大直徑盾構(gòu)拆機關(guān)鍵技術(shù)研究

高會中，陳 饋，王助鋒，張合沛，馮歡歡

（中鐵隧道集團盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室，河南 鄭州 450001）

大直徑盾構(gòu)拆機關(guān)鍵技術(shù)研究

高會中，陳 饋，王助鋒，張合沛，馮歡歡

（中鐵隧道集團盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室，河南 鄭州 450001）

通過對長株潭城際鐵路項目大直徑盾構(gòu)拆機的實例分析，詳述了大直徑盾構(gòu)平移拆機技術(shù)方案、拆機流程等，為以后類似大直徑盾構(gòu)拆機提供了借鑒。

大直徑盾構(gòu)；盾構(gòu)平移；拆機技術(shù)

隨著現(xiàn)代城市的不斷發(fā)展，道路交通的不斷改進，地下隧道工程正在逐年增加，小直徑盾構(gòu)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代地下工程的需求，越來越多的大直徑盾構(gòu)投入到城市地下交通建設(shè)使用之中，大直徑盾構(gòu)后期的拆除工作也成為了整個工程計劃的重要環(huán)節(jié)。

1 工程概況

長株潭城鐵濱江新城站到開福寺站區(qū)間隧道采用兩臺?9.34m大直徑海瑞克土壓平衡盾構(gòu)進行施工，主機總長約為11.2m，主機重約837t。盾構(gòu)整機總重約為1366.5t、長121m（不含斜坡軌），主要由刀盤、主軸承、盾體、尾盾、設(shè)備橋、拖車、設(shè)備等構(gòu)成，單件最重為刀盤137t（含刀具）。兩臺盾構(gòu)目前已到達開福寺站吊出井，進行吊裝拆除，由于條件限制右線盾構(gòu)需要平移至左線進行拆除，盾構(gòu)的平移是本次拆機的重難點。

2 盾構(gòu)到達與接收施工

2.1 端頭加固

端頭地層加固主要采用壓密注漿加固，盾構(gòu)隧道開福寺站到達端頭，隧道覆土主要為粉質(zhì)粘土和細圓礫土，洞身位于強風化板巖和弱風化板巖地層中。加固采用袖閥管注漿工藝，注漿孔孔間距為2.8m，采用梅花形布置。用水泥單漿液進行加固，縱向加固長度為覆土頂面到隧道底以下3m；加固寬度為隧道輪廓外3m；隧道方向加固長度為13.5m；加固體積4172.5m3；注漿孔61個；鉆孔空鉆長度1177.3m；注漿量83.5m3。注漿加固施工工藝流程如圖1所示。

圖1 注漿加固施工工藝流程

2.2 洞門破除

洞門破除是盾構(gòu)出洞的關(guān)鍵工序之一，其施工質(zhì)量、安全等因素直接影響盾構(gòu)施工能否順利進行。洞門破除應(yīng)遵循以下施工工藝：打探測孔—注漿止水—破除洞門鉆孔樁外半圓混凝土保護層—割除鉆孔樁外半圓鋼筋—破除鉆孔樁心內(nèi)素混凝土—用盾構(gòu)刀盤旋轉(zhuǎn)切割破裂剩余樁身混凝土—等待盾構(gòu)刀盤露出后割除剩余鉆孔樁鋼筋—拆除腳手架，清理場地。且為保證鑿除砼的施工安全，鑿除順序應(yīng)采用從上往下的施工方法依次進行：A區(qū)→B區(qū)→C區(qū)→D區(qū)，如圖2所示。

