站内解体过站盾构设计及应用技术研究

闫永阵，石小伟

(中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016)

随着城市的不断发展，以盾构技术为支撑的地铁隧道施工工程已经成为解决城市化所带来的一系列交通问题的主要途径[1]。盾构施工在已有地面建筑的特殊站点，会存在盾构无法正常始发或接收的情况。为解决上述问题，在盾构始发时通常采用“分体始发”；在接收时则采用“洞内拆机平移接收”。盾构的“分体始发”技术刘海峰等[2]和杜金峰[3]做过详细的研究，盾构的“洞内平移接收”技术崔青玉等[4]和黄云生[5]做过详细的研究，现在已经是成熟的技术方案。

越来越多的盾构接收时不具备车站整机接收条件，所有盾构部件必须在洞内完成拆解和隧道内回撤运输。结合盾构自身特点和到达位置的空间条件，通过制定合理的盾构洞内拆机方法，可以有效提高洞内拆机效率，减小盾构后期恢复的成本[6～7]。接收车站封闭条件下盾构拆机解体技术李海等[8]做过详细的研究，现洞内拆机技术已有成熟的技术方案。但在工期紧且需穿越位于正常运行高铁站下方的封闭接收车站后再始发的研究尚无成熟的案例，封闭接收车站和上方运行的地铁线路的空间限制对盾构的解体过站带来了一系列技术难题。本文在前人研究的基础上，进一步研究封闭车站接收站内解体过站盾构设计及其应用技术，以期增加技术储备，为以后类似的盾构施工项目提供技术参考。

1 项目概况

宁波市轨道交通4 号线柳西站-宁波火车站-兴宁桥西站区间隧道，纵坡为“V”形坡，最大纵坡为28.3‰，隧道埋深为13.8～27.6m，上行线设计长度约2 054m，下行线设计长度约2 028m，整个线路最小平面曲线半径为369m，盾构区间管片外径为6.2m。该项目采用的两台土压平衡盾构主要设计参数如下：开挖直径为6 350mm，盾体采用通径设计，均为6 340mm，铰接形式为主动铰接，允许平面最小曲线半径250m，允许最大隧道纵向坡度为50‰。

2 施工方案确定

该项目的施工难点在于位于宁波高铁站下方，上方还有已运行的轨道交通2 号线横穿，且其主体结构已完成封顶，不具备盾构吊出条件。由于宁波火车站接收端不具备吊出盾构的施工条件，项目原计划两台盾构完成柳西站至宁波火车站掘进后，在宁波火车站站内完成盾构的解体，经隧道将解体的盾构回撤至柳西站始发井口吊出，之后将两台盾构运输至兴宁桥西站，盾构在兴宁桥西站恢复后完成兴宁桥西站至宁波火车站的掘进，在宁波火车站站内完成两台盾构的再次解体，最后将解体的盾构回撤至兴宁桥西站始发井口吊出。

原方案需要在宁波火车站站内完成两次盾构解体、两次盾构解体运输、两次始发井盾构吊入和吊出和一次两个站点之间的盾构运输。为缩短施工工期，降低施工成本，施工方结合专家组与盾构生产厂家建议，创新式地提出了站内解体过站的施工方案，即2 台盾构完成柳西站-宁波火车站掘进后，在宁波火车站站内完成盾构的解体过站，完成宁波火车站-兴宁桥西站的掘进后吊出。两种方案的优劣对比如表1 所示。

表1 两种施工方案对比

由表1 可知，现方案较原方案省了1 次洞内解体、2 次隧道内解体运输、1 次始发站吊入吊出和1 次站与站间运输次数，仅增加了1 次洞内过站。现方案比原方案能有效地缩短施工周期，减少施工成本。

3 边界条件分析

盾构过站技术汪定国[7]做过详细的研究，常规施工项目的盾构过站方案已有成熟的技术方案。由于既有车站主体结构尺寸的不同，其文中所提的过站技术不能有效解决本项目所遇到的难题。为制定针对性的盾构设计和站内解体过站工艺流程，对封闭车站边界条件的测量与分析必不可少。根据实地测量的宁波火车站主体结构的尺寸分析发现，在其站内实现解体过站需要解决以下问题。

