龙华东

(中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北武汉 430074)

1 前言

全断面岩石山岭隧道城际铁路线路，为缩减项目工期，节约TBM拆装机成本，一般采用TBM空推过路基段和高架桥段的技术方案。目前，TBM在山岭隧道过站时，主要存在[1－3]:(1)山岭之间过站距离较长，弧形导台施工难度大，工期延长、成本增加，若遇过站路线呈曲线情况，过站难度会更大，所以常规的过站方法无法适用于山岭隧道间。(2)山岭地区环境特殊，过站平台的搭设具有一定的局限性，需同时考虑盾体和台车过站，平台搭设要求更高。(3)山岭隧道间一般存在高架桥，过站平台施工时，土方开挖回填以及平台搭设过程中可能会对桥墩基础造成破坏，而影响高架桥的稳定性。

国内很多学者针对TBM平移、空推等技术进行了研究探讨，朱朋金等[4]研发了一种新型液动移位装置，但该装置造价较高，对于平移地面平整度、强度要求较高，且隧道曲线适应性较低，存在优化空间；高鑫等[5]基于青岛地区双护盾TBM施工常用的设备型号及过站方式，深入研究、分析了不同机械过站方式；洪开荣等[6]全面分析了高黎贡山隧道采用TBM法施工过程中可能遇到的重难点问题；宋天田等[7]为解决始发场地狭小、空间受限问题，提出了一种分体始发技术。对于已有研究，由于现场情况差异很大，现有施工经验不能够直接运用。本文依托福州滨海快线项目，对全断面硬岩掘进机TBM整机空推过高架桥段技术进行研究，解决本项目实际问题。

2 工程概况

滨海快线2标段2工区大象山隧道、枕峰山隧道采用TBM施工，大象山隧道与枕峰山隧道之间有435 m高架及桩板段，过站段以“桩板结构－桥梁”形式连接枕峰山与大象山之间的低洼地段，小里程侧纵坡为28‰，大里程侧纵坡为4‰。其中桥跨结构为桩板结构、预应力混凝土简支梁及搭板，墩间设地下过水箱涵一座，下部结构主要为桩接托梁、墩台及承台结构，基础为钻孔灌注桩基础。因空推段距离长、坡度大、地基承载力不足等问题，给现场施工增加了极大的难度。

3 TBM过高架桥技术方案比选

3.1 TBM拆机分体过站

TBM山岭隧洞贯通后，对接收的TBM进行拆机，分体[8]运输到始发山岭隧洞位置，进行装机、调试，准备TBM始发工作。该方案工效低，拆装机成本高。

3.2 TBM在区间高架桥上过站

利用城际铁路高架桥，在高架桥上铺设TBM滑轨和滑动过站托架等装置[9]，在区间高架桥上进行TBM整机过站。该方案需要对高架桥的桥垮结构、桥台、桥墩等承载力和稳定性重新进行计算，安全风险大，过站成本高。

3.3 高架桥区间修筑路基过站

在城际铁路左右线高架桥中间，设计合理的挡土路基，在回填路基上铺设轨道和滑行系统，实现TBM的盾体和后配套台车分别过站。

针对该高架区间原状地形，该技术方案安全、工期、成本均可控，为最优的TBM过站技术方案。具体过站施工流程:高架桥桥墩防护挡墙施工、地基沉降监测、过站平台搭设、盾体空推平移、后配套台车整体过站等。

4 高架桥桥墩防护挡墙施工技术

4.1 防护挡墙

TBM过站路基填土挡墙沿枕峰山高架承台边线外扩1 m设置，挡墙基础宽1.5 m，高0.5 m，顶面与承台顶面平齐，墙身厚度0.3 m，高度根据具体施工段路情况设定，一般为2.9～6 m，施工完成后挡墙外侧采用回填土反压，可减少TBM盾构过站时对挡墙结构的剪切力[10]。

