盾構(gòu)過站和調(diào)頭工藝工法

1、盾構(gòu)過站和調(diào)頭工藝工法1 前言1.1工藝工法概況區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工時(shí)，由于接收端車站已經(jīng)封閉，無法在隧道貫通后進(jìn)行吊出，而是采用盾構(gòu)機(jī)整機(jī)頂推和滑移方式通過車站站臺層的方式（或在端頭井內(nèi)調(diào)頭施工相鄰盾構(gòu)隧道），進(jìn)入車站另一端的始發(fā)井，直接進(jìn)行下條隧道的施工。盾構(gòu)過站是指由于接收端車站由于需提前封閉，接收端車站不具備吊出和吊入的條件，在站臺板層盾構(gòu)通過的一種施工方法，主要分為盾構(gòu)主機(jī)過站，后配套系統(tǒng)整體過站兩部分，過站完成后進(jìn)行組裝。盾構(gòu)調(diào)頭是指由于接收端車站由于需提前封閉，又必須完成相鄰隧道的施工，在端頭井內(nèi)完成調(diào)頭，主要分為盾構(gòu)主機(jī)調(diào)頭，后配套臺車每節(jié)調(diào)頭，全部完成后再進(jìn)行組裝。1.2工

2、藝原理結(jié)合各項(xiàng)目的實(shí)際工程概況，車站結(jié)構(gòu)形式與盾構(gòu)機(jī)的位置關(guān)系，在盾構(gòu)過站前，對車站底板進(jìn)行處理，鋪設(shè)鋼軌并加固。盾構(gòu)接收并平移到位后，及時(shí)展開盾構(gòu)過站，同步進(jìn)行盾尾刷的更換和同步注漿系統(tǒng)的清理。盾構(gòu)主機(jī)過完站并平移就位，對后配套系統(tǒng)，直接采用電瓶車拖動，通過車站后與盾構(gòu)主機(jī)連接。然后展開盾構(gòu)始發(fā)的相關(guān)工作。盾構(gòu)調(diào)頭要考慮盾構(gòu)機(jī)主機(jī)和后配套尺寸，結(jié)合調(diào)頭施工場地的設(shè)計(jì)圖和空間測量結(jié)果，預(yù)先作好調(diào)頭模擬工作，確定各種限界尺寸（并考慮作業(yè)空間和施工誤差），根據(jù)模擬結(jié)果確定調(diào)頭步驟和調(diào)頭方案。2 工藝工法特點(diǎn)2.1采用盾構(gòu)主機(jī)整體平移或調(diào)頭，不拆機(jī)，施工速度快。2.2過站或調(diào)頭過程中可完成對盾構(gòu)機(jī)的

3、維修和保養(yǎng)，節(jié)省時(shí)間。2.3過站或調(diào)頭均在地下完成，對地面及周邊環(huán)境影響小。2.4盾構(gòu)接收前，整體考慮盾構(gòu)過站（或調(diào)頭）所需要的空間，合理考慮盾構(gòu)接收時(shí)的托架安裝。同時(shí)根據(jù)車站結(jié)構(gòu)形式，對盾構(gòu)主機(jī)進(jìn)行平移、推進(jìn)、平移，直接在始發(fā)井內(nèi)就位。2.5采用了簡潔、方便的鋼軌過站方式完成施工，對設(shè)備的影響小。2.6僅將盾構(gòu)主機(jī)與后配套設(shè)備斷開，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的整體過站（或調(diào)頭）。2.7盾構(gòu)主機(jī)過站（或調(diào)頭）過程中，根據(jù)進(jìn)度安排，對盾尾刷進(jìn)行更換，同時(shí)對同步注漿系統(tǒng)進(jìn)行清洗。2.8盾構(gòu)過完站（或調(diào)頭）后直接在始發(fā)井內(nèi)就位，將主機(jī)和后配套連接后，就具備盾構(gòu)始發(fā)的條件，這樣大大縮短了工期，加快了施工進(jìn)度。3 適用范

