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摘要：从轨道交通盾构法隧道施工过程中优化创新盾构过站施工工艺，应用滚轮式盾构过站方式，采用滚轮、三角反力支撑，利用盾构机本身推进油缸，使盾构机与后配套整机过站，达到便捷有效的完成盾构过站施工任务的效果。
关键词：轨道交通，盾构过站，滚轮，整机
Abstract: from the rail transit shield tunnel construction method in the process of innovation optimization of shield stop construction technology, the application of the roller type shield stop way, USES the wheel, triangle reaction force support, the use of shield construction machine itself push oil cylinder, make the shield construction machine and supporting the whole machine after stop, convenient to achieve stop construction tasks of shield effect.
Keywords: rail traffic, shield stop, wheel, the machine
中图分类号：U213.2文献标识码：A 文章编号：
引言
盾构法隧道工程广泛应用于城市轨道交通工程中，为保障城市地面建构筑物及道路车辆运行安全，通过施工监测，在土压力、同步注浆、掘进速度、轴线控制等方面的精确设定和控制，将路基路面、邻近建筑物沉降量控制在较小范围内，盾构法成为城市轨道交通隧道施工首选工艺，受到轨道交通分标段连续性施工和盾构机本身造价较高影响，盾构机的施工范围通常要在一个标段中一次性需要完成施工2~3个区间，相应就产生了盾构到达车站后过站继续施工下一区间的施工方法，本文通过对长沙轨道交通2号线一期工程7标（迎宾路口站～芙蓉广场站～五一广场站）两个区间单台盾构过站两次的工程为例，在工期和经济效益上取得了较好的成绩。为同类盾构过站施工提供参考。
1.工程概况
长沙轨道交通2号线呈东西走向横穿长沙市中心，由西从望城坡站往东至武广高铁长沙站。迎宾路口站～五一广场站区间隧道处于整体2号线的核心位置，是2号线的重要组成部分。区间隧道下穿五一大道，是长沙市中心的形象工程，从工期和社会效应上都处于重要地位，施工筹划采用两台土压平衡盾构从迎宾路口站下井先后一个月始发，过站芙蓉广场站后到达五一广场站，盾构直接吊出。
两台盾构机由中铁重工集团生产，为我国自主生产的盾构机直径Φ6290，盾构机自身重量达350t，后配套共五节重约100t，盾构整体前移摩擦力非常大。
盾构先掘进迎宾路口站至芙蓉广场站区间，采用站内过站形式通过芙蓉广场站，芙蓉广场站接收井和始发井长12.7m，净高7.61m，净宽8.55m～8.4m，标准段长121.8m，净高6.9m，净宽6.45m～6.7m，芙蓉广场站总长147.2m，过芙蓉广场站后，继续掘进芙蓉广场站至五一广场站盾构区间，到达五一广场站后盾构机拆解吊出。
2.过站施工重难点
2.1 盾构过站作业空间狭小
盾构机出洞后过站车站主体结构，过站标准段内净空为6.7m(宽)×6.9m（高）,盾构主机直径6.29m，人员现场操作空间最小只有40cm，反力设备及人员安排空间十分狭小，给盾构过站带来很大的困难。
2.2 盾构过站动力
盾构机自重350t，加上五节后配套100t，总重达到450t，盾构机及后配套的移动将会产生很大的摩擦阻力，特别是受车站结构设计影响，盾构出洞后要在接收井13m范围内抬高1.6m上坡至标准段，最大爬坡坡度要求8.8％，盾构过站牵引动力将是最大的问题。
