“牛腿式”盾构机过站平移技术

“牛腿式”盾构机过站平移技术

覃卫诚

广州轨道交通建设监理有限公司 广州 510030

摘  要   盾构机平移是历年来工程界研究的课题，如何保证盾构机在长距离、大台阶等场地成功高效的完成平移，是研究的目标。本文通过利用了“牛腿式”盾构机台阶平移技术，在170米长距离及30公分大台阶上高效的完成了盾构机平移，解决了以往盾构机平移方式中不能一步到位的问题。

关键词   盾构机 牛腿 台阶 千斤顶 平移

1工程概况

南宁市轨道交通三号线一期工程02标11工区青秀山站-市博物馆站盾构区间自市博物馆站北端头始发，穿越龙提路、彩凤路，下穿邕江至邕江北侧，沿青山路北行，到达青秀山站接收。左线盾构机及拖车需空推过站（约170m），主机平移至青秀山站1#风亭吊装井拆机吊出，拖车在小井口旋转吊出；右线盾构主机空推过站，并且90度右转弯平移至横通道，在青秀山站1#风亭吊装井拆机吊出（车站长度约170m），后配套拖车分7节，后退至市博物馆站始发站吊出。

2工程特点

盾构机平移过站车站主体已完成施工，空间为宽9m，高8m，满足盾构过站要求。盾构到达吊出井口尺寸大小为7.5m×5.5m，井深60m，由于车站设计原因，车站扩大端比车站直线段高程偏低约30公分，左线要到达吊出井口必须平移上这30公分的台阶后再直线平移170米过站到达指定吊装位置。按照以往盾构机平移方式，在托架底部垫钢板打黄油减小摩擦后，利用千斤顶顶进即可在水平面上平移，而本次平移重难点在于盾构机如何上30公分的台阶后到达车站水平直线段平移，如图1：

图1 盾构机平移线路示意图                     图2  盾构机平移过站示意图

3平移思路分析

前面所述本次难点在于盾构机如何上30公分高的台阶。通过对现场勘查，思路一是通过在扩大端头铺设砂石料，使30公分台阶化为缓坡度，然后铺设钢板，然后盾构机沿钢板斜坡网上平移，慢慢平移至车站直线水平段。此方法有一定的可行性，但由于扩大端内存在两个集水井，将扩大端及集水井回填成与车站直线水平段有一定坡度，需要较大的砂石料及钢板，运料口深60米，且车站未完全移交场地，吊装口及龙门吊与车站交叉使用，由此运料、铺设及清理消耗工期较长，工作量也大；思路二是既然要使盾构机上台阶，那就使盾构机增加支腿整体提升，通过移动底部托架向前，再利用盾构机回落至托架上，利用托架上的千斤顶将盾构机前移，再提升盾构机，再移动托架重复前进，到达盾构机上台阶及平移过站的目的。此方法需要在盾构机上焊接四个牛腿，四个200T千斤顶（另配置2个备用）及卷扬机一台等即可完成盾构机上台阶及平移过站的目的，耗时少工序不繁琐。

综合以上分析，结合盾构机平移过站及拆机吊装工期的要求，思路二具有优越性，决定采用思路二进行本次盾构机上台阶及过站平移施工，如图2。

4盾构机平移上台阶及过站

4.1平移施工准备

1、盾构过站施工和接收端工作环境位于车站暗挖段，盾构过站施工作业中需用的接收托架、钢板等大件材料设备由底板运输至接收端。

2、在到达端平行铺上4块9m×2.0m×2cm的钢板，打好坡口并相邻边焊接在一起并打磨光滑作为“接收托架—盾体”左右方向平移的基础。

3、在托架底下加焊2块9m×2m×2cm的钢板，以加强托架在平移过站过程中的整体性，使其有足够的强度；在到达前将改造后的接收托架安装固定到位，准备盾构机出洞，作为盾体到达接收和过站的载体。

4、车站底板需提前将底板过站区域平整，确保盾构机过站无阻碍。

5、200T液压千斤顶6个（其中2个备用，盾构机主机整体重约318T，因此4个200T千斤顶满足顶升盾构机要求），卷扬机一台，液压泵站一台。

4.2盾构主机上接收托架，主机水平横移

1、在盾构机出洞上托架后，断开盾体与后配套系统台车的连接，再将盾体与托架焊接成整体，在盾体两侧相应位置焊制4个牛腿平台，作为200T千斤顶着力面。此外，为确保过站过程中盾尾不会出现较大的变形，在过站前需用100mm的H钢焊制“米”架或者“井”字架以加强对盾尾壳体的支撑。盾体外侧四个牛腿需精确定位，确保盾体在顶升的过程中前后、左右均能平衡，保证施工安全。牛腿钢板厚度为δ30mm，内部筋板结构不低于δ20mm，牛腿制作时钢板必须打深度为45º坡口，焊接时采用V71药芯焊丝，每道焊接必须用角磨机将焊渣清理干净。