1）站内线路上有一段风道墙，如图1 所示。施工线路上顶板距底板的高度仅有6 200mm，小于刀盘和盾体的直径。因此，盾构在过站时需对刀盘进行局部切割后平移过站；盾壳需考虑分块设计，拆完盾壳顶块后进行平移过站。

图1 施工线路上横向最小截面图

2）线路中心距标准段侧墙仅2 100mm，无法满足后配套过站的要求。因此，需对过站存在干涉的后配套结构进行可拆卸式设计，以满足盾构再次始发时机、电、液等部件的正常工作。

3）接收井底板与标准段底板存在1m 的高度差，过站时需抬高和降低主机，需特制升降工装，保证各其安全起升和下降。

4 盾构针对性设计

本项目盾构能实现站内解体过站的关键在于实现刀盘、盾体的过站和满足后配套结构能正常通过标准段侧墙。接收车站封闭条件下刀盘的解体与恢复技术李海等[8]做过详细的研究，本文不再详述，施工现场可根据实际情况对刀盘进行适当分割与恢复，保证刀盘能顺利过站即可。但是文章所述的盾体需要进行现场气刨解体，这种方案不仅需要大量人力，而且盾体恢复的质量难以保障。本文创新性地提出盾体采用分块设计，各分块盾体采用螺栓连接，可以实现盾体高效、安全的解体过站和恢复。

4.1 前盾分块设计

由图1 可知，中墙与风道墙中间2 600mm 的间隙为前盾的纵向过站提供了可能性，但必须将盾体顶部进行分块，顶部分块即要考虑前盾顶部设有人员过渡舱，又要考虑其站内拆除时的便利性和安全性；作为针对站内解体过站方案而设计的盾构还需考虑设备的通用型，为了满足不同边界条件下盾体解体过站，前盾可分成2～4 块设计。

前盾分块设计注意事项如下。

1）为便于盾体的解体与恢复，各分块盾体法兰宜采用螺栓连接。

2）为保证分块盾体法兰连接后的精度，每对法兰需设置销钉定位。

3）为保证分块盾体法兰连接后的密封性，螺栓连接外侧应设置整圈密封，同时在法兰外侧设置5mm 的坡口，盾体组装完成后，对其焊接以加强盾体系统的密封性，保证设备的安全。

4.2 中盾分块设计

中盾分块的位置由于空间的限制必须布置在铰接油缸的点位，因此分块位置上的铰接油缸座子必须设计成异性结构以满足中盾分块法兰的布置；中盾分块的位置与前盾分块的位置应设计成不同角度以减少分块盾体法兰连接螺栓的受力，便于中盾的解体与恢复；中盾前与中盾后的分块位置应设计成相同角度，以减少中盾的解体与恢复的工作量；为了满足不同边界条件下盾体解体过站，中盾前与中盾后可分成2～4 块。

中盾分块设计注意事项如下。

1）为便于中盾的解体和恢复，分块位置上异形铰接油缸座子应设计成可拆卸的结构形式。

2）为便于米字梁的设计与制造，米字梁顶部斜腿应避开分块位置。

3）为保证盾体铰接密封的密封效果，确保盾构掘进时的安全性，中盾前铰接环机加工面在其焊接恢复后必须打磨光滑。

4.3 尾盾分块设计

管片的拼装在尾盾内进行，因此尾盾分块法兰不能设计过长；尾盾恢复时需在分块位置进行大量的施焊，作为长筒性结构，尾盾在焊接后会出现较大的变形，因此在满足边界条件的情况下尾盾尽量分成2 块。