图1大坡度过站示意图
2.3 盾构过站偏移量较大
盾构机出洞后进入接收井，受车站主体结构形式影响，盾构机前移出接收井需要橫向偏移80cm才能进入标准段进行纵移，横向偏移需要提前进行滚轮轨道的弧形设计，否则可能出现盾构主机无法进入标准段的情况。
3.盾构过站方案设计
3.1 盾构滚轮设计
盾构过站最大的动力问题主要集中在盾构机移动过程中的摩擦力，减少摩擦力最有效的办法就是把滑动摩擦转换为滚动摩擦，经过研究决定在盾构机底部直接焊接4个滚轮，使盾构机类似汽车形式在车站地板上铺设的轨道上行走，使滑动摩擦转换为滚动摩擦，减小盾构牵引所需动力。
滚轮设计采用双轮套内插入销轴与轮架连接，销轴与轮套注黄油润滑，轮架顶部通过牛腿与盾构主机底部外壳焊接，盾构机集中荷载与4个滚轮在轨道上移动。普通盾构过站采用托架下满铺钢板滑动摩擦移动，由卷扬机牵引动力，需要克服滑动摩擦力非常大，而且前移过程中轴线走向较难控制。滚轮式过站省却托架加工工序，工序简单便捷，只提供滚动摩擦牵引动力。
3.2 盾构过站动力设计
盾构主机采用滚轮式过站方式时，盾构主机与后配套设备不用断开整体过站，所以盾构过站动力来源为盾构机本身的推进油缸，利用三角反力装置作用于钢轨上，顶推油缸作用反力装置推动盾构机向前移动。
盾构机采用4个滚轮于轨道上移动，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，滚动摩擦系数μ取0.1，牵引动力F=m×g×μ=450×9.8×0.1=441kN。
盾构机单根油缸顶推力最大为1200KN，根据现场盾构机偏移转弯行走及大坡度爬坡情况，最大顶推力为900KN，油缸顶推力可以满足
3.3 盾构过站后配套支撑
盾构机过站后，后配套相应整体跟随过站，由于后配套与盾构主机本身存在高差，高差820mm，盾构主机在车站底板轨道上行走时，后配套需要抬高跟随，抬高装置设计采用型钢钢制排架支撑。
钢制排架支撑承载验算
以钢支架其中一条支腿为研究对象，受轴向压力F1，取最不利情况，重力最大的后配套拖车有4组轮子，纵向轮距为9m，重力为G=16×103×10=160kN。
（1）H型钢支腿受力计算
钢支架沿轨道方向间距1m纵向布置，单个钢支架最大受力F=
受力分解如下图所示。
解之得
F1=20.56kN
（2）H型钢轴心抗压承载力验算
H型钢为Q235钢材，尺寸为125×125mm，截面面积为30.31cm2，实腹式受压构件的整体稳定性计算公式如下：
N—轴向压力
—构件毛截面面积
—轴心受压构件的纵向弯曲系数
根据长细比查轴心受压钢构件的纵向弯曲系数表得，取0.9
—查钢材的容许应力表得=140Mpa
则=0.9×140=126Mpa
故满足要求。
4.盾构过站流程
（1）过站前准备工作，主要为一些设备装置的加工件，见下表：
（2）将盾构主机两侧焊接滚轮后，直接使用盾构推进系统使第一组滚轮带动盾构机上轨道。顺延最后一环管片继续拼装底部管片作为盾构前移顶推的反力，使盾构主机焊接第二组滚轮后完全脱出管片进入接收井。接收井靠近标准段9m轨道为弧形轨道，并垫钢板抬高使之与标准段盾构轨道齐平。
（3）盾构主机进入标准段，连接桥部位位于接收井内，接收井内铺设后配套轨道，拆除盾构轨道，同时在车站底板上安设后配套型钢钢制排架支撑，排架支撑上铺设后配套轨道。
（4）盾构主机继续前移，后配套进入接收井。后配套利用盾构偏移弧形轨进行偏移，跟随盾构主机上标准段。
（5）盾构主机在纵向移动过程中，由于电力供应没有断开，使用盾构机上底部8#油缸作为纵向移动力，在车站标准段盾构机轨道上钻孔，利用三角反力装置连接轨道，销轴进行固定，8#油缸顶推反力装置前移，到达油缸最大伸长距离后，倒运反力装置至新的轨腰开孔处，进行循环推进作业。