圖2 洞門鑿除順序圖

2.3 接收基座的安裝

接收基座的中心軸線應(yīng)與隧道設(shè)計軸線一致，同時還需兼顧盾構(gòu)出洞姿態(tài)。接收基座的軌面標高除適應(yīng)于線路情況外，作適當調(diào)整，以便盾構(gòu)順利上基座。為保證盾構(gòu)刀盤貫通后拼裝管片有足夠的反力，將接收基座以盾構(gòu)進洞方向+3‰的坡度進行安裝。對接收基座進行加固，在接收井鋪設(shè)鋼板與接收架焊接，并利用膨脹螺栓、工字鋼等材料將接收托架支撐在接收井的混凝土結(jié)構(gòu)上，尤其要加強縱向加固，保證盾構(gòu)能順利到達接收基座上。如圖3所示為盾構(gòu)接收基座。

圖3 盾構(gòu)接收基座

2.4 洞門密封

盾構(gòu)到達接收井前，在接收井洞門安裝洞門密封裝置，主要是簾布橡膠，主要作用是對管片背后空隙充填的砂漿形成封堵，保證空隙充填效果，要保證簾布橡膠板能緊貼盾殼或管片外弧面。洞門密封裝置如圖4所示。

圖4 洞門密封裝置

2.5 盾構(gòu)接收

盾構(gòu)接收施工開始前做好盾構(gòu)接收基座安裝、洞門密封安裝等準備工作。進行導線、高程以及洞門的測量多級復測，以精確確定盾構(gòu)到達位置；接收基座的安裝也應(yīng)加強測量，做好接收臺和導軌的定位工作，確保盾構(gòu)準確接收；接收前20環(huán)要采取在管片螺栓上焊接角鋼的輔助措施加強管片環(huán)間連接，以防盾構(gòu)掘進推力的減少引起環(huán)間松動或破損而影響密封防水效果，并做好最后幾環(huán)的管片選型工作，防止錯臺現(xiàn)象的發(fā)生；到達端頭前6環(huán)對注漿材料配合比進行調(diào)整，必要時可通過盾構(gòu)殼體設(shè)置的孔向盾殼外注入特殊的止水材料，以防涌水、涌泥而引起地層坍塌；接收完成后要對接收段管片背部進行二次補充注漿。盾構(gòu)到達接收施工作業(yè)流程如圖5所示。

圖5 盾構(gòu)到達、接收施工流程

3 左線盾構(gòu)拆機方案

3.1 拆機準備工作

盾構(gòu)的拆機工作工序繁多，系統(tǒng)龐大，人員較多，為順利完成盾構(gòu)的拆除，在拆除開始之前必須進行周密的準備工作。

1）地面和井內(nèi)清理 將吊裝場地清理干凈，地面進行平整、對進場的設(shè)備擺放位置和吊機的行走位置用油漆畫好邊界線，履帶吊行走范圍內(nèi)鋪墊好鋼板，貯備好盾構(gòu)的各種機具、材料。盾構(gòu)井內(nèi)進行清空，將和盾構(gòu)拆除存在干涉的臨時支撐柱、混凝土結(jié)構(gòu)、門吊行走梁等拆除清理干凈。

2）接收平臺的安裝 將接收臺下井并定位好，確保隧道盾構(gòu)中線位置及盾構(gòu)能夠順利到達接收臺。

3）排水、供電、照明準備 根據(jù)排水方案要求，準備足夠的排污管路和污水泵，滿足下暴雨的排水要求，配置充足的配電箱滿足盾構(gòu)施工的要求，地面上盾構(gòu)井內(nèi)以及隧道內(nèi)安裝足夠的照明燈具。

4）其它準備 安排專人做好防雨準備，有專人看守材料、機具、設(shè)備，準備足夠的應(yīng)急物資和藥品以及通訊設(shè)施。

3.2 盾構(gòu)拆機流程

盾構(gòu)拆機位置位于長沙市開福寺路中間，盾構(gòu)井左側(cè)為地鐵一號線的盾構(gòu)吊出井、右側(cè)為行車道（由東往西的單車道），車站主體結(jié)構(gòu)仍在施工，還不能利用，吊出井西北方向緊挨著開福寺，只有端頭井西邊的路面可以使用。盾體、刀盤、后配套等部件均采用分塊設(shè)計，盾構(gòu)不可拆解最大件尺寸和重量見表1。