4、圍本工法適用于在城市繁華地段，施工場地狹小，不具備盾構(gòu)吊裝的工程，對雖具備條件，但工期不允許等類似情況下有一定的參考價(jià)值。4主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范（GB50446）。地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299）。5施工方法盾構(gòu)過站一般采用千斤頂頂推法盾體整體平移和電瓶車?yán)瓌雍罄m(xù)臺車過站的方法。盾構(gòu)調(diào)頭一般采用千斤頂頂推法盾體整體旋轉(zhuǎn)，待盾構(gòu)主機(jī)旋轉(zhuǎn)到位后，再將后配套臺車逐節(jié)旋轉(zhuǎn)、平移后連接的方法。6工藝流程及操作要點(diǎn)6.1施工工藝流程盾構(gòu)過站施工工藝流程見圖1。圖1 盾構(gòu)機(jī)過站施工工藝流程圖盾構(gòu)調(diào)頭施工工藝流程見圖2。 圖2 盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭施工工法流程圖6.2操作要點(diǎn)6.2.1盾構(gòu)過

5、站1盾構(gòu)到達(dá)前準(zhǔn)備1)車站底板的布置盾構(gòu)機(jī)到達(dá)車站前，要對車站底板進(jìn)行整理。要對底板、中板上影響盾構(gòu)過站的預(yù)留鋼筋進(jìn)行壓彎處理，保證盾構(gòu)機(jī)過站凈空；要對底板上不平整的地面進(jìn)行整平處理。車站底板平整后，在車站標(biāo)準(zhǔn)段底板上鋪設(shè)鋼軌，軌距3m。2)牽引工具布置為便于盾體及托架的順利移動，兩種方案可供選擇：在車站另外一端頭安設(shè)2臺拉力為5噸的卷揚(yáng)機(jī)，在盾構(gòu)機(jī)過站時(shí)作為牽引力；在鋼軌上設(shè)置提供反力裝置，用液壓千斤頂，從托架尾部（盾構(gòu)主機(jī)與托架連接為一體）推動。3)接收托架及平臺安裝在接收井里搭設(shè)接收平臺。平臺由20#型鋼和16mm厚鋼板搭設(shè)而成，平臺上部鋼板相互焊接，表面焊縫要打磨光滑，并在表面涂上黃油

6、。在接收架下面焊接一塊厚度為16mm的鋼板，焊縫間距150mm，每一處焊縫長度150mm，始發(fā)架每一側(cè)保證雙面焊接。圖3 車站接收端端頭斷面情況為保證始發(fā)架能夠順利爬上車站底板上的鋼軌，托架安裝時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，稍微帶坡度(25%)，剛好使托架前端比鋼軌面高23mm。為完成盾構(gòu)平移，托架需在鋼板上滑移，在鋼板上安裝推進(jìn)支座，同時(shí)準(zhǔn)備兩個(gè)推進(jìn)油缸。將始發(fā)架固定在鋼板上并對始發(fā)托架進(jìn)行加固，便于盾構(gòu)機(jī)的接收。2盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后準(zhǔn)備1)用型鋼支撐連接橋架，拆開盾體與后配套連接的水管、氣管、液壓管等。2)在盾尾內(nèi)部焊接支撐型鋼，防止盾尾變形。3)清潔盾體、刀盤，清空密封土倉泥土。4)固定盾體和始發(fā)架

