基于盾構(gòu)解體平移接收的暗挖車站方案研究

　　摘 要: 以石家莊地鐵 2 號線長安公園站—藍天圣木站區(qū)間為工程依托，針對 PBA 暗挖車站接收條件受限時，利用車站風(fēng)道進行盾構(gòu)接收，并通過對車站接收端凈空尺寸、預(yù)留預(yù)埋等方案的研究以滿足盾構(gòu)解體、平移接收。通過對該工程實例的研究分析，總結(jié)出一套適用于類似工程的設(shè)計尺寸標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)類似工程的設(shè)計方案提供參考和借鑒。

　　本文源自韓聰聰， 山西建筑 發(fā)表時間：2021-06-28

　　關(guān)鍵詞: 暗挖車站，凈空尺寸，盾構(gòu)平移接收

　　隨著城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)技術(shù)在地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，同時軌道交通建設(shè)中不可避免地穿越都市繁華地段，造成盾構(gòu)接收端的選址困難，易出現(xiàn)因接收端不具備接收條件或接收條件受限而無法正常接收[1，2]。針對無法正常接收，主要有以下幾種方案:

　　1) 在接收端結(jié)合車站風(fēng)道進行接收; 2) 在接收端附近區(qū)間一側(cè)設(shè)置豎井橫通道進行解體平移接收; 3) 無法設(shè)置地面接收井時，采取洞內(nèi)解體并通過始發(fā)井吊出。寇鼎濤等[3]針對地面無法設(shè)置接收井，研究了在狹小暗挖空間內(nèi)解體并通過始發(fā)井吊出的方案。李海等[4]研究了一套包括刀盤、前盾、中盾、盾尾在內(nèi)的盾構(gòu)主機分割解體方案，有效地解決了盾構(gòu)主機無法通過隧道內(nèi)運輸?shù)碾y題。仝海龍[5]通過在正線一側(cè)設(shè)置豎井及橫通道，完成盾構(gòu)的始發(fā)、接收。

　　針對特殊接收方式，設(shè)計往往缺乏經(jīng)驗，易造成設(shè)計方案的可實施性差或無法滿足盾構(gòu)接收條件，引起工程變更。本文主要針對 PBA 暗挖車站接收條件受限時，利用車站風(fēng)道進行盾構(gòu)接收，通過對車站接收端凈空尺寸、預(yù)留預(yù)埋等方案的研究以滿足盾構(gòu)解體、平移接收。

　　1 工程概況

　　石家莊地鐵 2 號線一期工程長安公園站—藍天圣木站區(qū)間沿建設(shè)大街敷設(shè)，區(qū)間下穿建和橋，并進行兩處橋樁托換，受工期和整體環(huán)境條件影響，區(qū)間從藍天圣木站始發(fā)，在長安公園站接收，車站采用 PBA 暗挖施工，故盾構(gòu)接收需在狹小封閉空間內(nèi)解體并利用車站 2 號風(fēng)道平移吊出。車站接收周邊現(xiàn)場條件平面圖見圖 1。

　　2 方案設(shè)計

　　2. 1 盾構(gòu)機參數(shù)

　　本工程采用中鐵裝備生產(chǎn)制造的 EPB 土壓平衡盾構(gòu)機，盾體直徑為 6. 4 m，刀盤直徑為 6. 41 m，刀盤至螺旋機端頭長度為 12. 8 m，刀盤至盾尾的長度為 9. 6 m，具體參數(shù)見表 1。

　　2. 2 車站端頭方案設(shè)計

　　根據(jù)車站端頭周邊環(huán)境條件，車站 2 號風(fēng)道處具備設(shè)置臨時吊出井的條件，故本方案優(yōu)先考慮盾構(gòu)解體平移吊出，相比于盾構(gòu)洞內(nèi)解體由始發(fā)井吊出經(jīng)濟效益明顯，且對盾構(gòu)機重復(fù)利用率高。

　　為確保盾構(gòu)機順利接受并確保滿足盾構(gòu)解體及平移空間，主要從以下幾點進行空間設(shè)計:

　　1) 車站下沉段柱跨要求; 2) 底板下沉段長度; 3) 盾構(gòu)機平移通道凈高; 4) 車站中板預(yù)埋吊鉤要求; 5) 盾構(gòu)吊出井尺寸。

　　2. 2. 1 車站柱跨

　　確定柱跨之前，需明確盾構(gòu)機在哪一跨進行平移，該處也存在爭議，主要存在兩種思路: 一種是在縱向第一跨進行平移，另一種是在縱向第二跨進行平移。本工程選擇在車站端頭縱向第一跨進行平移，主要有以下幾點優(yōu)勢: 可減少盾構(gòu)機轉(zhuǎn)體次數(shù)，并符合盾構(gòu)機拆機及平移順序( 先盾尾、其次中盾、最后前盾 + 刀盤) 。

　　考慮暗挖車站柱跨不宜過大，故要求盾構(gòu)機拆解為三部分( 前盾 + 刀盤、中盾、盾尾) ，在此基礎(chǔ)上結(jié)合盾構(gòu)機各部件尺寸并考慮施工誤差及操作空間，即刀盤尺寸 + 施工誤差及操作空間( 6 410 mm + 1 000 mm) ，即柱跨凈距按 7. 5 m 考慮即可。對于暗挖站應(yīng)注意底縱梁處的法蘭盤的影響。具體設(shè)計見圖 2。

　　2. 2. 2 底板下沉

　　底板下沉深度和常規(guī)盾構(gòu)接收保持一致，下沉深度按 1 440 mm 即可，關(guān)于下沉段長度，需考慮盾構(gòu)機主體和螺旋機長度( 本工程施工盾構(gòu)機長度 12. 8 m) ，狹小空間內(nèi)將螺旋機和盾構(gòu)機主體拆離比較困難，并考慮盾構(gòu)機解體及轉(zhuǎn)體的空間，下沉段長度按 13. 5 m ～ 15 m 考慮。本工程下沉段長度為 15 m，不同工程需考慮車站整體柱跨布置，并結(jié)合盾構(gòu)機尺寸及施工隊伍的專業(yè)能力等綜合確定，具體設(shè)計見圖 3。

　　2. 2. 3 盾構(gòu)機平移通道凈高

　　盾構(gòu)機下 沉 段 底 板 至 中 板 凈 高 一 般 為 6 190 mm + 1 440 mm，滿足盾構(gòu)機解體的空間高度要求，主要控制點為車站縱梁位置，底縱梁一般完全下返，中縱梁需要控制下返高度，以滿足盾構(gòu)機通過對凈空高度的要求。根據(jù)盾構(gòu)機最大直徑( 刀盤位置) 6 410 mm，并考慮施工誤差、操作空間等約 150 mm ～ 300 mm，故盾構(gòu)機中心距離中縱梁下皮高度按 3 355 mm ～ 3 505 mm 考慮。本工程盾構(gòu)機中心距離中縱梁下皮高度為 3 370 mm，即中縱梁下返 400 mm。風(fēng)道部分考慮地上 1 層通風(fēng)面積不夠，中板向下折板，風(fēng)道中板下皮距離盾構(gòu)機中心線高度為 3 370 mm，具體設(shè)計如圖 3 所示。

　　2. 2. 4 車站中板預(yù)埋吊鉤要求及盾構(gòu)吊出井尺寸

　　由于在狹小空間內(nèi)解體盾構(gòu)機，需要在中板上方設(shè)置一定數(shù)量的吊鉤。根據(jù)施工單位提供需求，主要設(shè)置原則: 在盾構(gòu)機中心線和中心線兩側(cè)各 1. 6 m 位置設(shè)置散排吊鉤，吊鉤間距在 1 m ～ 1. 5 m 范圍內(nèi)。吊鉤采用兩根直徑 32 的 Q235B 型光 圓 鋼 筋，每 個 吊 鉤 承 受 16 t，起 吊 時 要 求 2 個 ～ 4 個吊鉤同時起吊受力，以確保單個吊點不超過最大承受力。具體吊鉤布置見圖 2。

