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盾构机“闷”掉头施工研究

1.概念解析
本文介绍了盾构机进洞后，在工作井内原地通过平移及掉头后，重新恢复掘进的创新施工方法，俗称“闷”掉头。它是为了解决受工作井客观条件的限制，在盾构机进洞后，无法进行常规的解体吊装，再用之掘进相邻线路的棘手问题。
2.技术特点
1）安全方面：可减少大型设备的吊装作业，规范土办法吊装，使用专用工装，减少危险性，避免安全事故。
2）施工工期方面：盾构掉头开始前，根据设计图纸，将与掉头相关的所有构件用电脑软件按相应比例绘制成型，模拟盾构各部件的掉头过程，并对整个模拟过程的可行性进行深入研究，确定方便、快捷且经济的最佳施工方式和路线，在大大缩短施工工期的同时降低了施工成本。
3）质量方面：盾构机掉头后，避免因施工安排不当而造成的零部件损坏，保证调试能顺利进行。
4）经济效能方面：利用以液压千斤顶、卷扬机和电机车为主动力的盾构机“闷”掉头施工，不但加快了工程进度，而且极大地节约了劳动力。可反复使用的专用工装减少了材料的消耗。
3.适用机型
本创新施工适合常规小盾构（如地铁盾构主机质量为250t左右），因此本公司现有的日本小松和德国海瑞克盾构均可适用。但需特别注意以下2点：一是双梁桥架，2种机型各有特色，需制作各自的前后临时托架，在选择掉头路线和施工方法时也应制订相应的工艺；二是盾构主机长度，应特别考虑到各自的螺旋机和中心平台伸出的长度。
4.“闷”掉头准备工作
4.1 场地勘验和编制掉头施工方案
以地铁车站工作井为例，在盾构机进洞后，应复核工作井的尺寸，以确认接收架的尺寸和停放位置以及盾构机主机掉头的方向和路线。盾构掉头施工开始前，可根据设计图纸，将车站、盾构机及后续配套设备、接收架、轨道、固定托架、移动托架、钢板等按相应比例用电脑软件绘制成型，模拟盾构各部件的掉头过程，进行可行性研究，以确定方便、快捷且经济的最佳施工方式和路线。要确认台车停放位置，若盾构需二次转接，则要事先准备足够量的临时油管和电缆，台车停放的站台层应有足够的长度（60m）。根据施工现场的场地情况、工作井的尺寸、盾构的尺寸和质量等编制盾构掉头施工方案。
4.2 布置场地和辅助设备进场
按照要求放置、固定好接收架。将工作井底清理干净，满铺厚2cm钢板，其下铺设厚3cm粗黄砂找平层。相邻钢板间需烧焊接牢，焊缝处需打磨平整。将电焊机、大小电箱、卷扬机、加油机、千斤顶和泵源等辅助设备运至施工现场。
4.3 盾构进洞后的停机位置确认
为了保证盾构机在工作井内能顺利地平移和掉头，盾构机进洞后必须停放在接收架上的指定位置（图1）。刀盘转动时，超挖刀不碰接收架。确保位置正确后，盾构才能断电解体。

4.4 盾构机断电和场地清理
盾构机各部件停机确认完成，方可断电。彻底清理盾构机及后配套台车各部件，这样既可减轻盾构机主机的总质量，也保证了设备平移、掉头时所需工作井的环境状况。工作井底的排水和清洁工作需由专人定点定时负责。
4.5 断开后配套与盾构主机的连接
先按从后往前的顺序，逐一断开5^#～2^#的台车连接，并用电机车向后拉。然后，在双梁头部的规定位置下放置特制托架土车，等断开双梁与盾构头部的连接后，利用管片螺丝作吊点挂手拉葫芦，将双梁头部慢慢放在托架上，捆绑烧焊牢靠后，1^#台车连同双梁一同往后拉。再在双梁尾部的规定位置下放置特制托架土车，仿照先前方法将双梁尾部放在托架上，捆绑烧焊牢靠。这样，后配套已被分割成可平移的6个部分，盾构主机也可进行掉头施工了。
5.盾构机主机掉头
5.1 固定盾构机主机和接收架
利用厚2cm的小钢板将盾构机主机和接收架烧焊连接在一起（连接点在切口和支承环上各4处，盾尾2处），以确保盾体和始发托架（接收架）不发生相对移动。
5.2 烧焊顶升用钢牛腿
在盾构机主机的4个特定位置上分别烧焊1个钢牛腿（图2），焊缝要符合要求。不同机型盾构机的牛腿位置是不同的，需要考虑盾构机主机的重心位置，且最好在切口和支承环的筋板上，若无法满足，则需在内侧加强，以防止外壁凹坑。

