市域線大直徑軌道交通隧道中隔墻拼裝技術研究

楊成龍

(上海市基礎工程集團有限公司,上海 200438)

0 引言

近年來，地上可用空間隨著城市化發展在不斷減少，而迫于人口密度不斷增加的巨大壓力，地下空間開發力度也隨之增大。在此背景下，盾構法因具有環保、掘進速度快、對周邊環境擾動小等優點，故而大直徑、長距離盾構隧道在城市快速路、軌道交通隧道建設中得到了大量應用。另外，當前國內外盾構隧道內部多采取單層或雙層車道結構形式，以全現澆或部分現澆施工為主[1]?，F澆施工工藝效率低、能耗髙、對環境污染大，同時受限于盾構隧道有限的施工空間及現場工人素質等因素影響，現澆施工質量沒有工廠預制化精度高、質量好。為解決這一系列問題，盾構隧道內部結構開始走向預制化、工業化的道路。

早在2011年，上海市軌道交通16號線工程就使用預制中隔墻實現圓隧道單洞雙線功能，這是該工藝首次應用于大直徑軌道交通中[2]。其隧道內部采用預制與現澆相結合的形式，中間口字型構件為預制構件(局部泵房段采用全現澆形式)、口字型構件兩側承軌板為現澆結構、中隔墻采用現澆與預制相結合施工。其中隔墻最大重量為6 t，使用特制中隔墻拼裝機進行拼裝，采用履帶式行走機構，中隔墻拼裝一開始機器的定位非常重要，直接影響拼裝的精度和速度。在每塊中隔墻拼裝前確保拼裝機停在每一環管片的中心位置。但此種拼裝設備采用履帶式行走機構，占用空間較大，其液壓系統拼裝偏差較大，精調較困難且設備動作繁多，較難操作。另外此設備最大起重量較小，無法實現超大噸位預制結構件的拼裝。

在上海市域鐵路機場聯絡線設計階段，其內部結構首次采用了全預制一體化拼裝的理念。但是此方法最大的困難就是中隔墻的重量較大，拼裝比較困難。文中就上海市域鐵路機場聯絡線JCXSG-7標預制中隔墻拼裝的施工方法進行闡述，研究市域線大直徑軌道交通隧道中隔墻拼裝技術，希望能為后續類似項目提供一定參考。

1 項目概況

上海機場聯絡線為我國上海市計劃建設的機場聯絡軌道系統，是軌道交通線網中的東西向市域線。線路由閔行區虹橋綜合交通樞紐的虹橋火車站站至浦東新區上海東交通樞紐的上海東站站。途經閔行區、徐匯區、浦東新區3個行政區，自西向東經過的主要區域有虹橋商務區、七寶、梅隴、華涇、三林、張江科學城、國際旅游度假區、浦東國際機場、鐵路上海東站等，與軌道交通線網中多條線路換乘。線路全長68.6 km，設站9座，動車所一處、存車場一處。隧道采用單洞雙線斷面布置形式。管片外徑13.6 m，內徑12.5 m，管片厚度550 mm，環寬2 m。管片采用通用楔形環，分為9塊，錯縫拼裝。

本標段線路長度約9.2 km，其中三林南站—4號風井區間長度約4.668 km，4號風井—5號風井區間長度約4.547 km。采用兩臺新制的直徑14.02 m泥水氣平衡盾構機進行施工。一臺盾構機自4號風井西端頭井下井始發，推進至三林南站接收；另一臺盾構機自4號風井東端頭井下井始發，推進至5號風井接收。

由于市域線路設計的理念是內部結構全預制一體化拼裝技術，故隧道內的各部件均采用預制構件。共分為5塊，分別為隧道管片、下部拱形件結構、中隔墻、頂部橫向牛腿、兩側電纜槽。底部弓形塊與盾構掘進管片拼裝同時進行，最后一節臺車上進行橫向牛腿拼裝；中隔墻等其他預制構件在臺車后2 000 m同步進行拼裝。隧道內部結構見圖1。

2 中隔墻拼裝關鍵技術路線

由于中隔墻為超重預制構件，質量為21 t，高達9.26 m，拼裝過程中的危險系數較大；隧道內翻身尺寸非常小且要在指定位置，操作精度要求非常高。文中針對中隔墻拼裝施工工藝進行了詳細的探索與研究，需要重點解決兩個技術難點:設計加工超重預制中隔墻專用拼裝工裝;探究超重預制中隔墻在有限空間內的拼裝步驟與方法。

1)超重預制中隔墻拼裝工裝設計，確定可行的拼裝工裝設備。包括：中隔墻拼裝設備模型設計及三維仿真模擬；中隔墻拼裝設備選型對比分析；中隔墻拼裝設備整體設計與改良優化；中隔墻精細化拼裝部件設計與研究；中隔墻設備試拼裝等。

2)有限空間內超重預制中隔墻精準定位拼裝技術研究及應用。包括：中隔墻有限空間內拼裝BIM模擬分析；中隔墻拼裝施工工藝研究，井下的運輸、定位、旋轉翻身及固定等；中隔墻拼裝質量控制研究，三維空間中6個自由度的精確調整，達到規范要求的施工精度。

3 中隔墻拼裝準備工作

3.1 中隔墻拼裝旋轉模擬

經過多種方案比選，中隔墻的運輸采用水平方式運輸。然后在隧道軸線位置，通過專用設備進行旋轉。由于中隔墻與上部結構(管片)僅有35 cm的間隙，且尺寸重量大，首先需要探討旋轉的可行性。在CAD軟件里面進行三維模擬，隧道凈尺寸可以滿足中隔墻順隧道方向旋轉的要求。旋轉最大空間余量滿足：9 506 mm-9 350 mm=156 mm；旋轉中心高度：4 065 mm+50 mm=4 115 mm；就位重心高度：3 942 mm(底部以上)；下落就位高度：4 115 mm-3 942 mm=173 mm。施工精度要求非常高。

