封闭式车站盾构暗调头技术研究与应用

张晓良，袁晓亮

（无锡中铁城轨装备有限公司，江苏 无锡 214000）

盾构法因其施工安全快捷、施工作业环境好、不受气候条件影响、对地面交通干扰小、对地面建筑及地下管线影响小、结构防水高、维护方便等优点，在城市轨道交通中得到广泛的应用。但是用于盾构的始发与接收、物料吊运、物料存储等附属设施需占道建设，往往会使原本就繁忙的主干道路短时间内出现更加拥堵的状况，给人们的交通出行带来了诸多不便。因此，越来越多的盾构接收车站采用顶板全封闭的结构形式，以便尽早恢复道路来缓解地面交通压力，如何快速、高效地实现盾构在封闭式车站内调头，将直接影响施工的进度和成本。王镇春等以南京地铁玄武门站为例，介绍了盾构主机及后配套系统在地下接收站调头技术的运用；杨育僧等以广州市地铁三号线客大盾构区间为例，介绍了盾构在地下洞室内调头技术的运用；崔现慧等对盾构移位调头时钢珠型重载移动装置的应用进行了分析；覃建庭对密闭式车站盾构平移调头施工技术进行了研究；万凯等对封闭式地铁车站内盾构调头施工技术进行了研究；赵国就地铁站内盾构调头始发技术进行了研究。

以上盾构调头施工研究内容为盾构封闭车站调头提供了理论依据与技术参考，但上述研究内容仅采用油缸顶推单一姿态控制方法对盾构进行调头，使盾构在调头过程中位移姿态不易于控制、位移重复点位多、施工效率降低。本文旨在依托苏州轨道交通地铁5 号线09 标段苏嘉杭站～通园路站盾构区间工程，对封闭式车站盾构暗调头技术进行研究总结，以期为以后类似盾构施工项目提供理论依据与技术参考。

1 工程概况

苏州市轨道交通地铁5 号线09 标段包括两个盾构区间，即苏嘉杭站～通园路站区间及通园路站～星港街站区间。按照工程筹划，苏嘉杭站～通园路站区间盾构在苏嘉杭站东端始发，经通园路站暗调头回到达苏嘉杭站接收，具体施工筹划图如图1 所示。

图1 工程筹划图

2 工程重难点分析

2.1 工程区间重难点分析

通园路站为地下二层式换乘站，如图2 所示，今已完成地下二层土建封顶施工，工作井全长11.8m，下行线区间至上行线区间有效宽度为24.9m，盾构工作井至地下二层上翻梁有效高度为7.25m，通园路车站为盾构从苏嘉杭站至通园路站区间施工完成后的接收工作井，地下二层土建施工已完成。因此在空间狭小、无开放式吊装条件的封闭车站完成盾构整机接收、暗调头与再始发是本工程的重难点。

图2 通园路站调头井结构示意图

2.2 暗调头姿态控制重难点分析

盾构全长约85m，结构主要由盾构主机与后配套组成，主机及其后配套外形及重量详见表1。其中盾构主机直径达6.5m、长度11 594mm、重量375t，主机重心靠近前端，距刀盘外轮廓约4.5m。因此盾构重量重、尺寸大、主机结构前重后轻均影响盾构暗调头姿态的控制，是本工程施工的重难点。

3 暗调头技术研究与应用

3.1 盾构暗调头技术

盾构暗调头施工是指在一个区间的地铁隧道上下行线施工时，只投入1 台盾构，盾构从区间隧道一端掘进到封闭式的工作井时，在车站内部将盾构平移、调头到另一条隧道线上，再做反向掘进的施工过程。具有工程投入少、效率高等显著特点，因此，研究盾构的暗调头技术具有重要理论及实际应用意义。