7、。用鋼絲繩將盾構(gòu)機(jī)盾體與始發(fā)架分別在前、中、后固定拉緊，同時(shí)在盾殼與始發(fā)架接觸的不同位置再點(diǎn)焊固定，以確保盾構(gòu)機(jī)盾體與始發(fā)架不發(fā)生相對移動。5)在盾體刀盤、前盾、中盾、盾尾連接處用鋼板焊接在一起，防止在盾構(gòu)過站時(shí)盾體各部位相對移動。6)在盾體上用H型鋼焊4個(gè)牛腿，便于盾體的頂升和千斤頂推動盾體滑動。7)清除始發(fā)架加固材料。將盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)的加固材料清除，并對以前的焊縫的焊渣進(jìn)行打磨處理，使始發(fā)架能夠在鋼板上移動。8)將盾體與始發(fā)架一起用兩臺千斤頂（推力為100t）向前移動到盾構(gòu)機(jī)操作平臺脫出管片，使盾體脫離后配套設(shè)備，便于盾構(gòu)機(jī)的橫移。3盾構(gòu)機(jī)主機(jī)過站盾構(gòu)機(jī)主機(jī)過站，主要包括在到達(dá)端頭的橫移，主

8、機(jī)的前移和在始發(fā)端頭井內(nèi)的橫移三部分。1)盾構(gòu)機(jī)橫移根據(jù)車站底板布置情況，在盾構(gòu)機(jī)前移前要將盾構(gòu)機(jī)盾體平移。將推進(jìn)油缸安置在盾構(gòu)機(jī)上焊接的牛腿上，使油缸撐靴頂緊車站側(cè)墻，然后同時(shí)開動推進(jìn)油缸，推動盾構(gòu)機(jī)平移。盾構(gòu)機(jī)的橫移距離通常為1.5m。圖4 車站接收端端頭斷面情況2)盾構(gòu)機(jī)前移將推進(jìn)油缸放在盾構(gòu)機(jī)上的牛腿上，啟動油缸，將盾構(gòu)機(jī)和始發(fā)架與接受平臺的鋼板分離，將鋼軌置入其中，然后收縮油缸，讓盾構(gòu)機(jī)托架落在鋼軌上。鋼軌安置位置見下圖： 圖5 車站接收托架及鋪鋼板斷面情況用液壓千斤頂推動托架，使托架與盾體向前移動，移動的過程中要定時(shí)檢查盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行糾正。3)盾構(gòu)機(jī)橫移及始發(fā)就位在盾體前

9、進(jìn)的同時(shí)，將到達(dá)端頭的平臺轉(zhuǎn)移到始發(fā)端頭作為始發(fā)平臺，在盾體到達(dá)端頭前確保始發(fā)托架的位置準(zhǔn)確的定位在鋼板上，并做上標(biāo)記；在始發(fā)平臺的鋼板上涂上黃油。當(dāng)盾體前進(jìn)到始發(fā)端頭，托架全部上到始發(fā)平臺上后，進(jìn)行盾體的橫移工作。將盾體頂升到托架離開鋼軌，取走鋼軌，收縮油缸使盾體落在始發(fā)平臺的鋼板上；利用液壓油缸推動盾體在始發(fā)平臺的鋼板上橫移1.5m，然后再向前滑動，滑動到托架距側(cè)墻0.6m位置時(shí)，用油缸逐個(gè)調(diào)整使托架準(zhǔn)確定位。最后對始發(fā)托架進(jìn)行加固，為始發(fā)做準(zhǔn)備。4后續(xù)臺車過站1)后配套臺車過站準(zhǔn)備在盾體過站的同時(shí)，要進(jìn)行車站內(nèi)臺車和電瓶車軌道的鋪設(shè)，軌枕和道床均采用20#H型鋼進(jìn)行鋪設(shè)。由于電瓶車和后配

10、套臺車在洞門處軌道和車站底板之間存在較大高差，需要順坡，軌道縱坡定為20，軌道的鋪設(shè)見附圖3。2)臺車前進(jìn)軌道鋪設(shè)完成后要進(jìn)行后配套設(shè)備的過站，在1號臺車上用H型鋼焊一橫梁，利用電瓶車直接推動整個(gè)后配套系統(tǒng)進(jìn)行前移。3)盾體與后配套系統(tǒng)的連接后配套設(shè)備到達(dá)西端頭后，要將后配套設(shè)備與定位好的盾體進(jìn)行連接，連接水管、電路、氣管和液壓管路等。5盾構(gòu)機(jī)的檢修利用盾構(gòu)機(jī)過站期間進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)檢修，為下一個(gè)區(qū)間的掘進(jìn)做準(zhǔn)備。維修內(nèi)容視盾構(gòu)機(jī)檢查的情況確定，包括刀具更換（要根據(jù)刀具磨損狀況和下一區(qū)間掘進(jìn)的地層情況確定）、刀盤和螺旋輸送器的磨損修復(fù)、盾尾密封刷的更換、密封件的更換、泡沫管路和注漿管路的疏通、測量系

