基于盾構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，利用車站風道進行盾構接收，并通過對車站接收端凈空尺寸、預留預埋等方案的研究以滿足盾構解體、平移接收。通過對該工程實例的研究分析，總結出一套適用于類似工程的設計尺寸標準，為后續類似工程的設計方案提供參考和借鑒。

　　本文源自韓聰聰， 山西建筑 發表時間：2021-06-28

　　關鍵詞: 暗挖車站，凈空尺寸，盾構平移接收

　　隨著城市軌道交通建設的快速發展，盾構技術在地鐵建設中得到廣泛應用，同時軌道交通建設中不可避免地穿越都市繁華地段，造成盾構接收端的選址困難，易出現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) 在接收端結合車站風道進行接收; 2) 在接收端附近區間一側設置豎井橫通道進行解體平移接收; 3) 無法設置地面接收井時，采取洞內解體并通過始發井吊出。寇鼎濤等[3]針對地面無法設置接收井，研究了在狹小暗挖空間內解體并通過始發井吊出的方案。李海等[4]研究了一套包括刀盤、前盾、中盾、盾尾在內的盾構主機分割解體方案，有效地解決了盾構主機無法通過隧道內運輸的難題。仝海龍[5]通過在正線一側設置豎井及橫通道，完成盾構的始發、接收。

　　針對特殊接收方式，設計往往缺乏經驗，易造成設計方案的可實施性差或無法滿足盾構接收條件，引起工程變更。本文主要針對 PBA 暗挖車站接收條件受限時，利用車站風道進行盾構接收，通過對車站接收端凈空尺寸、預留預埋等方案的研究以滿足盾構解體、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—藍天圣木站區間沿建設大街敷設，區間下穿建和橋，并進行兩處橋樁托換，受工期和整體環境條件影響，區間從藍天圣木站始發，在長安公園站接收，車站采用 PBA 暗挖施工，故盾構接收需在狹小封閉空間內解體并利用車站 2 號風道平移吊出。車站接收周邊現場條件平面圖見圖 1。

　　2 方案設計

　　2. 1 盾構機參數

　　本工程采用中鐵裝備生產制造的 EPB 土壓平衡盾構機，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，具體參數見表 1。

　　2. 2 車站端頭方案設計

　　根據車站端頭周邊環境條件，車站 2 號風道處具備設置臨時吊出井的條件，故本方案優先考慮盾構解體平移吊出，相比于盾構洞內解體由始發井吊出經濟效益明顯，且對盾構機重復利用率高。

　　為確保盾構機順利接受并確保滿足盾構解體及平移空間，主要從以下幾點進行空間設計:

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

　　2. 2. 1 車站柱跨

　　確定柱跨之前，需明確盾構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，主要有以下幾點優勢: 可減少盾構機轉體次數，并符合盾構機拆機及平移順序( 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，故要求盾構機拆解為三部分( 前盾 + 刀盤、中盾、盾尾) ，在此基礎上結合盾構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。對于暗挖站應注意底縱梁處的法蘭盤的影響。具體設計見圖 2。

　　2. 2. 2 底板下沉

　　底板下沉深度和常規盾構接收保持一致，下沉深度按 1 440 mm 即可，關于下沉段長度，需考慮盾構機主體和螺旋機長度( 本工程施工盾構機長度 12. 8 m) ，狹小空間內將螺旋機和盾構機主體拆離比較困難，并考慮盾構機解體及轉體的空間，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，并結合盾構機尺寸及施工隊伍的專業能力等綜合確定，具體設計見圖 3。

　　2. 2. 3 盾構機平移通道凈高

　　盾構機下 沉 段 底 板 至 中 板 凈 高 一 般 為 6 190 mm + 1 440 mm，滿足盾構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，以滿足盾構機通過對凈空高度的要求。根據盾構機最大直徑( 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。風道部分考慮地上 1 層通風面積不夠，中板向下折板，風道中板下皮距離盾構機中心線高度為 3 370 mm，具體設計如圖 3 所示。

　　2. 2. 4 車站中板預埋吊鉤要求及盾構吊出井尺寸

　　由于在狹小空間內解體盾構機，需要在中板上方設置一定數量的吊鉤。根據施工單位提供需求，主要設置原則: 在盾構機中心線和中心線兩側各 1. 6 m 位置設置散排吊鉤，吊鉤間距在 1 m ～ 1. 5 m 范圍內。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。

　　盾構吊出孔尺寸根據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 吊 出 孔 尺 寸 最 小 約 ( 6 410 + 1 000) mm × ( 3 850 + 1 000) mm。本工程盾構吊出孔尺寸為 7. 5 m × 5 m。另外，盾構吊出孔長邊盡量垂直于線路方向設置，以減少盾構機轉體次數。

　　3 施工單位現場實施情況

　　3. 1 施工技術總體方案

　　盾構隧道貫通前，在接收井內鋪設鋼板、鋼軌和接收托架。隧道貫通后，盾構機步進至接收托架上，待盾構機推上接收托架，洞內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的頂推下，進行旋轉 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，然后鋪設通長鋼軌，軌間距 0. 5 m，鋼軌鋪設方向與區間線路方向垂直，鋼軌橫向設置限位鋼筋，縱向鋼軌間設置對拉桿; 在鋼軌上鋪設 30 mm 厚 鋼 板，將鋼板與接收架焊接牢固，如 圖 4，圖 5 所示。

　　2) 在盾構機旋轉平移過程中，為防止發生傾覆翻轉采取以下兩個措施: a. 在盾構機兩側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 結論

　　通過對在暗挖車站內盾構解體平移接收的方案研究，總結出一套適用于類似工程的尺寸標準，為后續類似工程方案設計及施工積累了豐富的經驗，避免后續出現設計方案不具備可實施性或不能達到盾構解體平移接收的要求。

　　1) 盾構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，具體根據盾構機長度和車站整體方案確定。

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

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

　　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 吊 出 孔 最 小 約 ( 6 410 + 1 000 ) mm × ( 3 850 + 1 000) mm; 另外，盾構吊出孔長邊盡量垂直于線路方向設置，以減少盾構機轉體次數。