整个暗调头施工分前期准备工作、主机调头和后配套调头三阶段进行。第一阶段：为完成盾构暗调头做好准备工作。第二阶段：盾构主机进洞从下行线路的接收井转至上行线路的始发井，桥架与拖车留在下行线路隧道内，此时盾构主机与后配套之间用转接电缆与转接油管连接。第三阶段：盾构主机推进一定距离后，再将后配套从下行线路移至上行线路上，拆除转接电缆与转接油管后按原状态连接盾构主机与后配套系统。

表1 盾构主机及后配套外形尺寸及重量

3.2 盾构暗调头技术施工流程

盾构暗调头技术施工内容主要由场地布置、接收架布置、主机出洞至接收架、主机与后配套分离、主机调头、后配套调头、主机与后配套再次组装调试等组成。施工流程见图3。

图3 盾构暗调头流程图

3.3 前期准备工作

3.3.1 场地的布置

盾构接收场地布置前需对接收井的作业空间进行详细测绘以便为盾构的暗调头施工做好充足的准备。盾构暗调头施工范围内需确保场地平整、干净，混凝土表面铺设25mm 厚的钢板。由于铺设钢板的面积比较大，不便予采取预埋件定位，应采取锚杆固定，在铺设定位的钢板和混凝土面上用磁力钻打孔，采用合适的螺纹钢作为锚杆，用锚固剂固定，将突出钢板的锚杆割除并打磨光滑，锚杆与钢板连接处应进行满焊并打磨平整。另外需提前在钢板上涂抹黄油以减少移动架和钢板之间的摩阻力，提高盾构调头施工的效率。

3.3.2 接收架的布置

盾构接收架的布置应保证接收架的中心轴线与隧道设计轴线一致的同时兼顾盾构出洞姿态；需保证刀盘贯通后推进油缸能为拼装管片提供足够的反力，可考虑接收架以盾构进洞方向不少于+3‰的坡度进行安装；为保证盾构能顺利到达接收架，需对接收架进行临时加固。

3.4 主机出洞至接收架

为保证主机能顺利地完成暗调头，主机出洞至接收架时，需做好以下工作：利用推进油缸将主机顶推到接收架时，需保证刀盘至接收井前端有一定的距离以确保主机旋转、移动时刀盘不碰到接收井前端；需保证螺旋输送机推出隧道洞门一定距离以确保主机旋转、移动时螺旋输送机不碰到洞壁；利用连接钢板将主机外壳与接收架焊接固定，以确保主机旋转、移动时主机与接收架无相对移动；利用连接钢板将铰接环两侧的盾壳焊接固定，以确保主机旋转、移动时铰接环与铰接密封不受到侧压而损坏。

主机出洞至接收架后，在主机外壳上焊接4只顶升油缸支座，固定4 根200t 油缸,其中油缸底座与顶升油缸支座通过螺栓连接；在铺设钢板与顶升油缸之间放置4 只500mm 高的搁凳1，为主机下降做好准备；在铺设钢板上布置顶推支座，安装液压油缸用以提供主机调头过程中所需的推力；在接收架的四角焊接4 块牵引耳板，用以配合卷扬机拽拉主机，卷扬机在主机调头过程中起到精准调向，利用油缸与卷扬机配合的方式进行主机调头可提高作业效率、安全性和准确性。

3.5 主机与后配套分离

为做好主机与后配套分离和之后的组装工作，需提前做好以下工作：调整管片拼装机的位置，使拼装机抓举梁前移、定位机构位于设备的正下方；通过旋转螺旋输送机，将螺旋机内部渣土清理干净；利用盾构推进油缸进行顶推，将主机往前移动至完全处于接收架上；在管片车上焊接支架，对牵引杆、桥架、前端皮带机等部件进行支撑；断开主机与后配套之间水、电、液管线之前，各类管线应做好编号，并做好清洁防护工作。

