盾构空推过矿山法隧道的滑轨设计

摘 要：盾构法施工是当今地铁建设应用最广的施工方法。盾构机在选型时，穿越地层的岩性及复杂程度是盾构选型的主要依据，在不适合盾构法掘进的特殊地段应用最普遍的就是矿山法施工。

关键词：矿山法隧道;空推;滑轨;二次始发

一、工程概况

本工程为成都地铁4号线万年场站～东三环站盾构区间，线路在东三环站西端始发后沿成洛大道向西敷设，期间下穿三环路十陵立交桥、铁路线群等后到达中间风井，盾构机通过矿山法隧道后二次始发，到达万年场站。

二、矿山法隧道情况简介

本工程在区间里程范围YDK38+797.762～YDK38+740.000（ZDK38+806.480～ZDK38+752.018）处左右线分别设长度为57.762m的矿山法隧道。隧道二衬采用C40，P12模筑混凝土，厚度为500mm。其下部60°范围内隧道直径为6600mm，上部271.72°范围内隧道直径为6800mm，两侧各设14.14°的直线过度段。矿山法隧道段为下坡地段，其坡度为13‰。矿山法隧道平面示意图如下所示：

四、滑轨设计

总体设计思路是：矿山法隧道底部安装20mm厚的Q235钢板作为滑轨的“承台”，然后在钢板上用膨胀螺栓固定轨道压板和间隔焊接肋板的方式固定轨道，让滑轨和隧道二衬形成一个整体，提供空推支撑。

本次空推盾构刀盘与矿山法隧道结构的环向最小间距只有6cm，空推步进防止发生“卡壳”是本次空推的重点。关键环节就是滑轨的定位与安装，安装精度直接影响盾构空推的成败。

（一）滑轨钢板的用量计算

矿山法隧道全长50.562m，二衬采用C40的砼浇筑。盾体的总重量为333.2t，由压强公式P=F/S可得：承受盾体总重量的钢板所需理论面积为：

S=F/P={（333.2××100000）/40}m2=0.755m2

盾体长度为8.8m，可知理论上全线（单线）共需4.338 m2钢板。由于此次空推下部只有一块管片作为反力支撑，推进油缸行程差会导致盾体受力不均的情况，加之滑轨安装的精度误差，空推过程中极可能出现滑轨偏心受压的情况。为此考虑7倍的安全系数，取30 m2钢板。滑轨的安装示意图如下：

（二） 滑轨抗倾斜、抗滑移设计及验算

本次设计采用43重型轨，盾体在滑轨上时，滑轨受到盾体压力，分解为到水平方向的推力和垂直方向的压力。

=333.2×0.4226×0.5=70.4t

为了防止滑轨出现倾斜、变位的情况，在钢板上掏眼，采用M16型膨胀螺栓及轨道压板对钢轨进行固定。根据机械手册，单根M16型膨胀螺栓允许拉力为1.94t。假设需要n根膨胀螺栓，则

=1.94×n>70.4t，才可满足抗倾斜变位的要求，经计算n=36。考虑到每个钢板两边都要固定膨胀螺栓，共50块钢板，则至少需要M16×100mm-10.9级的膨胀螺栓400颗。考虑滑轨的安全性，每块钢板固定10个轨道压板。

五、 滑轨测量定位

（一）钢板定位

滑轨的定位测量是滑轨安装前的关键工作。在测量放线前将隧道底部清理干净，保证安装面的平顺。首先要根据图纸放出钢板的中心线，中心线每5m取一个点，并用红色喷漆标记。待两侧中心线都定位好后，用墨线打出滑轨钢板中心线的位置，然后根据矿山法隧道中心线偏距来校核滑轨的中心线是否准确，如果偏差较大则应重新定中心线。

（二）滑轨定位

钢板安装完成后，需要定位钢轨安装中心线。本次采用了全站仪放样钢轨安装中心线。由于钢板安装过程中存在误差，二次放样也是对钢板安装精度的校核。若出现钢板中心线局部位置偏移量较大时，则应对该部位返工重做。滑轨全部安装完成后，要对整个滑轨轨面中心线的高程、两侧滑轨轨距以及滑轨对中心线的偏移量再次校核。

六、滑轨安装

滑轨的安装程序分为：滑轨定位测量、安装下垫钢板、安装滑轨、固定压板和肋板。在完成滑轨定位放样后，用鱼线在定位水泥钉两侧拉出滑轨的边线，便于安装。用电锤在钢板的四个角施作定位孔，安装膨胀螺栓，然后依次钻孔安装其它孔位的膨胀螺栓，至全部钢板完成安装。在钢板上用膨胀螺栓固定轨道：轨道和钢板的安装一定要错缝安装，保证轨道的稳定性。在固定完成压板后焊接肋板：肋板在焊接时一定要保证焊接质量，采取焊缝满焊焊接，焊缝尺寸要达到要求。

<七、盾构机空推步进

空推时在尾盾内安装一块标准块管片，并进行螺栓连接。利用管片提供反力往前顶推盾体，当管片脱出盾尾后，及时利用木楔子对管片进行支撑固定。现场工作人员检查作业现场一切就绪后，开始盾构机的步进工作。

本次空推过程采取了以下控制措施，顺利抵达二次始发预定位置，未出现“卡壳”事故。

第一、空推前在所有滑轨面上涂抹一层黄油，以减少盾壳和滑轨的之间的摩擦力。

第二、步进前安排专人在刀盘前方密切观察刀盘和二衬的间隙，出现局部间隙过小时，对讲机第一时间联系盾构机操作手，用调整下部油缸顶推力位置的方式调向。在盾体刚步进矿山洞门的初始阶段及时调整好盾壳和二衬的间隙，保证后续步進的安全。

第三、初始步进速度不宜过快，在盾体还没完全进入矿山隧道前保证在25～30mm/min，便于调向;待盾体完全进入矿山隧道后可逐步将速度调整至35～40mm/min;盾体步进到达二次始发端头前5m将速度降低至25mm/min稳步推进，直至到达预定位置。

八、结语

盾构空推过矿山法隧道的关键工作之一就是空推导轨的设计，滑轨只是其中的一种方式，还有空推导台等步进设施。随着盾构法施工技术的不断发展，盾构空推过矿山法隧道的工艺流程也日趋完善，技术水平不断提高，新工法的涌现为企业将创造更多的财富。

参考文献：

[1]《隧道分册》（施工作业指导书） 齐占国  中国铁建大桥局集团有限公司 2013年12月

[2]《城市轨道交通工程测量规范》 北京市规划委员会 2008年9月

[3]《机械设计手册》成大先 化学工业出版社 1992年2月

[4]万年场站～东三环站区间矿山法隧道设计图

[5]成都地铁4号线二期工程土建4标（万年场站至东三环站区间）盾构空推过矿山法隧道专项施工方案

作者简介：何振强，1984年12月出生，男，汉族，籍贯（宁夏西吉），工程师，大学本科，主要从事隧道、地铁盾构机械方面的施工与管理。