超大斷面矩形頂管鋼管節(jié)現(xiàn)場拼裝技術(shù)

牛恒栓

【摘 要】在上海軌道交通14號線9標靜安寺站站臺層頂管施工中，頂管管節(jié)采用全鋼管節(jié)制作，由于管節(jié)斷面較大，給運輸帶來較大困難，因此將每節(jié)鋼管節(jié)分成兩個C型塊，運輸至施工現(xiàn)場進行再拼裝焊接成整體。由于頂管隧道對受力及防滲漏有著極高的要求，因此為保證管節(jié)現(xiàn)場拼裝的精度和平整度，專門設(shè)計一個鋼管節(jié)拼裝平臺，用于鋼管節(jié)在施工現(xiàn)場進行拼裝焊接，本文敘述的就是拼裝平臺的制作安裝及鋼管節(jié)拼接施工中的關(guān)鍵技術(shù)，以便以后類似工程進行借鑒。

【關(guān)鍵詞】矩形頂管;鋼管節(jié);拼裝平臺;焊接

中圖分類號： U455.4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0186-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.088

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模的建設(shè)，大城市尤其超大城市中地面及地下建構(gòu)筑物越來越多越來越密集，這使得在大城市城區(qū)建造地鐵車站面臨著更為復(fù)雜的施工環(huán)境。超大城市核心區(qū)域通常是地面交通量很大、車輛擁堵、地面建構(gòu)筑物密集、各類管線錯綜復(fù)雜、甚至地面有高架道路，導(dǎo)致施工作業(yè)空間非常有限，很多施工方法工藝將受限。要想在這樣的環(huán)境下修建地鐵車站，最常用的明挖法恐怕無以為繼，如此一來采用暗挖法不失一種很好的解決途徑。軟土環(huán)境下的盾構(gòu)法及頂管法兩種暗挖施工方法已經(jīng)非常成熟，但這兩種工藝尚未在地鐵車站施工中采用過，頂管法相對盾構(gòu)法有投資較小、占用施工空間較小、工期容易掌握的優(yōu)勢，因此頂管法非常適合城市中復(fù)雜環(huán)境下車站的非開挖施工。對于超大斷面的矩形頂管，頂管管節(jié)的設(shè)計也是一項重要內(nèi)容，頂管管節(jié)一般可分為混凝土管節(jié)和鋼管節(jié)，前者剛度較大同時重量也要大很多，不可分塊，運輸難度較大;后者強度較大重量較輕且可以分塊制作然后現(xiàn)場拼接成環(huán)，這樣運輸難度大大降低。本文所討論的就是上海軌道交通14號線9標靜安寺站站臺層頂管鋼管節(jié)的現(xiàn)場拼接問題。

1 工程概況

靜安寺站位于華山路與延安中路交叉路口的華山路下方，沿華山路南北向布置，為地下三層島式站臺車站，與已建成通車的2號線、7號線靜安寺站形成三線換乘樞紐。站臺中心處頂板覆土約3m，底板埋深約24m，車站長度約225m，凈寬20.54m，共設(shè)6個出入口，3組風井。車站主體沿線路方向分A、B、C三個區(qū)，其中A區(qū)、C區(qū)均采用明挖順作法實施（西側(cè)半幅蓋挖），B區(qū)采用頂管法實施。B區(qū)分為站臺層及站廳層，站臺層采用兩條長度為82m、斷面尺寸為8700×9900mm的頂管隧道連接延安路南北兩側(cè)站臺，站廳層采用一條斷面尺寸4880×9500mm、長度為82m的頂管隧道連接延安路南北兩側(cè)站廳。站臺層頂管隧道埋深15.17～15.37m，設(shè)置4條聯(lián)絡(luò)通道。站臺層兩根頂管水平間距2.0m，站臺層頂管覆土為15.2m，頂管管節(jié)外徑為9.9m×8.7m，壁厚為525mm。

