盾构机顶升进站施工工艺研究

林世达

（中铁东方国际集团马来西亚公司，马来西亚吉隆坡 58100）

0 引言

城市地铁隧道多采用盾构法修建，以最大程度减小对居民出行的影响。盾构法修建隧道时以管片作为衬砌围护结构，为满足后期便于列车通行的要求，在盾构掘进结束后需在管片内上覆一层混凝土仰拱再铺设轨道，管片仰拱标高与车站底板标高一致。盾构机需要进行过站方能开始二次始发操作，但是经常存在车站底板高于盾构机底部的问题（即存在一定高差），因此，盾构进站时盾构机必须先克服该高差后才能过站。

1 前期准备

1.1 设计预留

吉隆坡某地铁站设计时原本考虑盖挖至中板，而后先让盾构机掘进。设计后期发现，项目部通过施工部署，能够提前交付车站底板，所以存在盾构空推过站的可能。为节约成本与工期，考虑进行设计预留，因此需要对车站接收端底板进行部分下沉（图1）。由图1可知，两部分底板间存在1个1.6 m高的台阶，高度（下沉距离）=既有高差+托架底部高度+盾构进站允许误差。此外，下沉纵向长度=盾构主机长度（由刀盘至螺旋输送机尾部）+施工空间+安全距离。由于该项目盾构主机长16.9 m，考虑到施工空间与安全距离，最终确定下沉纵向长度为18 m。

图1 车站下沉简图

1.2 顶升支座位置确定

千斤顶顶升支座直接焊接在盾体上，用于固定千斤顶并提供反力支持，而且至少需要4个支座。支座位置分为纵断面与横断面：纵断面位置的确定以与盾构主机重心位置形成力矩平衡为准则，重心位置通常可由盾构机厂家提供；横断面位置沿盾构中轴线对称分布，并综合考虑千斤顶长度、托架宽度、支座大小等因素（图2）。确定支座纵断面与横断面位置的目的，在于保证顶升过程中盾体的稳定，不发生前倾、后倾、晃动等问题，可采用有限元软件进行受力分析。

1.3 机械设备材料准备

（1）托架是用于接收盾构的装置，可由始发架改装，并在托架底部两侧各焊接1块10 mm厚钢板。

（2）千斤顶与泵站。千斤顶容量依据盾构主机重量、安全系数及千斤顶数量等综合确定，本项目主机重量474 t，安全系数取2，欲采用4个千斤顶，故选择250 t额定容量的千斤顶。

（3）反力架作为盾构平移的反力支撑。

（4）卷扬机提供盾构平移动力并导向。

（5）工字钢作为盾构顶升支撑材料。

（6）肋板、千斤顶垫块、焊接设备、吊机等。

图2 千斤顶与托架安装

1.4 技术交底

盾构机质量体积庞大，需要提高安全警惕，应提前针对所有可能出现的突发状况制定紧急方案，做好应急抢险准备；并对现场所有参与人员做好技术交底工作，提前进行顶升预演。

2 顶升程序

2.1 盾构接收与平移

利用汽车吊使托架就位（图3）；盾构刀盘突破端头墙后暂停，及时进行砼块清理工作；盾构继续进站，使主机部分完全爬上托架；采用肋板将主机与托架焊成一个整体，需检查焊缝质量；采用木楔等作为加塞装置固定后配套拖车以防止溜车，并采用支撑装置支撑设备桥；进行主机和后配套的分离工作；在托架底部钢板与地板之间涂抹润滑油，减小盾构机与地面的摩擦系数；在盾尾设置反力支座，利用千斤顶进行盾构平移，使盾构机和托架共同平移至顶升位置。

图3 盾构进站与托架就位

2.2 千斤顶焊接与材料就位

利用先前确定的位置，将4个支座准确焊接在盾体上，之后千斤顶底朝下焊接在支座上（焊接工作均需检查焊缝质量）。连接泵站，工字钢、千斤顶垫块等材料就位。

2.3 顶升

由于台阶高度为1.6 m，本项目采用千斤顶其最大行程为600 mm，所以共需要顶升3次，第一次顶升600 mm，第二次与第三次均顶升550 mm（因塞入托架底部作为支撑的工字钢与托架无法做到完全接触，所以稍微增加一定高度）。

（1）第一、二次顶升步骤：检查设备；启动泵站，控制速率，平缓顶升到位；往托架底部塞入工字钢至预定位置，期间避免碰撞托架或千斤顶以保持盾构机稳定；匀缓回缩千斤顶，使盾构及托架平稳落到工字钢上；在千斤顶下方加垫块至刚好接触。

（2）第三次顶升的前面步骤与第一、二次顶升一致，只是在盾构及托架平稳落到工字钢上后，不再添加垫块至千斤顶下方（图 4）。

2.4 平移

加固工字钢；在盾尾设置反力架，安装千斤顶；刀盘前方同时设置卷扬机提供动力及导向（若千斤顶推力足够，该步骤非必须）；在托架钢板底部和工字钢与车站底板之间涂抹润滑油，减小摩擦系数；启动卷扬机（若有），随之启动千斤顶泵站，协同工作使盾构主机和托架平移至车站底板。

2.5 主机过站，后配套过站

完成顶升过程，盾构主机过站；后配套采用电瓶车顶推过站。

3 风险管控

图4 第三次顶升完成

（1）不均匀顶升。尽量只用1个或2个泵站给千斤顶提供动力，并采用有自锁功能的千斤顶，确保泵站发生意外时不回缩。

（2）千斤顶不稳。与支座焊接，同时每往上顶升一定距离时即在支座与垫块之间加U形钢块把千斤顶围住，作为临时支撑（图5）。

（3）盾构翻转。将盾构与托架通过肋板牢牢固定，控制千斤顶速率保证匀缓平稳顶升。

（4）工字钢稳定性问题。每层工字钢的上下左右均采用螺栓连接，形成整体。

图5 千斤顶加固

4 结论

目前，盾构机顶升进站方案在国内外已有工程经验，但是相关研究资料很少。顶升方案可以顺利实现盾构克服高差进站，并且经济性与工效性明显，操作过程明了。相信在地铁修建过程中，该施工工艺将广泛应用。