西安地铁盾构过矿山法段施工技术探究

李永江

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 070350）

盾构机通过空间狭小的矿山法施工区段，不能使用大型机械辅助，这是盾构施工中经常遇到的问题。因此，如何快速通过施工区段是盾构安全、高效施工的重要环节[1]。

西安地铁五号线TJSG-3 标包括一个车站和两个区间：阿房宫站、阿房宫站～西窑头站区间、西窑头站～汉城南路站区间（整个区间均在昆明路下方）。盾构机从阿房宫站始发，穿越石桥立交进入西窑头站；盾构空推过西窑头站、二次始发到达西汉区间暗挖段；空推通过西汉区间暗挖段，再次始发掘进，到达汉城南路站，盾构机吊出。本项目采用两台中国铁建重工集团生产的ZTE6250型土压平衡盾构机施工。西窑头站～汉城南路站区间穿越f3 地裂缝段采用矿山法施工，矿山法段左右线全长550m。因工期紧张，矿山法段较长，故采用夹轨液压推进式盾构施工技术。

夹轨液压推进式是对水平顶推方法的改进，即在水平油缸设备后增设一套夹轨油缸，通过夹轨器提供推进反力，利用油缸收缩时油缸与托架的连接拉力，带动夹轨油缸和顶推油缸向前推移的盾构机空推通过矿山法段[2]。该方法速度快，推力方向、前进长度不变且稳定，改变了油缸需要人工搬运、增加受力支撑、施焊反力架的笨重且烦琐工序，避免了支撑受力不均产生崩顶的风险，同时每班可正常推进50m，极大地提高推进效率[3]。夹轨液压推进式过矿山法段所需设备见表1。

表1 所需设备规格、数量及参数

3.1 施工工艺流程

铺设导轨→导轨面涂润滑油脂放托架→盾体与托架焊接→固定液压夹轨油缸→油缸与托架连接夹轨油缸卡住钢轨进行顶推→油缸行程达到→夹轨油缸收回→推进油缸与夹轨油缸一起向前移动，进入下一循环[4]。

3.2 施工步骤

3.2.1 铺设导轨

（1）盾构机两侧与托架间施焊焊点（数量不少于6 个），然后在盾构机两侧各焊接两个支撑，支撑上端与下端受力点保持在40cm。支撑要采用强度较高钢柱，作业前做好施工验算，确保支撑在盾构机向上顶升过程中足以承受盾体重力[5]。

（2）将4 台20Ot 油缸置于焊接好的支撑上，将盾构机和托架向上顶升16cm 左右，再将钢轨铺设于托架导轨梁正下方两侧。为方便安装夹轨推进油缸，铺轨时预留钢轨后端2m 的距离，在钢轨前端使用连接板连接剩余2 根钢轨[6]（见图1、图2）。

图1 铺设导轨后的盾体

图2 盾构机托架及油缸

（3）将4 台20Ot 油缸回落，盾构机置于钢轨上。回落与顶升过程要缓慢进行，保持4 台20Ot 油缸回油速度和压力平衡一致，防止发生盾构机盾体偏移事故。作业中施工人员要密切关注盾构机的姿态，并与盾体、油缸保持一定安全距离，全程使用对讲机指挥。操作人员确认收到指挥信号后，方可密切配合进行顶升和回落操作[7]。

3.2.2 安装夹轨推进系统

首先，将夹轨油缸从钢轨后端套入钢轨，使用连接栓销将推进油缸与托架连接。再将调试好的液压泵站置于盾构机尾盾内。最后使用液压油管连接推进油缸、夹轨油缸与液压泵站，连接中注意油缸和液压泵站的进油口、回油口。

3.2.3 顶推

夹轨油缸作用于钢轨，二者形成的作用力成为推进油缸、盾构机的反作用力，推进油缸借助反作用力使盾构机前移。在此期间，要保持油缸进油口压力平衡，施工人员在盾构机前、后方密切关注盾构机的前进姿态有无异常，发现情况立即停止顶推。

3.2.4 油缸回缩

当推进行程达到80cm 后，将推进油缸回油，此时夹轨油缸与钢轨间的作用力逐渐减小直至为零。当推进油缸开始回缩时，无须人工搬运，利用回缩即可完成夹轨油缸向前移动，重复顶推工序即可继续完成顶推工作。

3.2.5 轨道前移

当完成第一段12m 钢轨的顶推行程后，盾构机进入第二段12m 钢轨。拆除位于盾构机尾盾后第一、二段钢轨间的连接板，将第一段钢轨移至盾构机前方再次连接。此时，可继续正常顶推盾构机，循环进行盾构机顶推工序。

3.3 操作要点

（1）盾构机向前推进时，盾构机与托架焊接成一体向前移动。但托架与钢轨全面接触产生的摩擦力较大，会影响推进的速度和效率。因此，推进前要在钢轨轨面上涂抹润滑油脂，以减少托架与钢轨的摩擦力，加快推进速度[8]。

（2）推进中，由于连接板位置处相较正常钢轨厚度有所增加，而夹轨油缸与钢轨腹板的空隙很小，会出现夹轨油缸无法通过钢轨之间连接板的问题。此时，可考虑在推到钢轨连接处时，要有一定的预留量，不能将推进油缸的行程全部推完。然后将推进油缸回油，重新循环一个推进行程，夹轨油缸通过连接板位置后，可继续按照推进油缸的行程正常推进。

（3）连接推进油缸与托架的栓销强度是保证高效推进的关键。顶推前计算好栓销截面受到的剪切力与推进油缸产生的作用力，并保证栓销有足够强度，避免在推进中栓销突然发生崩裂。

（4）在矿山法隧道中，可能存在隧道仰拱不平整情况，这样易使油缸推进异常，甚至还会因受力不均导致托架变形，影响推进效率。因此，在浇筑混凝土导台及铺设钢轨时，要尽量使导台水平、钢轨平行铺设，在前期测量和浇筑混凝土时为后续顶推打下良好基础。

本施工采用夹轨液压推进式技术，大大减少了工作量，加快了推进速度，提高了工作效率，节约了成本。特别是和以往技术相比，时间缩短了3 倍以上。该技术不仅适用于盾构机空推通过隧道，而且在盾构机空推通过车站中同样适用。本研究为盾构机快速过站提供了一种新方法，具有广泛推广的意义。