2 頂管管節(jié)設(shè)計

站臺層頂管管節(jié)為矩形管節(jié)，若采用混凝土管節(jié)，每節(jié)重量較大且不宜分塊給吊裝運輸帶來極大不便，而采用鋼管節(jié)，能大大降低管節(jié)的重量至47t，且可以分塊制作和運輸，便于運輸和吊裝，但成型隧道剛度較差，綜合考慮本工程采用鋼-砼復(fù)合管節(jié)（鋼管節(jié)+混凝土內(nèi)襯），外徑為9.9m×8.7m，壁厚為525mm（鋼管節(jié)400mm厚，內(nèi)襯125mm厚），頂管施工階段為鋼管節(jié)，待鋼管節(jié)完全貫通沉降穩(wěn)定后再于內(nèi)部現(xiàn)澆鋼筋砼形成復(fù)合管節(jié)。鋼管節(jié)分為兩個C型塊，運輸至在現(xiàn)場后拼接成環(huán)，縱縫內(nèi)外側(cè)均采用焊接方式連接，環(huán)縫為承插口接頭。

3 管節(jié)拼裝平臺設(shè)計

站臺層頂管管節(jié)兩個C型塊在工廠加工好后運至現(xiàn)場進行拼裝焊接成環(huán)，由于頂管隧道對受力以及防滲漏有著極高的要求，因此需保證管節(jié)現(xiàn)場拼裝的精度和平整度。為此本工程設(shè)計了一個鋼管節(jié)拼裝平臺，該平臺由鋼平臺、導(dǎo)向底支承、地坦克、電液推桿、電控箱及安全護欄組成。拼裝時先將第一塊C形塊安裝固定在一側(cè)，并由導(dǎo)向底支承固定牢靠;接著安放另一塊C形塊，使用電液推桿及地坦克進行姿態(tài)微調(diào)，并結(jié)合輔助水平和高程測量儀器，能保證兩段管節(jié)拼裝精度的要求，拼裝完成后，在平臺上完成焊接。

3.1 拼裝平臺各部分組成

1）鋼平臺

拼裝平臺平面尺寸為11.6m×11.6m，由上、下兩層組成，詳見圖5。

下層由3根鋼梁組成，鋼梁為安裝在預(yù)埋基礎(chǔ)埋件上的工字形梁（工字鋼32a，材質(zhì)Q235B，并經(jīng)局部加強），預(yù)埋基礎(chǔ)埋件間距為1.0m，單根支承梁設(shè)12個預(yù)埋基礎(chǔ)埋件（支承板厚度25mm，錨栓直徑20，材質(zhì)均為Q345B），鋼梁之間的間距為4.75m。鋼梁與埋件之間采用螺栓、壓板固定，其安裝的平整度可通過預(yù)埋件、鋼梁之間加設(shè)墊板進行調(diào)整，預(yù)埋件及鋼梁詳見圖6。

上層平臺由4件支承平臺板組成，為同一規(guī)格，可互換，每件支撐平臺板由頂部鋼板（厚度20mm，材質(zhì)Q345B）、支承梁（槽鋼32a，材質(zhì)Q235B）、勁板（厚度12mm，材質(zhì)Q235B）組成。為便于與相鄰構(gòu)件之間的連接，設(shè)有燕尾卡槽，各件之間可互換，詳見圖7。

2）電液推桿

電液推桿是機電液一體化的新型傳動機構(gòu)，它以液壓缸、油泵、電動機、油箱、液壓控制閥組合而成。電動機、油泵、液壓控制閥和液壓缸安裝在同一軸線上，接通電機的控制電源，通過電機正反轉(zhuǎn)，使液壓油經(jīng)過雙向齒輪油泵輸出壓力油，以液壓控制閥將壓力油送至工作油缸，實現(xiàn)活塞桿的往復(fù)運動。

3）地坦克

重心低，操作安全，適合于重物器具的搬運工作。鋼平臺上的地坦克采用鋼輪型材料的滾輪，不易損壞。在旋轉(zhuǎn)盤與機體之間采用了平面推力軸承，360度可旋轉(zhuǎn)。該地坦克每個可以支撐移動二十噸的設(shè)備。多個地坦克組合使用可以移動重達上百噸的大型設(shè)備，該地坦克使用方便，省時省力，可隔斷鋼管節(jié)與平臺的接觸。