5.3 液压千斤顶顶升并烧焊平移组件
正确连接千斤顶和泵源的液压管路，千斤顶试车正常后，方能投入工作使用。然后在每个钢牛腿下放置一个100t的液压千斤顶，并放上适当高度的垫块，开始顶升，将盾构机主机连同接收架一并顶起到需要高度时，在接收架下用垫块垫实，方可松下千斤顶。此时，在接收架底部钢板的特定位置烧焊平移用钢滚珠组件。利用千斤顶顶起盾构机，将接收架底部的垫块抽出，再松下千斤顶，让接收架底部的钢滚珠组件落在钢板上（图3）。

5.4 盾构机主机平移至工作井中部
复核工作井和盾构机主机尺寸，以确定平移路线。用千斤顶利用井壁侧墙为反力座或在底面钢板上烧焊顶推反力座，将盾构机主机平移至工作井的中部开阔处（图4）。一般用2个100t千斤顶在接收架的最佳顶推位置附近按实际需要顶推接收架，使接收架移动和转动，顶进一定距离后调整反力座钢块位置，使接收架及盾构机按预定的轨迹平移和转动。平移期间，千斤顶反力座需多次切割、烧焊。在平移过程中，接收架旁也需不断烧焊靠山，来调整平移路线。

5.5 盾构机主机旋转180°
在接收架4个角安放千斤顶，在旋转半径轨迹的相对位置烧焊顶推反力靠山。在旋转时，若4个100t千斤顶同时顶，则可提供很大的转动扭矩。整个180°旋转过程要分若干次进行，每次千斤顶顶程仅能使整个接收架转动很小的角度。由于顶力点角度的变化，故千斤顶反力靠山也需要相应地变化位置，即重新烧焊反力靠山。这样周而复始，以完成盾构机主机旋转180°掉头（图5）。

5.6 盾构机主机继续平移至另一洞口指定位置
利用液压千斤顶升顶接收架，将盾构机主机准确定位到出洞轴线位置。
5.7 调整接收架至盾构机出洞指定标高
利用液压千斤顶顶升钢牛腿，将盾构机主机调整至设计标高。接收架重新固定支撑成发射架，盾构可准备再掘进。
5.8 盾构机主机掉头后收尾
将千斤顶、泵源和油管收放好，割除4个钢牛腿和盾构机主机与接收架的连接块，收好井内所有的钢垫块和靠山。
6.双梁桥架掉头
6.1 搭设特制钢平台
在中间井处需搭设一个特制的平移和旋转用钢平台（双梁桥架、台车和电瓶车都可使用），其下部烧焊钢滚珠组件，其上部铺设有电瓶车和台车轨道，两头轨道应可与隧道和车站轨道相连接。
6.2 双梁桥架牵引至钢平台上
用卷扬机和电机车将双梁桥架牵引至钢平台上，用葫芦捆扎绑牢后，牵引钢平台旋转180°。
6.3 双梁桥架平移至另一条线上
用卷扬机和电机车将双梁桥架牵引至车站内的合适位置，利用车站中板生根作吊点，用葫芦等办法将双梁桥架平移至另一条线上的轨道。将双梁桥架牵引至盾构机主机尾部连接（图6）。

7.后续配套台车掉头
7.1 非二次转接的台车掉头
若车站有足够的空间放置后续5节台车，则将台车逐一牵引至另一条线上，整机连接调试好后，可准备出洞再掘进。
7.2 二次转接的台车掉头
若车站未能提供足够的空间放置后续台车，则需等盾构机先进行二次转接，待留出足够的距离后，方可进行后续台车的掉头施工。将1^#台车牵引至中间井的钢平台上，然后旋转180°。若车站内有合适的位置允许铺设N形轨道岔道（图7），则台车掉头就可免去许多繁琐的起重吊装作业。

否则，就要按照双梁桥架的方法，利用传统的办法将台车平移至另一条线上。最后逐一将后续台车牵引并平移至另一条线与双梁桥架连接（图8）。待整机连接调试好后，可准备进洞再掘进。

8.结语
为避免轨道交通建设对城市繁华地段及主干交通道路的干扰，体现其良好的社会效益和经济效益，本创新施工能有效地缩短工期，减少工程费用，对今后1台盾构机完成同一区间一条线掘进后，原地“闷”掉头再对另一条线进行再掘进的施工工程具有较高的借鉴意义。

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