夹轨式盾构机空推工法应用技术研究

夏成旭 （合肥市轨道交通集团有限公司，安徽 合肥 230000）

在我国地铁隧道建设中，盾构法施工已得到广泛的应用[1-3]。目前盾构法施工中盾构机过站主要有盾构机吊出过站、盾构机空推过站和先隧后站过站等方法[4-5]。空推过站法因节约成本，缩短工期等特点，且随着地铁建设对安全、质量和进度要求越来越高，目前应用趋势在逐渐扩大[6]。文章结合西安地铁4号线试验段提出新型盾构机空推过站和过区间的施工技术。

1 工程概况

西安地铁四号线试验段-4标包括一个车站三个区间，即后村站、大唐芙蓉园站～大雁塔北站区间、大雁塔北站～后村站区间、后村站～李家村站区间，标段如图1所示。盾构区间外径6 m，内径5.4 m。区间盾构采用罗宾斯土压平衡盾构机，刀盘直径6180 mm。左线区间盾构机从f6工区盾构始发井端头吊装下井，在f6暗挖隧道南端头始发，4次过暗挖段（f6、f7、f8、f9暗挖段），2次过站（后村站，大雁塔北站），到达大唐芙蓉园车站解体吊出。因该标段位于西安市繁华地段，沿线有大雁塔、大唐芙蓉园等5A级景点及赛格电脑城等商业点，为减少繁华区域占道施工对交通影响，盾构机采用空推过站、过暗挖隧道的方法。

2 盾构机过站及区间隧道技术

图1 盾构机空推过区间和过站点的示意图

以本工程区间左线为例，盾构机须空推过f6暗挖区间47m，后村站190m，f7暗挖区间50m，大雁塔站180m，f8暗挖区间295m，f9暗挖区间273m，共需空推1035m。盾构机过站能否安全、高效的过站直接关系到施工成本及工期控制。

2.1 顶推过站技术

盾构主机上钢轨，在钢轨末端焊接反力支座，在反力支座上放置推进油缸，开始顶推，顶推1m后收回推进油缸，放置1m长顶撑，再次顶推，2m为一个循环，完成后把盾体顶起，卷扬机牵引钢轨前移，开始下一个循环，直至盾构主机推进到位即完成盾构主机过站。

2.2 凝土导台过区间隧道技术

在区间底板结构处以设计线路中心线及轨面为基点施做混凝土导台，并在混凝土导台斜面处两侧各安装一道钢轨。混凝土导台如图2所示。盾构主机上钢轨后，同盾构掘进一样在盾构机下部采用两片管片同缝拼装，利用盾构机下部千斤顶顶推盾构机前行，直至盾构机过站完成。由于管片脱出盾尾后与钢轨有2cm高差，因此在脱出盾尾时钢轨上每0.75m垫上2cm高木块，减少管片破损。

2.3 夹轨式过站技术

图2 混凝土导台示意图

夹轨系统是通过夹轨器通过液压系统夹紧钢轨，使它们之间的产生摩擦力提供推进反力，通过顶进油缸回缩自动拉动油缸向前移动的盾构过站方法。图3为夹轨系统推进示意图，从图中可以看出，夹轨固定于轨道上通过千斤顶顶推托架然后带动盾体向前移动。因此，此系统过站速度快，免去了人工扛油缸、焊接反力架等繁琐工序，而且，每次推进受力长度固定、受力方向一致，推力稳定，不会因为人工加撑受力不均导致蹦顶的危险。整个过程中顶推所需工作压力较小，最大压力只有30MP，且顶推工作效率高，每班推进距离可达40m以上，大大缩短了过站时间，节约了工期和施工成本。

图3 夹轨系统推进示意图

3 方案比选

上述三种技术均具有各自的适用性和特点，采用顶推过站、凝土导台过站方法过站，施工成本高，效率低下，每班仅可空推前进10m，工期需要100多天，且盾体经常出现啃轨现象，对盾体损伤较大。相比之下，夹轨式过站技术具有效率高、成本低等优点。主要特点如下：

①液压夹轨系统自动前进，无需人为移动；

②顶推压力均匀且稳定，顶进方向易控；

③液压夹轨系统，无需焊接反力架，自身可把钢轨卡死，减少效率高；

④通过接收托架的配合，采用夹轨液压推进系统把盾体整体往前平移。

综合考虑进度、安全和成本等因素，经研究分析，决定采用托架配合夹轨式液压推进系统。采用该方法后可以大幅度减小人员工作量，有利于提高工作效率。经初步分析和之前空推方法相比，时间缩短了3倍以上，将为盾构施工节约了2个月的时间。

