盾构机过站施工技术
内容提要：盾构机过站施工技术性要求很高，在保障安全的情况下做到顺利通过。同时盾构机通过长为125.9m的官洲站用时的长短影响到广州轨道交通四号线大学城专线【仑头～大学城盾构区间】土建工程的整个工期。合理的施工技术能够缩短工期，本工程所采用的施工方法仅用了15天时间就完成了盾构机的到站、站内移动、二次始发、设备维修等工作，创造了广州地铁施工中最快的过站施工速度。本文介绍了盾构机通过官洲站的施工技术。
关键词： 盾构机 到站 站内移动 二次始发 施工技术
1简述 1.1 工程概况
广州轨道交通四号线大学城专线【仑头～大学城盾构区间】土建工程，北起广州市仑头村后底岗盾构始发井，经仑头村穿越仑头海至官洲岛，通过官洲站后经官洲村、官洲河，至大学城结束。盾构法区间单线隧道长为2301.3m。盾构机过官洲岛时要穿过主体结构已经完成的官洲站。官洲站起点里程YDK17+608.8,终点里程YDK17+734.7，站内盾构机通过空间为高7.15m、宽8.3m箱式结构，车站长125.9m，线路中心线距主体侧墙2.2m。
仑头～大学城盾构区间施工过程中，盾构主机及后配套台车将经过车站底板到达大里程端后组装、始发继续向前掘进。这里需要解决盾构机到站、站内移动和二次始发的有关方面的问题。难点：由于车站内空间狭小，设备安装及人员作业困难，致使盾构机盾体部分与后配套台车部分要解体，解体后的盾构机盾体部分要横向移动并纵向推移，后配套台车上部分部件要改变安装位置。
1.2 过站名称解释
1.2.1 盾构机过站是指盾构机在整个盾构施工项目中经过一个已经建好的车站而需要进行的所有工作，包括盾构机的到站、站内移动、组装、调试、二次始发等。
1.2.2 盾构机的到站是指一边力求围岩的稳定，一边使盾构机在设计的隧道中心线上推进到达车站，之后，从预先准备好的洞门，把盾构机的主体完全推离出洞门步上托架为止的作业工序施工。
1.2.3 盾构机的站内移动是指盾构机主体及后配套台车经过车站内空间从盾构机的到达端到盾构机的始发端之间移动的一系列作业。
1.2.4 盾构机的始发是利用反力架和临时拼装管片等提供反力从始发出口贯入围岩、沿规定的
路线开始掘进作业施工工序。
1.2.5 二次始发是指盾构机在盾构始发井已经进行了一次始发掘进，过站工作完成后又要进行所有始发掘进的工作，故称为二次始发。
2 盾构机过站前期工作准备
2.1 盾构机到站前一个月，加固好车站两端的洞门土体，以保证加固体的强度满足盾构机进、出站安全。在加固后的土体强度期到时要在加固体范围内进行钻心取样，用以检测加固后的土体是否满足盾构机通过不致坍塌需要。
2.2 必须做好测量准备工作，加大人工复测密度用以复核盾构机上的VMT导向系统是否正确来确保贯通测量准确无误，来指导盾构机能够按照设计的隧道中心线顺利出洞；
2.3 盾构机到站前20天，开始进行盾构到站的一切准备工作，包括车站内底板的清理、接收托架的到位安装、横移钢板的安设、纵移平台的制做、反力架的准备、相关机具准备及对盾构机维修保养的准备工作等。
2.4 盾构机到站的洞门破除工作在盾构机到站前10天开始进行，先凿除洞门维护结构的外层，留最后一层钢筋以保护土体的稳定。最后一层钢筋的破除在盾构机刀盘露出来接近钢筋后进行，防止土体坍塌确保到站安全。
2.5 在盾构机盾体部分移到位后，利用盾构机主机在始发端内维修保养期间，铺设好站内的运输轨道。站内轨道采用枕木架高铺设，之后将连接桥及1-5号台车移到始发位置，提前要进行枕木以及钢枕、钢轨等材料的准备工作。
2.6 准备好盾构机主体与台车之间拆解需要的所有工具及材料，以及支撑连接桥前端可移动的钢支架。