图6 三角反力装置 图7 现场钢制排架支撑
（6）盾构机到达始发井前在始发井底板上确定始发托架位置，并做好标记，然后在始发托架横梁标记的位置铺设10根43kg/m钢轨，钢轨长7m，调整钢轨轨面标高以满足盾构机抬高2cm始发的条件。始发托架放置于钢轨上。盾构机上始发托架之后，先后割除两组滚轮装置。
（7）利用2000mm液压千斤顶顶推盾构机与始发托架使之整体横向平移80cm就位。
5.结语
长沙轨道交通2号线迎宾路口站至芙蓉广场站区间右线2011年7月6日到达，盾构接收2天，采用滚轮式过芙蓉广场站标准段121.8m用时5天，盾构二次始发3天，从盾构接收、过站至二次始发掘进共用时10天时间。保障了盾构施工工期要求，创造了较好的经济效益。滚轮式过站第一次应用于盾构过站工程实例中，经过不断改进取得了很好的成果，通过本工程的圆满实施，总结了一下以下一些經验，用于同类施工中进行借鉴：
（1）滚轮式过站区别于常规的钢板小车过站，盾构主机与后配套不用断开，形成了整机过站模式，过站过程中省却了盾构重新拆机、组装的工序，节省了工期；同时整机过站为盾构机前移提供了自身牵引动力，不用借助外力进行施工，有效快捷的完成盾构过站移动任务。
（2）滚轮式过站利用的材料消耗非常低，主材包括过站50kg/m的钢轨、滚轮、钢制排架支撑、反力装置等，但这些主材在盾构过站过程中可往复倒换利用，为过站成本进行了较大的节约。
（3）整体过站的工序简便、快捷，有效地转换滑动摩擦力为滚动摩擦力，创新制作的滚轮不需要复杂的安装拆卸，只进行焊接、切割牛腿就可以完成滚轮过站的目的。
（4）滚轮式过站方案满足了本次盾构过站需求，但还有进一步优化的潜力。
参考文献
[1] 张凤祥，傅德明，杨国祥.盾构隧道施工手册[M].人民交通出版社.
[2] 周立波.盾构法隧道施工技术及应用[M].中国建筑工业出版社.
[3] 李世蓉,兰定筠. 建设工程施工安全技术[M]. 中国建筑工业出版社.
[4] 叶见曙. 结构设计原理[M]. 人民交通出版社.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：轨道交通，盾构过站，滚轮，整机
Abstract: from the rail transit shield tunnel construction method in the process of innovation optimization of shield stop construction technology, the application of the roller type shield stop way, USES the wheel, triangle reaction force support, the use of shield construction machine itself push oil cylinder, make the shield construction machine and supporting the whole machine after stop, convenient to achieve stop construction tasks of shield effect.
Keywords: rail traffic, shield stop, wheel, the machine
中图分类号：U213.2文献标识码：A 文章编号：
引言
盾构法隧道工程广泛应用于城市轨道交通工程中，为保障城市地面建构筑物及道路车辆运行安全，通过施工监测，在土压力、同步注浆、掘进速度、轴线控制等方面的精确设定和控制，将路基路面、邻近建筑物沉降量控制在较小范围内，盾构法成为城市轨道交通隧道施工首选工艺，受到轨道交通分标段连续性施工和盾构机本身造价较高影响，盾构机的施工范围通常要在一个标段中一次性需要完成施工2~3个区间，相应就产生了盾构到达车站后过站继续施工下一区间的施工方法，本文通过对长沙轨道交通2号线一期工程7标（迎宾路口站～芙蓉广场站～五一广场站）两个区间单台盾构过站两次的工程为例，在工期和经济效益上取得了较好的成绩。为同类盾构过站施工提供参考。