4 盾构空推过站、暗挖隧道

4.1 技术的准备

4.1.1 准备工作

①在盾构机到站或暗挖隧道前由测量班组织人员对车站或暗挖隧道接收端底板进行测量，确定车站或暗挖隧道底板的实际标高，并根据实际标高对底板进行处理，安装接收托架并固定牢固。

②盾构机空推过程中需考虑现场尺寸及界限问题，在空推前做好前期空间模拟工作，保证盾构机空推能正常进行。

4.1.2 盾构机固定

盾构机接收后，需将盾构机与接受托架焊接成一个整体。

4.1.3 推进准备

在盾构机过站时在接收托架下面和钢轨上涂抹黄油，减小磨阻。

4.1.4 盾构主机与后备套分离

盾构主机上接收托架后，将主机与后备套台车之间的连接桥断开，并将之间管路拆开，并把连接桥的前端及管路放置在管片运输车上固定牢固。

4.2 材料与机具设备

盾构机空推过站和过区间所需要的材料及机具设备如下表所列。由表中材料及机具共同组成夹轨式盾构机空推系统。图3为夹轨系统现场布置，从图中可以看出两个夹轨油缸一端固定于钢轨之上，另一端顶推托架，并通过控制器控制顶推压力。

材料与机具统计表

4.3 盾构主机过站

4.3.1 夹轨式过站工艺流程

夹轨式盾构机空推工艺流程如图4所示，在整个流程中一个循环完成后，从铺设轨道至油缸与托架连接这个过程不需要重复操作，循环从夹轨油缸卡住钢轨开始，即夹轨油缸与顶推油缸前移结束后，夹轨重新卡住钢轨，进入下一个顶推循环。

①盾构主机上钢轨

图4 工艺流程图

盾构机接收后，把始发托架与预埋钢板分离，并在盾体上焊接4个牛腿，开动液压泵站，把顶升液压千斤顶油缸均匀平稳地慢慢伸出，顶起盾构机，在下面放置过站钢轨，两侧钢轨一次各安装两根钢轨，并与地面固定牢固。

②盾构机顶推

盾体调整到位后，并在盾尾末端钢轨上安装夹轨器系统，启动夹轨器液压系统，使夹轨器夹紧钢轨，然后启动水平千斤顶液压系统开始顶推，顶推0.8m后收回推进油缸，一个循环完成，对夹轨器液压系统进行泄压，并把夹轨器向前平移0.8m，夹轨器再次夹紧钢轨，再次顶推，如此循环。待盾构主机被顶推到钢轨前端时，通过竖向千斤顶把盾体顶起，用卷扬机牵引钢轨前移，钢轨尾端前移至盾尾处，并留有2m距离安装夹轨器顶进系统，开始下一个循环，直至盾构主机推进到位即完成盾构主机过站。夹轨系统如图5所示。

图5 夹轨系统图

4.4 后备套过站

①后配套过站轨道

在盾构机前进的同时，要开始后配套轨道及运输轨道的铺设工作。

②后配套设备过站

为避免在始发端头位置后配套台车与盾构主机连接不上问题，因此在盾构主机过站完成后，对后配套铺设轨道时要及时测量，调整好轨道标高及的平面位置，保证后配套设备的顺利盾构主机完成连接。对后配套设备的轨道铺设完成后，将电瓶车与管片运输车连接，通过牵引管片运输车带动整个后配套系统向前移动，完成后配套过站。过程中要控制电瓶车移动速度，避免后配套台车脱轨。

5 结语

文章结合西安地铁4号线试验段-4标盾构机空推过暗挖区间和站点的工程实例，通过对比顶管过站技术、混凝土导台过区间隧道技术和夹轨式过站技术，最终根据实际需求采用夹轨式过站技术，即夹轨式液压推进系统顶推盾构机过站和过区间。该系统可在轨道上自动行走，无需人力推动，且效率高是传统空推工法的3倍，可大量节约时间。结果表明，与传统空推工法相比有明显的优势。最后，文章根据施工中实际操作情况，给出夹轨式液压推进系统的工艺流程及具体的施工步骤。因夹轨式液压推进系统属于新工法，国内目前应用较少，希望文章可以对实际提供指导作用。