4）導(dǎo)向底支承

支承和限制運動部件按給定的運動規(guī)律要求和運動方向直線回轉(zhuǎn)運動，底部導(dǎo)軌內(nèi)安裝調(diào)節(jié)螺栓，導(dǎo)向精度高，剛性好。能有效固定鋼管節(jié)。兩端上側(cè)分別安裝三個導(dǎo)向滾輪，能起到定位準確、導(dǎo)向準確、承受一定的側(cè)向壓力，并具有一定的強度，耐磨性。

3.2 鋼管節(jié)拼裝

管節(jié)拼裝焊接質(zhì)量直接關(guān)系到管節(jié)成環(huán)質(zhì)量甚至頂管隧道的成型質(zhì)量，所以要做好充足準備，完善質(zhì)量保證措施，然后嚴格按照施工方案步驟進行操作，鋼管節(jié)拼裝施工步驟如下：

1）在未放置管節(jié)前，采用油漆或其他材料將管節(jié)在平臺上的位置標記正確，以便吊裝管節(jié)大致位置正確，防止調(diào)整度過大。

2）使用吊具將管節(jié)平穩(wěn)放置。利用直尺測量管節(jié)兩端距離，保持管節(jié)兩端平行。

3）打開操作臺控制箱電源開關(guān)、觀察操作臺上指示燈是否點亮。

4）將管節(jié)吊放置平臺上，套入導(dǎo)向支承內(nèi)。利用萬象地坦克，調(diào)節(jié)位置，導(dǎo)向底支承具有導(dǎo)向作用，底部地坦克具有自動回位功能，可就地旋轉(zhuǎn)。

5）觀察管節(jié)就位情況，先啟動管節(jié)位置正確的電液推桿，慢慢推進，抵位管節(jié)，使其平穩(wěn)不走型。

6）對于管節(jié)面位置有偏差的，先調(diào)整最近的推桿，差不多位置時，再調(diào)節(jié)有空隙的電液推桿，或同時推進，直至管節(jié)面平整無錯口。

7）鋼管節(jié)對接吻合后，整體進行檢驗。

8）檢驗合格后點焊，最后整體焊接。

3.3 管節(jié)防變形措施焊接

1）焊前控制好裝配尺寸，符合焊前尺寸檢驗數(shù)據(jù)。

2）各焊縫間隙控制在1mm以內(nèi)，局部最大間隙不超過2mm，可以有效減少焊縫收縮變形。

3）焊前進行加固支撐，外圈板拼縫處用一定數(shù)量的定位馬板進行加固和定位。

4）整體施焊前進行加固焊，并檢查加固焊的焊接質(zhì)量。

5）嚴格控制整體施焊的焊接電流、電壓和焊接速度。

6）根據(jù)殼體形狀和焊縫位置，合理分配焊工數(shù)量、焊位，原則上同一條焊縫應(yīng)有2名焊工同時同序同速進行施焊。

7）整體施焊過程中必須有1次以上的尺寸檢查，隨時觀察變形情況，并隨時進行焊工焊位焊序的調(diào)整。

8）焊后8小時之后進行尺寸檢查，根據(jù)情況調(diào)整支撐、馬板的拆除順序，并進行焊接質(zhì)量檢查。

9）如需焊后整形，可以使用機械外力加火攻等方法進行局部整形，前提必須是殼體在自由狀態(tài)下進行。

10）為防止起吊和運輸過程中的二次變形，起吊時注意吊裝位置，必要時可進行加固支撐。

4 結(jié)束語

本工程中鋼管節(jié)拼裝平臺的設(shè)計應(yīng)用，為鋼管節(jié)現(xiàn)場拼裝焊接提供了一個良好的施工操作環(huán)境，拼裝平臺操作簡單、定位精確、固定牢靠，大大降低了鋼管節(jié)現(xiàn)場拼裝的難度，也能很好的保證管節(jié)拼裝的精度和平整度，從而保證了國內(nèi)首次頂管法地鐵車站的成型質(zhì)量，為以后國內(nèi)更多類似工程提供一個不錯的借鑒方案。