盾構(gòu)組裝最重件為刀盤，總重137t（含刀具），其它大件有主軸承重130t，盾體上部塊105t，后配套最重拖車重為70t。根據(jù)場地情況與盾構(gòu)部件重量，考慮安全系數(shù)，計劃選用1臺350t履帶起重機為主力起重機，1臺150t汽車起重機配合刀盤、主軸承、盾體塊、安裝機、盾尾的翻轉(zhuǎn)。盾構(gòu)拆機分兩部分，先進行主機部分的吊裝拆除，后配套上管線拆除與主機拆除可步進行。再進行后配套拖車的拆除工作，拖車拆除按從前到后依次拆除。盾構(gòu)拆機流程如圖6所示。

表1 盾構(gòu)不可拆解大件參數(shù)表

圖6 左線盾構(gòu)拆機工序流程圖

4 右線盾構(gòu)平移拆機方案

為加快施工進度，縮短工期，開福寺站西端頭施工完底板后立即進行盾構(gòu)吊出作業(yè)，為此，綜合考慮開挖出土及盾構(gòu)吊裝需求，改變臨時支護形式，只能從左線洞口上方進行盾構(gòu)吊出作業(yè)，所以右線盾構(gòu)出洞后需平移至左線進行吊出作業(yè)。

4.1 總體方案

1）主機部分加刀盤總重約為850t，平移難度非常大，移動平臺采用滾動摩擦的形式，井底鋪設(shè)20mm厚鋼板，鋼板與鋼板進行焊接，利用油缸將主機部分從右線頂推到左線。

2）從刀盤至螺旋輸送機馬達位置長度將近17m，吊出井設(shè)計只有17m，考慮到空間有限，在平移前，先將盾尾、螺旋輸送機、安裝機及支架進行拆除。

3）主機部分平移后，先拆除刀盤，再拆盾體上部分，依次是盾體左右部分、主驅(qū)動、盾體下部分的拆除。

4）螺旋輸送機直接從右線吊出，利用混凝土支撐之間的距離能夠滿足。

5）在移動平臺上做門字架支撐，在上面鋪設(shè)軌道與洞內(nèi)軌枕軌道高度一致，利用卷揚機將拖車牽引至移動平臺上，而后用油缸頂推移動平臺至左線。

4.2 盾構(gòu)平移拆機方案

在右線盾構(gòu)平移前，利用右線吊出井混凝土斜撐之間的空間，先將盾尾、螺旋輸送機及管片安裝機進行拆除，整個主機部分平移的重量減少，長度只有6m左右，只有刀盤、主驅(qū)動及中前體部分，更容易找到平移的重心，保證平移的安全。根據(jù)350t履帶起重機的參數(shù)表在拆除這幾個部件時的最大距離為15m，此時可以吊裝100t的重物，管片安裝機最重為70t，因此，能夠滿足吊裝需要。

1）主機部分的平移 移動平臺的安裝：移動平臺運至工地后，在吊出井底進行組裝，移動平臺與洞門口的距離定為400mm，移動平臺另一端連接3m的接收臺，連接采用硬性連接，3m接收臺另一端用200mm的型鋼頂在車站底板上。圖7、圖8為移動平臺結(jié)構(gòu)圖和現(xiàn)場安裝圖。

圖7 移動平臺結(jié)構(gòu)

圖8 移動平臺的現(xiàn)場安裝

盾構(gòu)出洞：最后一環(huán)管片裝完后，拖車與主機斷開，拖車后退20m，主機部分采用兩根200t的油缸頂推繼續(xù)往前移動，到盾尾尾部上接收臺2m的位置。

