25.7t
4根螺栓抗剪力V总=25.7t*4=102.8t＞F马=25.77t，满足千斤顶使用要求。
5.5盾体推力复核
盾体空推选用2根100t液压油缸千斤顶，则总推力F推=2×100=200t。
考虑地面平整度5‰的影响，坡度为0.287°，则盾体与小车自重下滑力
F滑=（52+96+86+28+5.6+15+25+14+22）×sin(0.287)=1.72t
总阻力F阻=0.15×（52+96+86+28+5.6+15+25+14+22）+1.72=53.26t
即总推力F推=200t＞1.6F阻=85.2t,满足盾构机空推要求。
6.总结
盾构法是城市地铁隧道通常采用的施工方法，而施工完毕后，盾构机的安全、顺利吊出常常是我们所关注的问题。盾构机接收井往往受地下管线、空间狭小及地面条件等的限制,不具备盾构主机直接起吊条件。本文详尽探讨了高寒地区狭小空间盾构机平移吊出方案及其平移施工具体实施步骤，达到了将盾构机顺利吊出的目的。对类似工程能够提供一定的借鉴。
参考文献
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[4]贺彦卫.苏州街站后停车线区间横通道施工工法[J].铁道建筑,2016,(05):112-115.
论文作者:冯辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/3/2
标签：盾构论文; 托架论文; 钢板论文; 管片论文; 千斤顶论文; 型钢论文; 摩擦力论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;