11、統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)和鑒定等等。6.2.2 盾構(gòu)調(diào)頭1施工步驟盾構(gòu)調(diào)頭施工步驟見圖6。 第一步 接收平臺安裝 第二步 盾構(gòu)機(jī)接收 第三步 頂轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī) 第四步 盾構(gòu)機(jī)橫向 第五步 盾構(gòu)機(jī)橫移后頂進(jìn) 第六步 頂轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī) 第七步 頂轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī) 第八步 頂轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī)第九步 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)就位圖6 調(diào)頭步驟示意圖（臺車調(diào)頭參見主機(jī)）2盾構(gòu)接收1)接收準(zhǔn)備工作對調(diào)頭場地的實(shí)際空間尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確測量，特別是調(diào)頭的關(guān)鍵和卡口位置，避免因?yàn)槭┕ふ`差對調(diào)頭的最終結(jié)果產(chǎn)生不利影響。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)和后配套尺寸，結(jié)合調(diào)頭施工場地的設(shè)計(jì)圖和空間測量結(jié)果，在計(jì)算機(jī)上預(yù)先用CAD作好調(diào)頭模擬工作，確定各種限界尺寸（并考慮作業(yè)空間和施工誤差），

12、根據(jù)模擬結(jié)果確定調(diào)頭步驟和調(diào)頭方案。調(diào)頭斷面基面及鋼板平整度要求：精確復(fù)測調(diào)頭工作井底板面的平整度；砂漿強(qiáng)度保證10Mpa，砂漿表面平整度10mm/m2；鋼板之間焊接牢固焊縫打磨平整，四周固定牢靠，避免盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭時(shí)鋼板發(fā)生移動。設(shè)計(jì)好盾構(gòu)調(diào)頭位置處用于托架固定、盾構(gòu)機(jī)平移、盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭及始發(fā)的預(yù)埋件，并兼顧托架、負(fù)環(huán)、反力架等重型結(jié)構(gòu)的安裝和拆除。調(diào)頭場地鋼板的鋪設(shè)。為保證盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭橫移時(shí)有足夠的支撐面，在盾構(gòu)進(jìn)洞前，預(yù)先在接收井井底滿鋪70mm厚的粗砂，砂墊層必須用平板振蕩密實(shí)，避免鋼板受壓產(chǎn)生凹陷，增大盾構(gòu)拖移阻力。夯實(shí)平整后在砂墊層上滿鋪20mm厚的鋼板，鋼板和鋼板間定位焊接（段焊）成一體

13、，并使用小型砂輪機(jī)進(jìn)行打磨，保證鋼板的平整。在鋼板上放出盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)和平移過程的點(diǎn)，標(biāo)識出已模擬的盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭過程的托架軌跡和趨勢，并標(biāo)示出調(diào)頭的各種限界。安裝相鄰盾構(gòu)線始發(fā)洞門處橡膠簾布和扇型壓板，并檢查。岔道鋪設(shè)及車架調(diào)頭。根據(jù)接收井實(shí)際情況，若不滿足隧道施工的管片及出土運(yùn)輸?shù)囊?，可從已貫通的隧道來進(jìn)行，在出土井內(nèi)搭設(shè)鋼平臺。預(yù)埋件的設(shè)計(jì)與安裝。盾構(gòu)機(jī)在工作井內(nèi)調(diào)頭，預(yù)埋件的設(shè)計(jì)對于后期調(diào)頭施工操作簡易優(yōu)化很關(guān)鍵，托架的固定、盾構(gòu)機(jī)初始平移、盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭過程及盾構(gòu)機(jī)始發(fā)位置均需設(shè)置預(yù)埋件，托架、負(fù)環(huán)等重型結(jié)構(gòu)的安裝和拆除，也需要一定的預(yù)埋件，事先設(shè)計(jì)與安裝好預(yù)埋件，有利于盾構(gòu)調(diào)頭作業(yè)。2)盾構(gòu)