盾尾的拆除：主機部分到位后，焊接盾尾吊耳，盾尾內(nèi)部采用50mm的圓鋼焊接支架，防止在盾尾拆除后盾尾變形失圓；盾尾兩側(cè)焊接斜撐，防止在拆除盾尾頂部時兩側(cè)盾尾傾倒。準備工作結(jié)束后，切割盾尾塊之間的焊縫，先將盾尾的上部分吊出，再拆除盾尾左右部分。

螺旋輸送機的拆除：用油缸將主機部分頂推至吊出井的最前端，采用吊機與手拉葫蘆相配合的方式將螺旋輸送機拆除，放置準備好的平臺上，后移至隧道內(nèi)。

管片安裝機的拆除：用油缸將主機部分后推至管片安裝機距離洞門5m的位置，進行管片安裝機及其支架的拆除，在吊出過程中，在安裝機上系兩根麻繩，防止撞到混凝土斜撐；然后放置在地表，采用150t汽車起重機進行翻身裝車。

主機部分的平移：將剩余主機部分用油缸頂推至移動平臺轉(zhuǎn)盤的位置，使主機部分的重心處于轉(zhuǎn)盤中心的位置，由于主機部分的重心不能精確的找出，所以，只能大概的計算出重心所處的范圍。

主機部分定位后，將盾體與接收臺采用段焊的方式連成一體；采用2根200t的行程1.8m的油缸進行頂推移動平臺進行主機部分的平移，移動平臺底部設(shè)置有輪子，采用滾動摩擦的方式將主機部分從右線平移至左線。兩根分別放置在接收臺的兩端，在井底鋪設(shè)的鋼板上焊接油缸的支撐點，在頂推的時候要保證兩根油缸的同步性；待油缸行程達到1.8m時，收起油缸，再在鋼板上焊接支座，進行頂推，如此循環(huán)，從右線至左線平移距離為18m。

2）螺旋輸送機及后配套的平移 螺旋輸送機的平移：將螺旋輸送機從隧道內(nèi)移至吊出井口，用履帶起重機將螺旋輸送機水平吊起，將螺旋輸送機底部支架退回隧道內(nèi)，并將螺旋輸送機放在井底；移動平臺從左線移至右線，接近螺旋輸送機時將螺旋輸送機吊起，移動平臺移至螺旋輸送機下部，將螺旋輸送機放在移動平臺上面，去掉掛鉤，采用油缸將移動平臺頂推至左線，將螺旋輸送機吊出。

后配套的平移與螺旋輸送機相似，在移動平臺上放置門字架支撐，同左線拆除后配套一樣，門字架的高度同洞內(nèi)軌枕高度一樣；控制重點是：移動平臺的軌道與隧洞內(nèi)延伸出的軌道的連接，連接處采用1根2m的鋼軌，移動平臺到位后，用2m的鋼軌將兩部分連接起來，用卷揚機將拖車拉出，到移動平臺上，用阻車器將拖車輪對固定，然后拆除2m的鋼軌，進行拖車的平移。

拖車的拆除與左線相同，在此就不再重復描述，右線盾構(gòu)拆機流程如下圖9所示。

圖9 右線盾構(gòu)平移拆機工序流程

5 結(jié) 語

盾構(gòu)拆解施工設(shè)計應(yīng)結(jié)合施工效益與可行性等因素綜合考慮，大直徑盾構(gòu)平移拆解普遍面臨空間狹小、系統(tǒng)復雜等困難，需明確拆解流程，因地制宜，優(yōu)化改進拆解設(shè)備、工藝，才能實現(xiàn)安全、快速的拆機。長株潭城鐵項目成功地進行了大直徑盾構(gòu)拆機作業(yè)，對以后的大直徑盾構(gòu)拆機起到了很好的借鑒作用。

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（編輯 張海霞）

Research of the key technology of large diameter shield teardown

GAO Hui-zhong, CHEN Kui, WANG Zhu-feng, ZHANG He-pei, FENG Huan-huan

TU621

B

1001-1366(2015)11-0070-05

2015-08-21