地铁车站轨顶风道与盾构掘进同步施工技术

钱洋

摘要：地铁是我国近年来比较受关注的交通方式，国家在地铁修建方面也投入大量资金，目前全国范围都在进行着地铁的建设。在地铁建造过程中，轨顶风道、盾构掘进以前是无法同步进行的，在科研人员的努力下推出一种装配式门架，其的出现保证两者施工同步。下面围绕同步施工技术展开相关讨论，以武汉某条地铁建设为案例，介绍施工工艺和相关技术。

关键词：地铁建设；同步施工；施工工艺

在地铁施工过程中，轨顶风道作为内部的特殊结构，是需要单独进行浇筑的。为保证内部通风系统质量，盾构施工和风道浇筑通常不适宜同步进行。目前我国研究出新型施工技术，能够在盾构掘进的同时完成轨顶风道的浇筑工作。与传统施工技术相比，施工周期明显缩短且工程质量得到充分保证，掘进的同时运输车辆能够及时运送补给。

一、工程概况

武汉某条地铁线路建造时，第二个车站需要和同期运行的14号线换乘，车站深入地下两层。施工方式是明挖法，总占地面积接近两万平方米，设计的车站标准宽度在22米左右，基坑宽度需要保持在18米。车站出入口数量一共为4个，风亭数量为两组。车站建成后运行区间大致为1500米，施工期间运送土方、补给的列车一共有八组。在运行线路的正上方设置轨顶风道，两端方向上风道的长度统一为177米，风道和底面距离为5米，净空高和净宽分别为1.3米和3米。底板、外墙厚度保持一致，都为150mm，本次施工采用的混凝土规格为C35。

二、传统施工法

利用传统的施工技术完成地铁建设时，施工单位采用的技术方案通常包括两种：先完成隧道盾构工作，当运行区间全部打通后，再搭建脚手架完成轨顶风道施工；盾构过程和风道施工同步进行，此时盾构智能使用单列编组进行物资运送。方案一施工周期很长，按照本次施工区间长度估算，大致需要7个月作用才能完成施工。其中五个月用来进行隧道盾构掘进，剩下的时间再进行轨顶风道施工。两项施工互不影响，施工质量得以保证[1]。

三、装置设计

该装置是针对轨顶风道进行的，旨在保证轨顶风道和盾构掘进同步进行，且消除传统施工时两者间的相互干扰。下面详细介绍施工装置的设计过程。

（一）结构设计

将某种类型的门架安装在盾构区域的上方，门架跨越整个盾构区，相同类别的门架相互连接形成最终的作业平台。根据本次隧道施工尺寸，最终将横梁跨度控制在4到5米，悬挑设置成一米，立柱高度设置为4米，使用的双拼式槽钢。为保证门架强度，在槽钢内部增设加筋板，加筋板间距保持两米。横梁使用的也是增设加筋板的槽钢，由于横梁受力较大，加筋板间距控制在1米左右。

（二）受力计算

计算时将外界可能的荷载全部算上，即将门架各结构承受的荷载按照最不利情况进行计算。荷载计算主要包括碗扣支架、轨顶风道以及人机荷载等多个方面，对这些构件进行受力分析，荷载计算结果和相关标准比较后可知，本次门架装置结构合理，各类型受力都在标准规定的范围内。上述对荷载的分析和计算都是人工进行的，为进一步验证计算结果的准确性，利用有限元软件对门架各部位承载情况再次进行分析[2]。在软件中建立门架虚拟模型，同时输入构件详细参数，软件自动运行模拟施工过程，对门架结构受力做出精准分析。由分析结果可知，结构设计满足施工要求，施工风险程度很小。

（三）装置运行

为保证装置的正常运行，下面几个关键性系统必不可少：防护系统。即在施工装置四周设置网状防护栏，将外部和施工区隔离开来；桁架系统。桁架装配在隧道两端，之间用横梁、门架进行连接，桁架是施工装置的基础支撑，充当大框架的作用，在大框架稳定的前提下，装置才能完成后续作业；行走系统。在横梁上安装行走梁，轮滑轨道的材质为槽钢，使用膨胀螺栓将轨道固定在底板上。每节行走梁设置四个车轮，车轮材料为铸钢。支座是长宽高都为300mm的正方体木方，在轨顶风道进行施工时，将木方垫在梁下面，起到固定行走梁的作用，避免施工装置发生位移。行走轮靠电机完成驱动，因此横梁两侧各安装一个电机。

四、工艺流程

（一）施工步骤

将单独零件按类别拼装在一起。将小部件安装在横梁、立柱等比较大的构件上，安装时注意不要将螺栓上死，这样方便后续构件安装，避免构件卡死现象的发生。在拼装完成后在，再将相应螺栓拧紧。装配过程以节作为单位，完成车轮、电机等系统的拼装，同时完成钢板铺设工作。底板轨道的铺设可以和系统拼装同时进行。

完成整体组装[3]。在考虑本次施工要求和外部环境后，决定使用龙门吊辅助完成整体安装工作。部件安装位置在钢板已经铺设完成的底板轨道上，按照桁架组装顺序借助龙门吊将部件吊装到相应位置。将电机启动，将施工装置移动到隧道掘进正上方，再将隔断连接部位的螺栓进行紧固，至此已基本完成整体结构的安装工作。为避免行走轮移动，滑动轨道和横梁之间需要安装楔形块，同时木方支座安置在行走梁之下。为进一步确保操作平台安全，需要在桁架结构周围设置防护系统。

完成浇筑。底板、侧墙的浇筑分成两次进行，中板内部有预留的浇筑孔，利用地泵完成相应的浇筑工作。浇筑工艺如下：施工装置在电机驱动下抵达相应位置，放线完成后搭设支架，接着进行模板铺设和钢筋绑扎工作。然后安装吊墙外部和内部模板，同时依次完成底板、侧墙的浇筑。浇筑完成后封住预留孔洞，养护作业完成后进行拆模，然后进行轨顶风道的下一段施工。

（二）完工及试运行

全部节段施工完成即可进行拆模，将装置启动开始轨道封顶施工，同时进行盾构掘进。此时盾构掘进可采用双列车组，借助探测仪器在正常施工状态下，测量隧道掘进和轨顶风道施工是否相互影响[4]。通过对各参数分析可知，施工质量很好，两类工程可同步施工，施工周期明显比传统施工短。

五、结束语

综上所述，是对轨顶风道和盾构掘进的相关介绍，借助武汉某地铁建设案例，在传统施工技术的基础上改进，在隧道内部安装施工装置。在相关技术的辅助下，隧道掘进、风道施工可同时进行，有效缩短工程建设时间，且不会降低工程质量。现阶段上述两项工程的同步施工技术已渐趋完善，但各项技术仍有更大的发展空間。

参考文献：

[1]何家航. 地铁车站轨顶风道移动式支撑架施工技术[J]. 2017，（1）：67-69.

[2]张晋生. 地下明挖车站轨顶风道先浇法快速施工技术[J]. 山西建筑，2015，（9）：147-148.

[3]唐卫平. 大型地下高速铁路车站轨顶风道自密实混凝土施工技术[J]. 铁道标准设计，2013，（6）：109-113.

[4]徐赞，苏廷，徐正帅. 一种支撑平台在地铁车站与盾构同步施工中的设计与应用[J]. 工程建设，2018，50（12）：46-52.

（作者单位：中铁四局集团有限公司城市轨道交通工程分公司）