1.工程概况
长沙轨道交通2号线呈东西走向横穿长沙市中心，由西从望城坡站往东至武广高铁长沙站。迎宾路口站～五一广场站区间隧道处于整体2号线的核心位置，是2号线的重要组成部分。区间隧道下穿五一大道，是长沙市中心的形象工程，从工期和社会效应上都处于重要地位，施工筹划采用两台土压平衡盾构从迎宾路口站下井先后一个月始发，过站芙蓉广场站后到达五一广场站，盾构直接吊出。
两台盾构机由中铁重工集团生产，为我国自主生产的盾构机直径Φ6290，盾构机自身重量达350t，后配套共五节重约100t，盾构整体前移摩擦力非常大。
盾构先掘进迎宾路口站至芙蓉广场站区间，采用站内过站形式通过芙蓉广场站，芙蓉广场站接收井和始发井长12.7m，净高7.61m，净宽8.55m～8.4m，标准段长121.8m，净高6.9m，净宽6.45m～6.7m，芙蓉广场站总长147.2m，过芙蓉广场站后，继续掘进芙蓉广场站至五一广场站盾构区间，到达五一广场站后盾构机拆解吊出。
2.过站施工重难点
2.1 盾构过站作业空间狭小
盾构机出洞后过站车站主体结构，过站标准段内净空为6.7m(宽)×6.9m（高）,盾构主机直径6.29m，人员现场操作空间最小只有40cm，反力设备及人员安排空间十分狭小，给盾构过站带来很大的困难。
2.2 盾构过站动力
盾构机自重350t，加上五节后配套100t，总重达到450t，盾构机及后配套的移动将会产生很大的摩擦阻力，特别是受车站结构设计影响，盾构出洞后要在接收井13m范围内抬高1.6m上坡至标准段，最大爬坡坡度要求8.8％，盾构过站牵引动力将是最大的问题。
图1大坡度过站示意图
2.3 盾构过站偏移量较大
盾构机出洞后进入接收井，受车站主体结构形式影响，盾构机前移出接收井需要橫向偏移80cm才能进入标准段进行纵移，横向偏移需要提前进行滚轮轨道的弧形设计，否则可能出现盾构主机无法进入标准段的情况。
3.盾构过站方案设计
3.1 盾构滚轮设计
盾构过站最大的动力问题主要集中在盾构机移动过程中的摩擦力，减少摩擦力最有效的办法就是把滑动摩擦转换为滚动摩擦，经过研究决定在盾构机底部直接焊接4个滚轮，使盾构机类似汽车形式在车站地板上铺设的轨道上行走，使滑动摩擦转换为滚动摩擦，减小盾构牵引所需动力。
滚轮设计采用双轮套内插入销轴与轮架连接，销轴与轮套注黄油润滑，轮架顶部通过牛腿与盾构主机底部外壳焊接，盾构机集中荷载与4个滚轮在轨道上移动。普通盾构过站采用托架下满铺钢板滑动摩擦移动，由卷扬机牵引动力，需要克服滑动摩擦力非常大，而且前移过程中轴线走向较难控制。滚轮式过站省却托架加工工序，工序简单便捷，只提供滚动摩擦牵引动力。
3.2 盾构过站动力设计
盾构主机采用滚轮式过站方式时，盾构主机与后配套设备不用断开整体过站，所以盾构过站动力来源为盾构机本身的推进油缸，利用三角反力装置作用于钢轨上，顶推油缸作用反力装置推动盾构机向前移动。
盾构机采用4个滚轮于轨道上移动，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，滚动摩擦系数μ取0.1，牵引动力F=m×g×μ=450×9.8×0.1=441kN。
盾构机单根油缸顶推力最大为1200KN，根据现场盾构机偏移转弯行走及大坡度爬坡情况，最大顶推力为900KN，油缸顶推力可以满足
3.3 盾构过站后配套支撑
盾构机过站后，后配套相应整体跟随过站，由于后配套与盾构主机本身存在高差，高差820mm，盾构主机在车站底板轨道上行走时，后配套需要抬高跟随，抬高装置设计采用型钢钢制排架支撑。
钢制排架支撑承载验算