2、在盾体上托架且其他所有准备工作均完成后可以进行盾体部分的水平平移作业，即将“盾体—托架”整体平移1.35米，以满足盾构机过站对车站侧墙尺寸的要求。托架与盾体焊接固定后，拆除托架与侧墙的固定连接，使“盾体—托架”整体在钢板平台为自由状态，然后在盾体平移方向的另一侧钢板平台上安装焊制反力支撑点，在2个80T液压千斤顶的作用下，使“盾体—托架”整体在钢板平台面上水平移动。在旋转阶段，重新布置接收架底部与接收架中线成45度斜角，推动盾构机向指定方向旋转，调向通过调整两边的油缸推力来实现。

3、钢与钢在无润滑剂的情况下其滑动摩擦系数为0.15，在有润滑剂的情况下其滑动摩擦系数为0.05～0.1，按0.15计算则可以计算出最大动摩擦阻力。已知，“托架—盾体”最大总质量M约为360T,摩擦系数f取0.15，则有推力：F=f·M=0.15×360=54T。

因此，两个80T液压千斤顶及配套液压站提供的推力完全满足平移中的动力需求。常用材料的滑动摩擦系数见表1。

此外，在平移过程中还需注意以下几点：

（1）相邻钢板间需打坡口，堆满焊后需用砂轮机打磨，确保钢板平台面的平整；

（2）根据平移液压千斤顶的行程及性能，确定反力点的合理位置；由于平移液压千斤顶行程为600mm,在平移过程中可加垫400mm的正方体垫块，因此一次平移最大量为1米，故平移到位需先后进行两次平移及反力点位置的固定；

（3）在平移前需对托架进行加固，使其满足在平移过程中稳定可靠；在平移千斤顶接触面需重新加固，保证在平移中不会出现较大的变形；

（4）在平移过程中，适时的在钢板摩擦面涂抹润滑油脂，减少平移中的摩擦阻力；

（5）由专人操作液压站，液压油缸必须安装液压锁以防止油缸及油管泄露，换向阀必须为六联换向阀，要求在顶升过程中为防止油缸不同步，避免倾倒可单独控制每个油缸行程。在平移过程中严密关注托架受力情况，一旦出现问题，立即停止液压千斤顶的动作。

图3 牛腿焊接及千斤顶安装图4液压千斤顶正在工作  图5托架移动距离不超过1.5米

4.3主机上台阶及直线过站

1、在盾体两侧相应位置焊制4个牛腿平台，作为200T千斤顶着力点，如图3。

2、在“托架—盾体”完成左右平移后，解除主机和接收托架水平移动时焊接部位，保证两部件不一整条。动作4个顶升千斤顶，使其缓慢作用于千斤顶铺设的路基板上，将“托架-盾体”缓缓升起至30cm的高度，停止顶升。然后在站台内托架前方两侧各铺设1块9m×2.0m×20mm的钢板，保证托架在钢板上行走。后使用卷扬机拉出托架向前1.5米，顶升油缸慢慢释放，放下主机到接收托架上，再使用托架上安装的左右两个80t千斤顶顶盾体在托架上相对前移，如此反复到达拆机吊装井口。

经现场勘测，左线接收端头底板与1号风亭吊装井底板两端相差约0.3米，在盾构机步进过程中将采取放缓坡度方式，将底部铺垫渣土后铺设钢板以保证盾构顺利步进。

5注意事项

牛腿式盾构机平移过程中最需要注意的是保持盾构机的整体平稳性，防止盾构机倾覆。一是必须确保四个200T千斤顶油压、行程的精确度，在使用前必须对千斤顶油压及行程校对（包括备用千斤顶），确保四个千斤顶正常工作；二是检查液压泵站的正常工作，液压管路必须完好，避免受碾压、破裂等情况，造成千斤顶供力不足等情况；三是四个千斤顶必须是具备撤力后能够自动上锁功能，也就是说当我不对千斤顶供力时，千斤顶自动锁住当前的行程，防止在个别千斤顶故障时千斤顶伸缩长度不一，盾构机重心偏移失稳；四是在平移抽拉盾构机底部托架时，必须控制好卷扬机，单次抽拉不能超过1.5米，要确保盾构机大部分身躯处于托架上，平移过程必须严格按照设定的方式步骤进行，专人指挥，上一道工序完成方可进行下一道工序施工。

6总结

在本次盾构机平移整个过程中，工序安排合理得当，作业人员认真负责，平移施工顺利完成。左线盾构机完成平移历时7天，右线盾构机完成平移历时9天，比预想工期提前2天，避免了与车站长期交叉作业，在工期紧张的情况下给盾构机吊出专场节省了时间。

参考文献

[1]  《隧道建设（中英文）》（2007年第04期）

[2]  《地铁工程技术及典型案例分析》（2013年版）