3 盾构机到站施工 3.1 施工流程 盾构施工流程见下图：
端头加固 洞门凿除 托架安装与固定 掘进参数的调整 洞门密封安装 掘进方向的控制 到站段的掘进 渣土清理 贯通后步上接受托架
3.2 施工方法 3.2.1 官洲站端头加固
采用旋喷桩、搅拌桩及袖阀管注浆加固方式对官洲站南北端头进行加固，加固范围为从车站主体围护结构起6m×20m内。
3.2.2盾构机推进至最后50～100m时，加大密度进行贯通前的测量工作，复检盾构机所处的方位，确认盾构机姿态，以便保证盾构机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好正确的姿态到站，准确无误的步上盾构机接收托架上。
3.2.3 在洞圈处安装好橡胶止水帘布、B板及折叶压板等组成的密封装置，作为盾构机到站时盾构机推出土体阶段临时的防水以及防止填充管片与土体间隙的浆液外泄保障措施，与此同时做好接收托架的安装与固定的准备工作。
3.2.4 盾构机到达进站时，要减少刀盘对土体的扰动确保洞门土体稳定防止坍塌，采用空仓敞开式掘进模式慢速进行推进，刀盘转速及掘进推力均相应减小，其中推进速度应控制在5～15mm/min以内，推力控制在500t左右，刀盘转速控制在1～1.5rpm。在即将破洞时，尽量通过螺旋输送机掏空土仓内的泥土，使盾构机正面土压力降低到最低值，保证盾构机在小推力的情况下可以前进，同时也为了减少盾构机进站时渣土的清理量，提高施工速度。
3.2.5 当盾构机掘进至刀盘露出土体后，清理干净盾构机推掉的渣土并割除最后一层钢筋，测量盾构机的准确位置，根据盾构机的即时位置来调整托架的安装位置并进行固定，用以确保接收盾构机的准确性。
车站内衬墙车站中板加固体管片洞门破除体盾构机车站围护墙 图 到达之前3.2.6 盾构机刀盘前推落的渣土清理完成后，盾构机应尽快连续推进和拼装管片，确保管片环间推力，在托架与盾体相互之间设反力点，提高盾构机前进时的反力，防止到站时接近洞门的管片压紧力不够而导致漏水，并尽量缩短盾构进站时间，减少水和土体及浆液的流失。洞圈零环管片拖出盾尾后，必要时采用二次补注速凝浆液将管片和洞圈的间隙进行填充，以防止水土流失造成地面沉降甚至坍塌危险。 盾构到站前示意图 车站内衬墙加固体车站围护墙 图 盾构到达时4 盾构机站内移动施工 4.1 盾构机主要部件的结构尺寸 盾体包括刀盘的装配长度：8.5m 盾构机解体后刀盘面板距离螺旋输送机尾长度：11.4m 盾构到站时示意图 盾体直径：前盾 6.25m 中盾 6.24m 尾盾 6.23m
后配套台车尺寸参数： 一号台车长度为11.08m、台车左侧主控室外边缘距设备中心线2.47m、台车右侧砂浆储存罐上的液压距设备中心线2.25m； 二号台车长度为12.6m、左侧泡沫桶存放底座外边缘距设备中心线2.38m、右侧部件外边距设备中心线在2.15m内； 三号台车长度为10.32m、左右两侧的部件距设备中心线都在2.15m内； 四号台车长度为10.32m、台车左侧空压机（两台）外边缘距设备中心线2.45m、左侧储气罐距设备中心线2.5米、右侧变压器接油槽外边缘距设备中心线2.40m、右侧高压电缆卷筒外边缘距设备中心线2.45m； 五号台车长度为13.4m、左右两侧尾架作业平台外边缘距设备中心线2.52m、右侧进排水管卷筒外边缘距设备中心线2.45m。
4.2 官洲站站内移动条件
根据官洲站设计图纸，盾构机过站时在结构尺寸方面要求下要做以下工作：
4.2.1 站内底板结构上预留的风道侧墙钢筋要折伏到车站结构底板上，折筋曲线顶端距车站结构底板高度要小于120mm，伏在两侧适当位置 (根据托架结构确定)。辅设两条δ=20mm钢板，在每条钢板上固定三条钢轨（要保证轨面处于同一平面）作为盾构机的纵移基础底座（见下图）。
