行业视点|“大块头”如何实现“优雅转身”？国外盾构U型调头技术盘点

From The Editor

在TBM工程中，由于隧道线路设置、环境限制、装备成本等问题，因此经常需要使用单台盾构掘进双线隧道；而在其中一条隧道顺利贯通后，为了在第二条隧道内再次始发，就需要进行盾构U型调头。近年来，国外的隧道工程中也应用了五花八门的U型调头技术，让这些“大家伙”们也能在地下“优雅转身”，小编带您回顾！

新西兰Waterview接线工程

近日，新西兰奥克兰Waterview接线隧道工程荣获了2019洛杉矶建筑奖。作为新西兰规模最大、最雄心勃勃的公路工程计划，工程采用了直径14.46m的Alice号土压平衡盾构，掘进长2.4km的双管隧道。

第一条隧道完成掘进后，施工方采用了液压千斤顶牵引装置，使载着盾构机的支架在涂有润滑油的钢板上滑动，从而完成了Alice号的“华丽转身”。采用施工措施如下：

■ 盾构进洞时，为确保端墙能够承受盾构机压力，修建了端墙支撑钢结构。

■ 盾构进洞后，支撑钢结构移除，洞门安装混凝土接收支座；盾构继续向前推进至支座上后，安装第二个钢支架。

■ 安装牵引系统液压千斤顶：牵引系统由项目临时工程团队设计，包括八个单元，每个由100吨的液压油缸驱动，这些液压油缸装载在一个钢矩形截面的滑动框架上，框架上装有轮子。框架与盾构机支架采用钢筋和钢销连接。此方案避免了使用千斤顶钢绞线的潜在风险，并且有充分调节的余地，荷载能够均匀地传递到所有牵引柱上。

■ 在地面安装钢板并注入润滑油脂：施工方使用钢板铺设了一个油脂底盘，来减少盾构机调头滑动过程中支架与地板之间的摩擦。在安装端墙盾构机接收框架之前，就将钢板铺设、并焊入了指定位置以组成油脂底盘。调头过程中，盾构机支架在油脂底盘上滑动以完成调头。

■ 1号台车也进行调头后与盾构机头重新连接，在其后加入一台临时台车，使盾构再度始发并掘进最初300m。

■ 临时台车移除，2号与3号台车进行调头后与1号台车连接，盾构恢复掘进。

香港莲塘-香园围口岸工程

龙山隧道

香港最长的公路双管隧道——龙山隧道直径为14m，全长4.8km。17年3月成功贯通首条隧道之后，直径14.1m盾构在地下完成了一次U型调头：

■ 工程使用的双模式土压平衡盾构是当时香港使用的同类机型中最大的，而为了使盾构调头，特地开挖了一个地下洞穴，这样的施工作业在该地区也属首次。

■龙山隧道中的南向隧道，2400m的盾构段实现了贯通后，盾构被运载至23m*27m*40m的地下洞穴中，该洞穴可使盾构机头在内部转动90度，跨越至平行隧道的位置，随后再转动90度，进入指定的第二次始发位置。

■ 为了进行90度的旋转，盾构吊起后置于一个旋转台上，随后使用千斤顶进行转动作业。该盾构调头方法曾首次应用于2012年美国迈阿密港口隧道工程中；而爬升千斤顶则用于双隧管之间盾构纵向转移，盾构四台后靠设备每个重达220t，也在洞穴内进行转动与转向。

■ 同时，当盾构转动和移动时，工程也进行其他各项作业，包括：盾构维护、盾构始发的端墙施工、部分联络通道的挖掘等。

新加坡汤申-东岸线

新加坡地铁汤申－东海岸线是新加坡地铁第六条路线，全线设于地下，总长43km，其中东海岸段总长13km，共设9站。在第一条679m的区间隧道贯通后施工团队决定在接收井内直接对TBM进行180度调头，反向掘进第二条隧道，以节约工期。

■ 直径6.7m，总重520t的TBM在贯通首条隧道之后，调头采用Hydra-Slide重轨液压滑动系统与定制TBM转盘结合的系统：

设备在TBM移动和旋转之前就位

TBM贯通后架至重轨液压滑动系统

TBM在滑动系统上侧向移动12m

并架至已经设置完毕的定制转盘上

TBM在转盘上进行调头

调头完毕后再次使用滑轨侧移，

来到再次始发位置

■ 重轨液压滑动系统的位置在转盘完成一次连续的转动之际保持原位，而转盘与液压油缸则在每次推动或转动后自动复位。除了旋转TBM外，这套系统在井下也经常被用于搬运变压器与发电机等设备。

日本中央环状新宿线

日本中央环状新宿线中，一条长1200m的隧道采用一台盾构机施工左右线并行隧道，并应用“滚珠轴承法”完成盾构机U型调头：

■在工作井内对重量达3000t的盾构机调头施工，采用借助滚珠轴承，并作特殊的旋转工序。回转基座的基本构造如图所示：

■ 作业底面和通常的盾构机支承基座之间夹持有钢制滚珠，对作业底板而言，为防止滚珠嵌入，要确保其光滑性，底板上要浇筑25mm的找平砂浆，再将厚度25mm的钢垫板，平整地铺满作业面，钢垫板的接头部位，经现场焊接后，再作砂轮机打磨、修整。

■ 在钢垫板上设置滚珠和在下部安装钢板的盾构基座，将盾构进入到基座上后，就和基座在一起移动、回转。

■ 滚珠直径为φ90mm，通过做成特殊构架来决定其位置，把这种构架连接56座，将盾构机基座整体予以覆盖。正式移动、旋转之中，相对支承基座移动距离，仅将1/2 滚珠作移动，在预先要作移动进行的方向上准备好滚珠，从后退出滚珠，并转换构架来进行施工。

■ 在实际施工中，作180°旋转用了2天，前后的纵横移动2天，整个调头过程为：侧向移动(行程5100mm和行程3500mm)；180°回转；再次侧向移动（行程8827mm)。

日本横滨未来港线

2004年开通运营的日本横滨未来港线（也被称为未来港21线、MM21线）工程共6个车站，5个隧道区间。其中，马车道站和日本大道站之间的450m区间段，采用偏心多轴式(DPLEX)的泥土加压盾构法掘进。工程中同样进行了盾构U型调头：

■ 使用充气脚轮将盾构机由上行线的到达位置调头转向移动至下行线的始发位置上。（盾构机主体总重量310t，使用了8台充气脚轮，总提升重量为435t)。

■ 将盾构机掉头转向时运用了2台2t的卷扬机作牵引；防止盾构机的走动则用2台1t的卷扬机。