3.6 主机调头

主机调头通常有整体吊装法、分体吊装法、滚珠盘移动装置与主机及接收架整体式与钢板摩擦进行转向移动、船型滑带与主机及接收架整体式与钢板摩擦转向移动。在封闭的车站内，由于吊装受限及成本考虑，建议采用主机与接收架整体式转向法（底部铺设船型滑带）以实现盾构的暗调头。除了通过油缸顶推，建议配合卷扬机拽拉的方式以实现主机调头过程中转向、位移的精准控制。

3.6.1 调头准备

由于盾构接收井口的高度往往与盾构接收时的实际需求不匹配，项目施工人员通常是采取调整接收架的高度来实现盾构的正常接收，但是作为盾构的暗调头项目，此时通过增加接收架的高度势必会造成主机在调头的过程中重心较高，具有较高的安全隐患，因此通过增加接收架的本身高度以实现盾构的暗调头项目主机接收的方式是不推荐使用的，建议在接收架底部增加垫高支架的方式以实现接收架高度的调整。为了减少主机在调头过程的摩擦阻力，建议将接收架的垫高支架更换成船型滑带，置于调头钢板平台上。为实现将接收架的垫高支架更换成船型滑带，可以通过多次油缸顶升-更换低规格搁凳-主机与接收架高度下降等周期性工作来实现。但因顶升油缸的有效行程较小，除需提前备置液压泵站、顶升油缸之外还需备置顶升用多规格搁凳等材料。

3.6.2 调头过程

图4 主机调头初始状态示意图

如图4 所示，首先在接收架尾部布置顶推支座，使用顶推油缸将盾构主机从位置1 推至位置2。之后在上行线路车站内侧布置2 台5t 的卷扬机，卷扬机的侧板与井壁上的预埋件焊接固定，底板与铺设的钢板进行焊接固定；将两根顶推油缸及支座布置于接收架左侧；将卷扬机通过钢丝绳、四轮起重滑车与接收架上的牵引耳板进行连接；待各受力位置调整后，通过顶推油缸的顶推与卷扬机辅助调向的方式对其进行调头。

如图5 所示，按照预设置的路线对主机进行顶推并辅以卷扬机的调向，盾构主机的位置2 转移至位置3。之后变换2 号卷扬机位置，将其布置于下行线路左侧，调整钢丝绳的节点绕行轨迹，顶推油缸的位置随盾构姿态变化进行调整，按照预设置的路线，将盾构主机从位置4 移至位置5，如图6 所示。为满足盾构再次始发标高的要求，需对主机进行顶升，并逐步升高搁凳直至将接收架底部的船型滑带更换成垫高支架，完成盾构始发标高姿态的调整，盾构主机与后配套临时连接就位后进行再次始发。

图5 主机调头中间状态示意图

图6 主机调头最终位置示意图

3.7 后配套调头

由于调头区域工作井长度与盾构主机长度相近，后配套桥架及拖车无法到达接收井端头，待主机再次始发掘进至拆除负环后再依次进行后配套调头工作。后配套拖车、桥架调头采用底部安装4 处万向轮对，并辅以卷扬机拽拉进行调头工作。待负环拆除结束后，后配套依次移至车站内，并将主机与后配套之间水、电、液管线进行连接，整机组装调试完毕后，恢复盾构的正常掘进。

4 结论及展望

本文结合苏州市轨道交通5 号线09 标盾构在通园路封闭车站内的暗调头施工实例，研究了盾构在封闭车站使用油缸顶推与卷扬机调向进行暗调头技术。实践证明此暗调头技术在封闭式车站施工环境下具有安全与质量可控性好、施工工期短、施工成本低等优势。

此封闭式车站盾构暗调头技术与以往暗调头技术相比，具有位移姿态控制好、位移点位少、施工效率高、施工周期短等优势，可作为其它类似封闭式车站盾构暗调头施工项目的参考。但是考虑到未来施工技术的发展与施工环境存在的差异性，设计师仍需根据实际施工条件出发，从安全、质量、成本、工期等多方面考虑，科学合理地制定相应的技术方案。