摘要：国内的城市地铁施工，区间隧道的掘进已经被更安全、更高效、更环保的机械法施工逐渐替代传统的矿山法，由于地铁区间较短，用于区间掘进的盾构机或者TBM往往需要多次过站，以提高掘进设备的利用率。双护盾TBM能否实现快速过站，是影响双护盾TBM施工效率的关键工序。青岛地铁2号线使用双护盾TBM进行施工，在国内地铁工程中尚属首次，本文结合青岛地铁2号线施工实例，总结和分析双护盾TBM在城市地铁工程中的过站施工技术，为其它类似工程提供借鉴。
关键词：城市地铁 双护盾TBM 过站 施工技术
1.双护盾TBM结构组成
双护盾TBM是全断面硬岩隧道掘进机（TBM）其中一种机型，由主机、设备桥及数节后配套台车组成。其中，主机部分主要由刀盘、前盾、伸缩盾、支撑盾及尾盾组成。用于青岛地铁2号线的双护盾TBM刀盘开挖直径为6300mm，主机长度为12m，整机长度为135m，设备最小转弯半径为R250m（空推状态下）。
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2.双护盾TBM过站方式
双护盾TBM过站方式可以分为整机过站、分体过站以及主机转场过站。
（1）整机过站，即TBM主机与后配套台车不进行分离，整机同步空推通过车站；
（2）分体过站，即将TBM拆分为两部分，主机与后配套台车分别空推通过车站；
（3）主机转场过站，即将主机由车站的一端，拆解吊出后转场至车站的另一端进行组装，后配套台车直接空推通过车站。
通常来讲，整机过站方式是施工效率最高，施工风险最低，也是最经济的过站方式。但是，是否能够采用整机过站的方式，还受车站的土建结构形式等因素的影响。
3.双护盾TBM过站施工技术
青岛地铁2号线，利津路站为2层明挖车站，双护盾TBM自始发井向利津路站掘进，空推通过利津路站后，将继续进行掘进施工。下面以利津路站左线TBM过站施工为例，分析总结整机过站方案的确定及优势。
3.1双护盾TBM过站方式选择及分析
利津路站平面图如图2所示，线路中线距离车站标准段侧墙为2.55米，TBM刀盘直径为6.3米，则TBM若沿线路中心将与车站标准段侧墙发生干涉。通过模拟，TBM通过车站标准段时，需要将TBM的空推线路往车站内侧偏移0.8米，此时，TBM刀盘与标准段侧墙距离为0.23米，TBM可以正常通过车站。
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图2 利津路站平面图
确定了TBM通过车站标准段的空推线路后，开始分析确定TBM进站后，在端头扩大段如何偏移空推线路中线，过渡至标准段内。经过分析与讨论，提出了两个方案思路。
方案一：扩大段内平移法
（1）TBM主机沿线路中线正常接收，整机沿掘进方向空推进入车站。
（2）待主机部分完全空推进入车站端头扩大段内后，将主机与后配套部分连接断开。
（3）使用外加泵站及液压千斤顶，将主机部分整体平移至标准段过站线路中线（向车站内侧平移0.8米）。
（4）使用外加泵站及液压千斤顶，将主机空推至车站大里程扩大段内，再将主机部分整体平移至线路中线（向车站外侧平移0.8米）。
（5）使用外加泵站及液压千斤顶，将主机空推至车站大里程始发导洞内。
（6）随着TBM主机的空推过站，将后配套台车及列车编组的轨道往前延伸，待主机到达车站大里程始发导洞后，采用列车编组将后配套台车整体推至主机后并完成整机重新连接。
（7）开始TBM二次始发掘进。
通过分析研究以及查找类似方案工程实例，本方案施工效率较低，空推进尺约为10～15m/d，同时，本方案实施过程中需要先将TBM主机与后配套台车连接断开，过站后需要重新恢复连接，且需要平移主机两次，施工难度及风险较大。
方案二：整机曲线空推法
通过对方案一的深入分析，发现该方案需要将TBM分体后单独空推，过程中需要对TBM主机两次平移，且需要外加动力，施工难度大，施工效率低。在对双护盾TBM主要参数以及车站结构进行了深入研究后，提出了整机过站的设想并着手研究具体施工方案。