尾盾分块设计注意事项如下。

1）为便于尾盾的解体和恢复，顶部分块的角度既要大于中盾顶部分块的角度，又要尽量减少分块的角度。

2）为减少尾盾焊接恢复的变形，需设计尾盾分块焊接工装。

4.4 后配套设计

由于线路中心线距标准段侧墙仅2 100mm，常规设备桥无法满足盾构再始发的要求，设备桥两侧的拉梁应设计成可拆卸式结构；盾构再始发时，将设备桥的拉梁拆除，待设备桥通过侧墙后再组装即可。拖车底部平台的左侧设计有外侧走台作为人员通道，常规盾构的外侧走台无法满足过站的需求；为满足盾构再始发时拖车能顺利通过侧墙的要求，同时减少盾构解体过站的工作量，宜将拖车的外侧走台设计成可翻转式的结构。

5 站内解体过站工艺

根据可拆卸式盾构制定合理的站内解体过站工艺流程，可有效地缩短施工周期，减少施工成本，工艺流程图如图2 所示。

图2 站内解体过站工艺流程图

5.1 准备工作

盾构站内解体之前，应保证盾构能以准确的姿态落到接受架上；准备好站内解体过站需要的各种工具和材料；制作好解体过站需要的各种工装；架设好解体过站需要的桥吊和轨道吊。

5.2 刀盘过站

盾构掘进至盾尾距离接收洞门前约1m 处停机，方便人员进出隧道；拆除连接螺栓后，利用轨道吊将刀盘翻转在标准段线路上；将刀盘适当割除后通过轨道小车输送至始发井，待刀盘恢复后，通过桥吊将刀盘在始发位置立起并固定。刀盘过站的同时，可借助拼装机将需要拆除的推进油缸拆除。

5.3 螺旋机和拼装机拆除

螺旋机拆除之前，使用平板小车支撑设备桥，将后配套整体后撤约30m，分离时应标记好各种管线以便于盾构的再次组装。利用拉链葫芦完成螺旋机的拆除，将螺旋机平放在电瓶车并后撤约20m，为拆除拼装机留出空间。使用特制的平板小车支撑拼装机后，拆除拼装机与米字梁的连接螺栓，之后将拼装机后撤10m。

5.4 前盾和主驱动过站

将铰接油缸拆除，完成中盾前与中盾后的分离，注意确保铰接密封不被拉坏；首先完成前盾顶块的拆除并输送至始发井口中间空隙处；之后将前盾底部旋转90°后放置在特制托架上并使用筋板固定，利用两根顶推油缸以步进的形式将前盾底部和主驱动输送至始发井口；最后使用桥吊完成前盾顶块的组装并将刀盘组装在主驱动上。

5.5 中盾、尾盾过站

中盾、尾盾的过站与前盾相似，所不同的是中盾、尾盾在拆除顶块后均不需要旋转90°，通过横推的形式完成过站，中盾前底部过站后依次完成与顶块、前盾的连接；中盾后完成顶块的组装后，首先完成铰接密封的安装，之后安装铰接油缸完成中盾的组装；尾盾底部完成与顶块、中盾后的连接后，安装推进油缸，完成盾体系统的安装。

5.6 拼装机和螺旋机安装

安装拼装机和螺旋机之前，首先完成线路轨道的铺设，之后使用平板小车和电瓶车将拼装机和螺旋机依次输送至始发井端并完成组装。

5.7 后配套安装

使用电瓶车将后配套整体输送至始发井端并完成设备桥的组装，注意提前将与标准段侧墙干涉的设备桥拉梁拆除并将外侧走台翻转90°，最后将各种管线连接完毕并完成调试，至此完成整机的解体过站。

6 结语

随着国内盾构施工工期愈发紧张，已运行的地铁线路越来越多，新施工地铁线路下穿已运行地铁线路的盾构施工项目的出现将会愈发频繁，类似的极端条件下的解体、过站将不可避免。一方面，建议类似工程设计时尽量考虑给盾构的解体过站预留足够的空间；另一方面，盾构应在设计之初就要针对其解体过站的边界条件考虑对应的设计，以期减少盾构解体过站的施工成本，提高施工的效率。本文通过对特定项目的站内解体过站盾构设计及其应用技术进行了研究，为类似施工项目的盾构针对性设计和站内解体过站工艺提供技术参考。