钢板重轨钢δ=20钢板托架与导轨纵面图
托架与滑轨纵面图4.2.2 线路中心线距车站标准段侧墙2.20m，盾体直径为6.25m，盾构机在车站内移动时，考虑盾构机盾体与侧墙之间需有至少200mm的间隙，为安全将盾构机横移1.3m。同时为了盾构机始发时后配套台车过反力架时不发生干涉，连接桥和台车能够顺利通过反力架，采取设备中心线与隧道中心线在同一竖直面内的方法，这样就要将台车上外边缘距设备中心线距离超过2.15m的部件向内移动，保证台车上的部件外边缘距侧墙有5cm的间隙，在盾构机完全进入隧道后再平移回到原来的位置。
4.3 站内移动方案与程序
盾构机站内移动时要将盾体与后配套台车进行解体，盾体采用整体搬运方式，用两台85T千斤顶顶推横移1.3m之后再进行顶推纵移；后配套台车过站直接通过先行铺设的轨道进行整体拖运。具体见下图。 盾构机盾构机 盾体过站平面图 盾构机过站正断面图 盾构站内移动具体施工程序： 盾构接收托架的安装、固定 盾构步进至接收托架上
主机与后配套解体 主机和托架横移 固定主机准备顶推 盾构机站内移动 设备检修及部件更换 铺设后配套行走轨道 后配套站内移动 盾构机横移始发就位 连接盾构机及后配套 盾构机站内移动完成 盾构站内移动施工程序图
4.4 站内移到施工步骤 4.4.1 盾构机解体
当盾体在到达端完全步上托架后盾体与托架进行焊接固定，同时马上进行盾构机盾体部分与后配套台车部分分解工作，盾构机分成两部分进行站内移动。
4.4.2 盾体横移
根据官洲站的结构尺寸及盾构机盾体尺寸计算，在盾尾距洞门（零环端面）预留15cm净空的情况下，左右线均可安全驶出洞体实施横移。
盾体总重不大于350吨，有润滑钢对钢的滑动摩擦系数小于0.1，需要的推力大约为35吨，考虑其它不利因素在内通过两台85T千斤顶顶推横移及纵移完全可以实施。
在车站底板上，盾构横移拖运路线范围内按托架宽度均布铺设固定四条长7000mm、宽2000mm、厚20 mm的钢板，钢板下部用黄砂找平压实。托架底部纵主梁底面焊接两条宽1000mm、厚20mm的钢板，托架底部中间连接处纵向焊接一条宽500mm、厚20mm的钢板。钢板接缝将做特殊处理，以确保拖运成功。钢板表面涂抹黄油进行润滑。
盾体完全驶入接受托架（即为盾构二次始发托架）并使盾体与接受托架固定后，盾体与后配套系统解体，期间可对盾构机进行初步检查以便为盾构机维修做好充分准备。盾体过站采取与托架一起搬运的方式进行。由于站内侧墙距线路中心线距离为2.2m，首先在钢板相应位置处（靠近盾体重心）前后两侧焊接千斤顶支撑点，利用千斤顶在钢板上横向顶推托架，使其横移1.3米，如下图
所示。 官洲站横移平台琶洲塔站过站轨道 盾构横移施工示意图一 盾构横移施工示意图二 4.4.3 盾体纵移 盾体横移到位后，在盾体上左右两侧各焊接两个200T电动液压千斤顶的基座，基座位置左右距始发托架中心2260mm，前后距盾构机重心（距刀盘面板2675mm）位置1000mm。然后装上四个千斤顶，将盾体顶升200mm（千斤顶位置见示意图），将纵移平台穿入托架底架。
200T千斤顶布置图
纵移平台是由宽1000mm、长13m、厚20mm的两条钢板组成。两条钢板前端用两个20a工字钢对焊连接并在梁中间焊接牵引环，两条钢板后端用宽200mm的槽钢连接，用于保证两条钢板能够同时前移使用。每条钢板上焊接三条43重型钢轨，靠近外侧的两条钢轨打孔作为千斤顶反力座的固定点（穿销子固定）来提供反力，左右两条钢轨孔位对称防止千斤顶顶推时左右不均，用于固定反力座的孔两个一组，每组间距为30cm (千斤顶行程为35cm)共有6组。