14、接收當(dāng)盾構(gòu)接收并完全坐落在接收托架上后，用30mm厚加固勁板在基座兩側(cè)將盾構(gòu)與盾構(gòu)基座焊接牢固（見圖7）。圖7 加固勁板示意圖3盾構(gòu)主機(jī)調(diào)頭及定位1）將鋼板上的泥和土等雜物清理干凈，在鋼板上涂抹黃油。2）將托架與盾構(gòu)機(jī)固定在一起，先通過倒鏈并用千斤頂輔助將盾構(gòu)機(jī)向左前方拉出事先模擬的距離，使人和設(shè)備可以到托架的四周進(jìn)行調(diào)頭施工。 3）再依照既定盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭模擬位置，根據(jù)鋼板上已經(jīng)標(biāo)志出的托架旋轉(zhuǎn)平移位置及趨勢平移旋轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī)（見圖8）。圖8 盾構(gòu)調(diào)頭示意圖盾構(gòu)機(jī)平移在鋼板上焊工字鋼鋼塊作為千斤頂反力支座，用4臺80t千斤頂在托架最佳頂推位置附近按實(shí)際需要頂推托架，使托架移動和轉(zhuǎn)動，頂推過程中可以在

15、托架和千斤頂之間加設(shè)工字鋼墊塊增加千斤頂行程；在頂進(jìn)一定長度后調(diào)整千斤頂反力支座鋼塊位置，使托架及盾構(gòu)機(jī)按預(yù)定軌跡平移。盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)托架旋轉(zhuǎn)時(shí)在托架旋轉(zhuǎn)中心的角上用一千斤頂作為支點(diǎn)，用另外千斤頂在托架最佳頂推位置附近頂推托架，形成旋轉(zhuǎn)力偶，使托架以固定轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)中心按預(yù)定旋轉(zhuǎn)軌跡旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)平移到左線后，在始發(fā)處調(diào)整并固定好托架，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)檢修保養(yǎng)。 4后續(xù)臺車調(diào)頭1 )施工準(zhǔn)備將臺車?yán)秒娖寇囋陔p軌軌道上牽引到豎井口。吊車在豎井地面就位。鋪設(shè)好左線軌道。設(shè)計(jì)并檢查好吊點(diǎn)。2)后續(xù)臺車調(diào)頭臺車按順序分節(jié)沿軌道推到豎井井口，在井口用50t吊車吊起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，再在地面上平移到左右線通

16、道中心處，再用吊車吊起旋轉(zhuǎn)直接落到相鄰軌道上。利用卷揚(yáng)機(jī)將臺車?yán)棺缶€隧道內(nèi)臺車2、3、4、5依次按步驟1推到左線隧道斷面內(nèi)。在將電瓶車按步驟1吊到左線軌道上利用電瓶車將臺車牽引到始發(fā)位置，連接，調(diào)試，準(zhǔn)備始發(fā)7勞動力組織根據(jù)現(xiàn)場安排，各個(gè)工序銜接較為合理，具體各工種工作安排如下：1盾構(gòu)的日常維修、保養(yǎng)8人。2盾構(gòu)過站2個(gè)班組共22人。3地面及隧道內(nèi)監(jiān)測共8人。4盾構(gòu)姿態(tài)不間斷巡視共2人。表1 勞動力配備計(jì)劃表 工 種人 數(shù)工 種人 數(shù)機(jī)修工8監(jiān)測8盾構(gòu)隊(duì)22巡視人員2技術(shù)員2管理人員28 主要機(jī)具設(shè)備表2 設(shè)備及材料 編 號項(xiàng) 目單位數(shù)量備 注1盾構(gòu)機(jī)臺12托架個(gè)1個(gè)8.8m長3鋼板若干根據(jù)