3.2 中隔墻重心計算

為了減少中隔墻旋轉過程中多次對高度的調整，需要找到中隔墻的重心位置。通過形心計算，確定中隔墻的重心位置。并跟設計單位進行協商，變更部分圖紙，在中隔墻重心的位置預設10 cm的圓孔，作為中隔墻拼裝設備的抓取孔。同時對運輸車輛進行改裝，增加液壓調整系統，提升運輸車輛的高度，滿足井上吊裝一次到位，減少運輸車輛多次調整標高。

3.3 中隔墻拼裝設備的選型

由于隧道寬度有限(有效寬度9.5 m)，必須對設備的尺寸進行精確設計，以滿足拼裝和運輸的要求。中隔墻工裝內空3 m，滿足2.6 m寬度運輸車進入；中隔墻工裝外寬3.65 m，兩側各余2.9 m，滿足行車要求；3.9 m高處最大外寬4.185 m，兩側滿足行車要求；長度15.3 m，滿足一次4段拼裝。前門架頂部2.8 m設限寬標志牌(見圖2)。最終設備的外形約15.4 m×4.2 m×5.6 m，總質量約16.5 t(暫未考慮平臺、爬梯、墻頂牛腿拼裝支架)。在立柱根部設置2根螺紋鋼或鋼絞線，以減小滑移軌道中部撓度及結構變形。

3.4 弓形夾持器

由于中隔墻重量較大，必須對旋轉處弓形夾的受力進行設計。此裝置分左右對稱兩部分，由液壓千斤頂控制行程。千斤頂將中隔墻(平移、旋轉)在弓形夾持器中部，千斤頂：2臺，10 t級頂(26 MPa，30 cm行程)，滿足21 t中隔墻橫向調整要求:10/(21×0.2)=2.4；支架根據運輸車實際結構調整尺寸及高度；車架與中隔墻接觸部分設置滑塊(自動復位)。車寬2.6 m，中隔墻底寬1.9 m，橫向調節距離±15 cm。弓形夾見圖3。旋轉驅動采用液壓卷揚減速機，可穩驅動、止動。最大輸出轉矩3.5 t·m，滿足偏心距10 cm旋轉要求。

3.5 拼裝工裝的行走機構

中隔墻工裝的行走支腿采用20 t～40 t級小坦克，共4個，設置在架立柱下方。最前端門柱下2個可轉向微調。

4 中隔墻拼裝施工工藝

本工程中隔墻高9.26 m,寬2 m,厚0.4 m，整體質量為21 t，與上部管片僅有35 cm的間隙，且單側設置有質量約2 t的橫向牛腿，截面較小，隧道內起重與翻轉拼裝難度非常大。

區間隧道最長達到4.6 km，屬長距離隧道，盾構施工周期長。故中隔墻拼裝須在盾構機后方約500 m處與盾構掘進同時進行。在中隔墻拼裝施工中亦不能影響盾構施工。這樣，中隔墻拼裝設備應具有占用空間小、施工速度快、起重量大、拼裝精度高等優點。

為了解決在受限空間內對超重預制中隔墻進行批量化運輸、定位及拼裝，并做到同步施工，以提高施工效率，研究了一種大直徑隧道內超重預制中隔墻拼裝方法[3-5]。

采用特制中隔墻拼裝設備，拼裝設備包括雙頭運輸車及車載調整支架、門式行車支架、弓形夾持器及液壓裝置，雙頭運輸車上的車載調整托架能從多個維度調整中隔墻的姿態，弓形夾持器及液壓裝置拼裝在門式行車支架上部，并能沿門式行車支架前后移動，門式行車支架底部裝有寬板搬運小坦克裝置，裝置在隧道中央，不影響兩側運輸通道，見圖4。

該拼裝技術施工方法如下：

1)利用雙頭運輸車行進/倒車，把中隔墻進位至拼裝裝置中心待加持位置。

2)車載調整支架將中隔墻旋轉、平移至弓形夾持器中部，見圖5。

3)弓形夾持器行進到中隔墻預留中心孔進行對位固定。

4)利用弓形夾持器兩端液壓裝置頂升中隔墻卸車，雙頭運輸車輛退出，見圖6。

5)弓形夾持器將中隔墻旋轉豎直后，初步行進至待拼裝位置。

6)將中隔墻左右及橫縱向旋轉對位，見圖7。

7)將中隔墻頂落就位。

8)拆除門式行車支架扶桿，將門式行車支架前行定位下一單元，見圖8。

9)弓形夾持器退回至初始位置，重復以上工序。

在工裝設計初期，我們進行了整體結構受力分析，其門架結構、旋轉弓梁、承載結構、車架平移對位機構等的容許應力、形變均可滿足施工要求。其門架跨中撓度最大僅為2‰，弓形結構鋼棒變形僅為4.6 mm，如圖9所示。

5 結語

所述超重中隔墻拼裝方法和一套特制的工裝，在上海機場聯絡線7標項目中隔墻拼裝過程中成功地得到了應用；有效解決了隧道內超重預制中隔墻的運輸、定位及拼裝的一系列難題， 確保成型隧道中隔墻的施工精度達到設計允許范圍內。施工方法及工藝可為后續類似工程提供參考。