4.2 回填硬化

(1)边坡防护

为保证TBM过站便道路基的稳定性，对TBM过站便道路基边坡采用挂网及喷射混凝土进行防护。钢筋网片采用HPB φ8圆钢横纵互焊成型，网格间距200 mm×200 mm，网片搭接长度不少于1个网格的宽度，并与砂浆锚杆进行焊接牢固。钢筋网片在喷射混凝土第一层终凝后开始铺设，钢筋网与壁面间隙为30 mm。

喷射混凝土为C25，喷射厚度10 cm，分二次喷射，初喷厚度为4 cm。喷射作业应分段分片进行，喷射顺序由上而下；分层喷射时，后层喷射在前层混凝土终凝后进行[11]。

(2)过站便道浇筑

盾构过站便道为钢筋混凝土结构，混凝土为C30，厚度25 cm。防护挡墙示意图和实物图分别见图1和图2所示。

图1 防护挡墙

图2 挡墙施工实物

4.3 钢板及轨道铺设

TBM空推过站采用滚轮式托架，滚轮下方铺设43＃钢轨，轨道下方铺设钢板，减小轨道正在方的集中应力。钢板6 m×1.5 m×20 mm，轨道与钢板通过回形弹簧条连接，为节约钢板的使用量，采用分段铺设分段空推的方式，每次钢板及轨道铺设的长度为80 m，循环推进。为保证盾体空推时，轨道钢板及轨道顺利周转，在盾体前后各布置一个25 t吊车，分别进行钢板及轨道的拆除及安装，并通过电瓶车实现钢板及轨道由盾体后方转移至盾体前方进行铺设。

5 地基连续沉降监测

5.1 路基检测

便道路基回填完成后，对地基压实度进行检测，检测频率为每1 000 m2不少于2处，且不足1 000 m2时应检测2处，必要时可根据需要增加检测点，检测压实度≥85%方为合格。

5.2 预载模拟

(1)预压区

TBM空推前进行模拟试压，对承台及挡墙进行监测，判断对承台及挡墙的真实变化。选择挡墙高度最高、回填高度最高区域作为预压区，即左线12号承台和右线12号承台之间，直接反映承台位移变化。

(2)预压试验

盾体总重量为900 t，托架尺寸为12 m×6 m，选择900 t混凝土块进行加载，每块重量为2.5 t，共需要360块，堆放区域为12 m×6 m，每层可堆放60块，共6层，高度为4.8 m。

试验前，对左右线12号承台和挡墙布设监测点，每个承台分别布设3个位移和沉降监测点，靠近预压区的一侧挡墙各布设2个位移监测点。加载过程采用分级加载分次监测，第一次加载300 t，第二次加载600 t，第三次加载900 t，每次加载完成1 h进行观测各测量点的位移，并做好相应的记录；间隔6 h监测记录各监测点的位移量，当相邻两次监测沉降位移平均之差不大于1 mm时，方可进行后续加载。预加载试验如图3所示。

图3 预加载试验

(3)连续监测

为保证TBM过站施工的安全，承台位移控制值为5 mm，报警值为3 mm；挡墙位移控制值为10 mm，报警值为8 mm。盾体过站期间布置连续监测，实施监测数据变化，以便采取相应措施施加。

6 TBM过站关键技术

6.1 盾体过站托架

过站托架采用滚轮式过站托架，其包括方形钢托架和对称设置在钢托架长边两侧的行走机构，在钢托架上沿着长轴方向设TBM支撑架；行走机构设4个，2个1组对称设置在钢托架长边两侧。轨道支撑梁由4块钢板焊接而成，材质为AISI 1015钢，上部斜板与底板之间夹角为18°；轮组由连接板、固定架、轮子及插销组成，轮子材料为AISI 1045钢，轮子通过插销装配在固定架下端，固定架与连接板用销轴连接固定装配在一起。除行动轮外，增加了弹性平衡装置，可在混凝土基础上进行滑动，减少设备在平移过程中的晃动。托架如图4所示。