17、接收井大小確定4鋼軌m若干根據(jù)車站長度確定5液壓千斤頂臺1推力100t6電焊機(jī)臺27氣割套29 常見問題處理及質(zhì)量控制9.1 盾體無法移動由于平移鋼板及托架在盾構(gòu)機(jī)到站之前即已放置完成，并且車站施工中可能存在積水的情況，導(dǎo)致托架與鋼板銹蝕，盾體無法移動。對此，可用千斤頂反復(fù)頂推托架，或者可增設(shè)一臺液壓站，用4組液壓千斤頂頂推托架即可移動托架。9.2 托架移動時(shí)鋼軌斷裂當(dāng)托架在平移鋼軌上移動時(shí)，可能發(fā)生鋼軌斷裂的事情。9.2.1如果鋼軌斷裂處在托架之后可采取如下措施進(jìn)行處理：1將斷裂的鋼軌重新用魚尾板連接在一起。2在車站底板用25的沖擊鉆打15cm深度的孔，孔間距15公分，插入22的螺紋鋼，用鋼

18、筋將鋼軌卡住，防止鋼軌再發(fā)生移動。3在斷裂區(qū)及斷裂區(qū)域以外2m的范圍內(nèi)澆筑混凝土，混凝土高度略低于鋼軌上表面，以進(jìn)一步固定鋼軌。待混凝土凝固后即可繼續(xù)進(jìn)行盾體前移；9.2.2如果鋼軌斷裂處發(fā)生在托架下方，可采取如下措施：1再吊裝下井一副托架，放置于既有托架下方。2將二副托架固定牢靠，采用千斤頂將盾體推至另一副托架之上。3將斷軌上方托架移開，采取更換或加固的方法處理斷軌。斷軌處理完成后，繼續(xù)進(jìn)行盾體前移施工。10安全措施10.1 加強(qiáng)洞內(nèi)指揮，盾構(gòu)機(jī)過站和臺車過站時(shí)兩邊不允許站人。10.2 加強(qiáng)用電管理，所有用電施工由專職電工執(zhí)行。10.3 洞內(nèi)破除洞門，安裝反力架等高空作業(yè)必須栓安全帶。10.

19、4 軌道架設(shè)必須牢固，確保臺車過站時(shí)設(shè)備的安全。10.5 加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)及臺車拆卸安裝時(shí)的消防工作。杜絕因電焊、氧氣焊、電氣等原因引起的火災(zāi)。盾構(gòu)機(jī)過站期間對滅火器材進(jìn)行檢查，對失效及功能損壞的進(jìn)行更換。11環(huán)保措施11.1堅(jiān)持現(xiàn)場材料合理碼放，防止現(xiàn)場雜亂。11.2分別對施工區(qū)域和生活區(qū)域?qū)嵭蟹忾]或半封閉式管理，以減少粉塵、噪音、棄碴等對周邊環(huán)境的影響。12 應(yīng)用實(shí)例12.1盾構(gòu)過站案例12.1.1工程簡介由中國中鐵一局城軌公司承建的南京地鐵二號線集慶門大街站茶亭站莫愁湖站漢中門站盾構(gòu)區(qū)間隧道。兩臺盾構(gòu)機(jī)在茶亭站沒有吊出的場地，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，盾構(gòu)需在站內(nèi)通過茶亭站。12.1.2施工情況在過站前，項(xiàng)目提前進(jìn)行了調(diào)研和實(shí)地考察，結(jié)合項(xiàng)目自身實(shí)際情況，制定了一套符合項(xiàng)目情況的過站方案，并最終取得了成功，達(dá)到了預(yù)期工期、質(zhì)量、安全等目標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范等各方的要求。