考虑到空推状态下，TBM的最小转弯半径为R250m，为了使TBM曲线段空推更顺利，设定TBM过站时线路曲线半径为R350m，沿车站标准段过站线路中线，推导出连接区间线路中线的S形曲线见图3所示。S形曲线与区间线路中线重合处，距离车站端头接收洞门16155mm，为了不影响地铁运营线路调整，采用传统钻爆发施工长度为17米的接收导洞，导洞中线便宜线路中线200mm，可满足施工S形过站线路。车站大里程S形曲线采用同样的方法施工。
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图3左线过站S形曲线模拟图
提出S形曲线整机过站初步方案后，采用solidworks三维绘图软件，建立双护盾TBM及利津路站1：1三维模型，导入过站S形曲线并进行三维模拟，TBM在通过S形曲线时，并未与车站结构发生干涉，安全距离充足，满足施工要求。
通过对比分析两个方案的施工效率、施工难度及费用等因素，综合考虑，确定方案二为最优方案予以采用。
3.2双护盾TBM整机曲线过站施工关键技术
3.2.1双护盾TBM空推反力设计
双护盾TBM空推过站，动力来源的确定是首要前提，如何为TBM空推提供反力，是TBM实现快速空推过站的关键因素。国内TBM施工先例，大多采用专用工装来实现TBM的快速空推，例如：兰渝铁路西秦岭隧道，制造了专用工装——步进机构，采用弧形钢板+滑行支撑架及举升、推进系统，实现TBM的快速空推步进[2]，由于该步进机构造价高昂且组装较为复杂，适用于长距离空推施工。考虑到本工程单次空推距离较短，对该步进方案进行了优化，采用混泥土弧形导台预埋2条43kg钢轨代替弧形钢板，制作钢制反力架插装入弧形导台预留插孔为TBM空推提供反力，可以实现TBM沿弧形导台快速空推。空推反力架、弧形导台见图4、图5所示。
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图4空推反力架 图5弧形导台
反力架制作要点：反力架采用方钢焊接制成，在方钢内部灌注混泥土，提高反力架整体强度及耐久度，为TBM快速空推提供了动力保障。
弧形导台施工要点：弧形导台采用混凝土提前浇筑，导台混凝土浇筑前，须提前架设钢轨及预留反力架插孔（见图6所示），钢轨根据空推线路进行线形严格控制，预留插孔的敷设精度误差应控制在±5mm以内，否则将影响反力架安装从而降低TBM空推效率。
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图6钢轨及预留插孔敷设 图7传力管片
3.2.2双护盾TBM空推动力
为实现TBM快速空推过站，完成空推反力系统设计后，将考虑TBM空推的动力来源。通常，可以采用TBM自身的推进系统和外置推进系统。外置推进系统需要额外准备液压泵站和液压千斤顶，考虑到本方案采用TBM整机空推过站，TBM自身的辅助推进系统可以直接利用，且操作方便，所以不采用外置推进系统。
双护盾TBM有两套推进系统，分别为主推进系统和辅助推进系统，空推施工中，我们将利用辅助推进系统，即在底部4根辅助推进油缸和空推反力架之间放置一块管片用于传递推力（见图7所示）。
4总结
本方案在利津路站空推施工中成功运用，我们将两台TBM在利津路站过站的空推速度进行了统计（见表1所示），两台TBM在空推利津路站时的平均速度：（48+48）/2=48m/d，最高空推达到了63m/d，实现了TBM快速空推过站，达到了预期目标。本方案中，TBM完成空推过站后，不需要再对TBM进行二次组装，可以直接开始二次始发掘进。本方案在城市地铁施工中，为TBM的快速空推过站施工开辟了新的思路，同时也将为类似工程提供相宝贵的施工经验。
表1双护盾TBM空推过站速度统计
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参考文献：
[1]地铁土建工程技术与管理实务[M].人民交通出版社股份有限公司，胡鹰，2018
[2]双护盾TBM的应用与研究[M].中国水利水电出版社，山西省万家寨引黄工程管理局，2011
论文作者:李南川
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：利津论文; 车站论文; 主机论文; 方案论文; 整机论文; 弧形论文; 线路论文; 《基层建设》2020年第2期论文;