以钢支架其中一条支腿为研究对象，受轴向压力F1，取最不利情况，重力最大的后配套拖车有4组轮子，纵向轮距为9m，重力为G=16×103×10=160kN。
（1）H型钢支腿受力计算
钢支架沿轨道方向间距1m纵向布置，单个钢支架最大受力F=
受力分解如下图所示。
解之得
F1=20.56kN
（2）H型钢轴心抗压承载力验算
H型钢为Q235钢材，尺寸为125×125mm，截面面积为30.31cm2，实腹式受压构件的整体稳定性计算公式如下：
N—轴向压力
—构件毛截面面积
—轴心受压构件的纵向弯曲系数
根据长细比查轴心受压钢构件的纵向弯曲系数表得，取0.9
—查钢材的容许应力表得=140Mpa
则=0.9×140=126Mpa
故满足要求。
4.盾构过站流程
（1）过站前准备工作，主要为一些设备装置的加工件，见下表：
（2）将盾构主机两侧焊接滚轮后，直接使用盾构推进系统使第一组滚轮带动盾构机上轨道。顺延最后一环管片继续拼装底部管片作为盾构前移顶推的反力，使盾构主机焊接第二组滚轮后完全脱出管片进入接收井。接收井靠近标准段9m轨道为弧形轨道，并垫钢板抬高使之与标准段盾构轨道齐平。
（3）盾构主机进入标准段，连接桥部位位于接收井内，接收井内铺设后配套轨道，拆除盾构轨道，同时在车站底板上安设后配套型钢钢制排架支撑，排架支撑上铺设后配套轨道。
（4）盾构主机继续前移，后配套进入接收井。后配套利用盾构偏移弧形轨进行偏移，跟随盾构主机上标准段。
（5）盾构主机在纵向移动过程中，由于电力供应没有断开，使用盾构机上底部8#油缸作为纵向移动力，在车站标准段盾构机轨道上钻孔，利用三角反力装置连接轨道，销轴进行固定，8#油缸顶推反力装置前移，到达油缸最大伸长距离后，倒运反力装置至新的轨腰开孔处，进行循环推进作业。
图6 三角反力装置 图7 现场钢制排架支撑
（6）盾构机到达始发井前在始发井底板上确定始发托架位置，并做好标记，然后在始发托架横梁标记的位置铺设10根43kg/m钢轨，钢轨长7m，调整钢轨轨面标高以满足盾构机抬高2cm始发的条件。始发托架放置于钢轨上。盾构机上始发托架之后，先后割除两组滚轮装置。
（7）利用2000mm液压千斤顶顶推盾构机与始发托架使之整体横向平移80cm就位。
5.结语
长沙轨道交通2号线迎宾路口站至芙蓉广场站区间右线2011年7月6日到达，盾构接收2天，采用滚轮式过芙蓉广场站标准段121.8m用时5天，盾构二次始发3天，从盾构接收、过站至二次始发掘进共用时10天时间。保障了盾构施工工期要求，创造了较好的经济效益。滚轮式过站第一次应用于盾构过站工程实例中，经过不断改进取得了很好的成果，通过本工程的圆满实施，总结了一下以下一些經验，用于同类施工中进行借鉴：
（1）滚轮式过站区别于常规的钢板小车过站，盾构主机与后配套不用断开，形成了整机过站模式，过站过程中省却了盾构重新拆机、组装的工序，节省了工期；同时整机过站为盾构机前移提供了自身牵引动力，不用借助外力进行施工，有效快捷的完成盾构过站移动任务。
（2）滚轮式过站利用的材料消耗非常低，主材包括过站50kg/m的钢轨、滚轮、钢制排架支撑、反力装置等，但这些主材在盾构过站过程中可往复倒换利用，为过站成本进行了较大的节约。
（3）整体过站的工序简便、快捷，有效地转换滑动摩擦力为滚动摩擦力，创新制作的滚轮不需要复杂的安装拆卸，只进行焊接、切割牛腿就可以完成滚轮过站的目的。
（4）滚轮式过站方案满足了本次盾构过站需求，但还有进一步优化的潜力。
参考文献
[1] 张凤祥，傅德明，杨国祥.盾构隧道施工手册[M].人民交通出版社.
[2] 周立波.盾构法隧道施工技术及应用[M].中国建筑工业出版社.
[3] 李世蓉,兰定筠. 建设工程施工安全技术[M]. 中国建筑工业出版社.
[4] 叶见曙. 结构设计原理[M]. 人民交通出版社.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。