图4 托架

6.2 台车贝雷架

贝雷架高1.5 m，贝雷架基础3排一组，贝雷梁6排一组，贝雷梁每跨内间隔0.5 m布置一道 20b工字钢，组中贝雷架横向间距均为90 cm，以提高贝雷梁的横向稳定性(见图5)。墩身处，先在墩顶处安装三拼 30b工字钢，再继续安装后续贝雷梁及20b工字钢。基础采用6 m×1 m×0.34 m条形基础，其中每个条形基础顶部预埋2块0.8 m×0.8 m×0.02 m钢板，并安装609型号钢支撑，分配梁采用3拼 56b工字钢，并于顶部沿横桥向按50 cm间距布置300H型钢，型钢架设于两端分配梁上。

图5 高架桥段台车过站平台贝雷架实物

6.3 台车及电瓶车轨道铺设

台车及电瓶车轨道铺设在桩板段主体结构上及高架桥上，台车及电瓶车轨道用 14槽钢将轨道固定，槽钢间距为1 m，电瓶车轨道间距900 mm，台车轨道间距2 910 mm，为盾构组装调试及二次始发做好准备。

6.4 盾体/台车过站

6.4.1 盾体过站

利用2个顶推长度为1.2 m的200 t夹轨式千斤顶将顶推滚轮式托架行走，每完成一次顶推，尾部夹轨器向前转移(见图6)，不断进行顶伸作业[12]。为防止空推过程中滚轮式托架溜车，千斤顶与衬靴采用铰接连接且与托架进行焊接，使千斤顶既提供推力，又提供拉力。同时，在托架前方根据单次空推距离放置铁鞋，可提高安全性。

图6 夹轨顶推

盾体空推到枕峰山出口位置需进行横向平移到洞口位置，平移方式即:在托架下方满铺钢板，先用千斤顶将盾体提升10 cm，将滚轮下方的钢轨拆除，并将托架两侧的防倾斜纵梁拆除，将托架轮子转向90°，再用4台200 t液压千斤顶进行顶推。

6.4.2 台车过站

台车过站采用1号～8号台车整体过站的方式，连接桥放到电瓶车平板上，两台电瓶车同时托运8列台车，并且皮带机跟着台车一起过站。电瓶车和TBM台车通过在桩板段和高架桥上铺设的轨道上行驶，两台电瓶车提供牵引力，缓慢地将台车牵引过站，行进过程中皮带不断伸长，用皮带架也应随着台车不断安装加长。

6.5 组装调试及二次始发

盾体及后配套台车等结构完成过站且平移就位后，进行盾构机装机调试[13]，同时完成关键部件/系统维修，为掘进下一区间提前做好储备。同时，基于后配套台车平移期间的台车轨道及电机车轨道基础上，按照施工组织设计进行微调，满足长距离施工要求。

7 结束语

利用该技术，可在降低施工成本的前提下，保证TBM顺利转场，且已建高架桥桩基不发生塑性破坏，保证桩基安全性和稳定性。

(1)通过在山岭隧道之间搭设盾体过站平台和台车过站平台，分别在平台上铺设对应的轨道，盾体过站配合滚轮式过站托架完成，托架沿着轨道移动，大大提高了TBM过站效率，降低了过站难度。

(2)盾体过站平台通过回填碎石，承载力好；台车过站平台采用混凝土墩台上方搭设贝雷架方式，在有高架桥的区段，直接利用高架桥桥墩作为混凝土墩台搭设贝雷架，可降低台车过站平台施工难度，减少平台搭设成本，提高施工效率。

(3)盾体空推过站托架采用厚钢板和型钢连接，可保证其支撑效果，在托架两侧对称安装转向轮组，每个滚轮组可方便安装千斤顶，通过千斤顶将托架顶升，然后对滚轮进行转向，可实现整个托架的转向工作，满足TBM盾体的长距离过站要求，且能够适应曲线过站。

(4)高架桥区段的平台搭设过程中对已施工的高架桥桥墩进行防护，避免在过站平台施工过程中对架设好的高架桥桥墩造成破坏，影响其稳定性。