利用两台85T千斤顶将盾构机沿隧道方向顶推纵移（见示意图）。当盾体每向前移动3m时，用四台200T电动液压千斤顶将盾体顶起（托架与盾体固定为一体），利用前端安装的一台5T卷扬机将纵移平台前移3m。如此循环操作，直至始发托架前端距始发端内衬墙面1米左右处。
千斤顶支撑纵移平台托架盾构机
盾构机纵移顶推图
官洲站琶洲塔站
盾构纵移施工示意图
4.4.4 盾体就位
盾体顶推至官洲站南端，当始发托架距始发端内衬墙面1m左右后，撤出纵移钢板轨道，采用与进站后横移同样方法将其横移至盾体轴线与隧道轴线重合。在隧道轴线上对准盾体位置后，开始固定始发托架，要求在铺设横移钢板时就考虑好始发端的盾体中心比设计隧道中心线高25mm，预防盾构机始发时低头造成的不良影响。
盾体顶推过程施工大概需要4天左右。
官洲站大学城站
盾构横移就位施工示意图 4.4.5 后配套过站 在盾体过站后，在车站底板上铺设后配套台车走行轨道，该轨道与隧道内台车走行轨道对正连
接在一起。后配套台车通过电瓶机车将其牵引就位。由于站内侧墙距线路中心线距离为2.2m，台车上部分部件外边缘距线路中心线距离经向台车内侧横向移动后小于2.15m。保证在有效的限界情况下，运行轨道为直线，提高了施工进度又保证了以后的运输路线不必改动，在二次始发完成后再将移动的部件重新安装到原来的位置。
官洲站后配套台车二后配套台车一反力架支撑（Φ608钢管）始发反力架钢圆环大学城站
盾构机与配套台车就位示意图
台车行走路线铺设
5 二次始发
在盾体就位完成后进行反力架架设安装并固定，同时进行后配套台车与盾体的连接工作。所有部件连接完成之后进行盾构机检修调试工作，在确认设备能够正常运转工作后开始拼装负环管片进行二次始发工作。
6 主要使用材料及工具 （1） 千斤顶 200T 4台 （2） 千斤顶 85T 2台
（3） 液压站 50MPa 2台（一台为复合式）
（4） 卷扬机 5T 、3T 各1台 （5） 电焊机 BX3-300 5台 （6） 气割 3套 （7） 电瓶运输车 2列 （8） 43钢轨 12.5m 6根
（9） 钢板 4500 * 800 *20 mm 2张 (焊接托架底) （10）钢板 4500 * 500 *20 mm 2张 (焊接托架底) （11）钢板 1000 *6500 *20 mm 4张（纵移垫板） （11）钢板 宽2000 长7000 厚20 mm 8张 （横移垫板） （12）撬棍 6根 7 施工注意事项
7.1 在各项施工前，必须对所有参与施工的人员进行安全技术交底。
7.2 做好个人防护，进入施工现场人员戴好安全帽，当班人员穿工作服，戴工作手套。从事2米以上高空作业，系好安全带。设专职安全员负责各种设备和施工过程中的安全隐患检查工作。
7.3 现场照明设施齐全，配置合理，经常检修，保证正常的生产。
7.4 施工现场所有用电设备，按规定设置漏电保护装置，禁止自拉线或拆装用电设备。定期检查，发现问题及时处理解决。
7.5 全过程设专人指挥，在过站的全过程中测量人员进行全程监控，包括指导盾体的移动。 8 结论
盾构机过站是现在隧道施工中必不可少的一部分，盾构机过站的形式和方法多种多样，但过站的主要目的都是希望盾构机能够快速、安全顺利地通过车站结构继续掘进。实践证明，我单位利用纵移平台和四个200T，二个85T千斤顶交替循环工作完成盾构机的纵移是十分有效的方法，具有盾构机纵移方向易于控制、设备简单等许多优点，同时大大缩短了工期。
参考文献： 盾构法隧道施工技术及应用 周文波 中国建筑工业出版社
盾构隧道新技术 中铁西南科学研究院 机械设计手册 成大先 化学工业出版社