　　盾構(gòu)吊出孔尺寸根據(jù)單個吊出部分的最大尺寸考慮，即刀盤 + 前盾( 6 410 mm × 3 850 mm) ，吊出過程中需考慮施工空間 及 誤 差 約 500 mm，故 盾 構(gòu) 吊 出 孔 尺 寸 最 小 約 ( 6 410 + 1 000) mm × ( 3 850 + 1 000) mm。本工程盾構(gòu)吊出孔尺寸為 7. 5 m × 5 m。另外，盾構(gòu)吊出孔長邊盡量垂直于線路方向設(shè)置，以減少盾構(gòu)機轉(zhuǎn)體次數(shù)。

　　3 施工單位現(xiàn)場實施情況

　　3. 1 施工技術(shù)總體方案

　　盾構(gòu)隧道貫通前，在接收井內(nèi)鋪設(shè)鋼板、鋼軌和接收托架。隧道貫通后，盾構(gòu)機步進至接收托架上，待盾構(gòu)機推上接收托架，洞內(nèi)拆除螺旋輸送機和管片安裝機及軌道梁后，把主機拆分為刀盤和前體、中體、盾尾三部分。隨后將盾體部分推至前端并且將接收架切割為三部分，隨后將主機部件和接收架進行加固固定，并向吊出井方向進行平移。待空間適宜后在千斤頂?shù)捻斖葡拢M行旋轉(zhuǎn) 90°，隨后重新向吊出井方向進行平移到達吊出井。主體按盾尾、中盾、前盾和刀盤的順序依次平移吊出。

　　3. 2 接收井平移方案

　　1) 采用 C30 混凝土將場地找平，然后鋪設(shè)通長鋼軌，軌間距 0. 5 m，鋼軌鋪設(shè)方向與區(qū)間線路方向垂直，鋼軌橫向設(shè)置限位鋼筋，縱向鋼軌間設(shè)置對拉桿; 在鋼軌上鋪設(shè) 30 mm 厚 鋼 板，將鋼板與接收架焊接牢固，如 圖 4，圖 5 所示。

　　2) 在盾構(gòu)機旋轉(zhuǎn)平移過程中，為防止發(fā)生傾覆翻轉(zhuǎn)采取以下兩個措施: a. 在盾構(gòu)機兩側(cè)將盾體和接收架焊死; b. 在盾體外殼焊接限位鋼板 20 mm × 100 mm × 200 mm，每側(cè)焊 6 個，分別焊于前盾、中盾、盾尾各 2 個，焊縫要求滿焊，見圖 6。

　　3) 在平移階段，通過水平千斤頂，使油缸撐靴頂緊接收架上的推進擋板，使得接收架底部鋼板與托架沿著鋼軌向前滑動，見圖 7。

　　4 結(jié)論

　　通過對在暗挖車站內(nèi)盾構(gòu)解體平移接收的方案研究，總結(jié)出一套適用于類似工程的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)類似工程方案設(shè)計及施工積累了豐富的經(jīng)驗，避免后續(xù)出現(xiàn)設(shè)計方案不具備可實施性或不能達到盾構(gòu)解體平移接收的要求。

　　1) 盾構(gòu)平移推進在車站縱向第一跨通過，柱跨凈距最小約 7. 5 m。

　　2) 盾構(gòu)端頭井下沉深度為 1 440 mm，下沉段縱向長度取 13. 5 m ～ 15 m，具體根據(jù)盾構(gòu)機長度和車站整體方案確定。

　　3) 根據(jù)盾構(gòu)機最大直徑( 刀盤位置) ，并考慮施工誤差、操作空間等約 150 mm ～ 300 mm，以確定盾構(gòu)機的通過凈高需求。

　　4) 在中板預(yù)埋吊鉤，并根據(jù)具體方案，建議在盾構(gòu)機中心線兩側(cè)中板位置各開一個 900 mm × 3 000 mm 的臨時孔洞，作為盾構(gòu)解體的操作空間。

　　5) 吊出過程中需考慮施工空間及誤差約 500 mm，故本工程盾構(gòu) 吊 出 孔 最 小 約 ( 6 410 + 1 000 ) mm × ( 3 850 + 1 000) mm; 另外，盾構(gòu)吊出孔長邊盡量垂直于線路方向設(shè)置，以減少盾構(gòu)機轉(zhuǎn)體次數(shù)。