洞內(nèi)螺旋輸送機與管片拼裝機一體式拆除技術(shù)

謝 超，王保利，陳世友

（中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016）

盾構(gòu)法施工技術(shù)代表著國際地下工程施工技術(shù)的最高水平，已廣泛應(yīng)用于交通、水電、礦山、市政、國防等重要工程領(lǐng)域。隧道采用盾構(gòu)法施工過程中，由于種種原因限制，盾殼必須留在隧道內(nèi)，此時需要洞內(nèi)拆機，將所有部件分塊運出后吊裝至地面。由于隧道內(nèi)可操作空間很小，不能采用起重設(shè)備，只能在有限的空間內(nèi)去拆除數(shù)十噸重的大部件，面臨較大的工程與人員風險。

如何創(chuàng)造安全、舒適的工作環(huán)境，提高隧道建設(shè)施工安全是隧道施工亟須解決的難題。本文以新加坡某地鐵項目為實例，以中鐵裝備?6.7m盾構(gòu)為研究對象，闡述了地鐵隧道完工后，洞內(nèi)螺旋輸送機及拼裝機的整體拆除技術(shù)方案，可有效降低盾構(gòu)洞內(nèi)施工風險。

1 洞內(nèi)拆機的原因及風險

地鐵站受城市空間布局的影響，大部分集中在客流大、商業(yè)密集的地區(qū)。為避免征地困難、貫通時施工風險高（如洞門滲漏、地表沉降等）、各項目施工進度相互干擾等問題，隧道施工完成后常采用棄盾殼（前盾、中盾和盾尾棄置在隧道接收端）方式貫通。為提高盾構(gòu)設(shè)備完整性與利用率，通常將大型部件（刀盤、主軸承、拼裝機、螺旋輸送機等）整體拆出再利用，其中螺旋輸送機與管片拼裝機的拆出過程尤為困難。

由于盾構(gòu)特殊的結(jié)構(gòu)，螺旋輸送機與管片拼裝機無任何接觸，但在空間上又相互交叉。螺旋輸送機重約27t，長13 653mm，內(nèi)徑960mm，外徑1 040mm；拼裝機長寬高依次5.9m、4.9m、4.6m（螺旋輸送機、拼裝機、行走梁總重約為55t）。拆卸所面臨的主要技術(shù)問題為空間限制的影響，極易導致螺旋輸送機與管片拼裝機、液壓馬達驅(qū)動與襯砌管片碰撞，引起設(shè)備結(jié)構(gòu)損壞，危及施工安全[3]。

2 常用的洞內(nèi)拆機方法

目前國內(nèi)常見的拆除螺旋輸送機的方法主要兩種：門架法[4]和作業(yè)平臺法。洞內(nèi)拆機先拆除螺旋輸送機，隨后再拆除管片拼裝機。

2.1 門架法

洞內(nèi)分別焊接2 個門型支架，分別是在螺旋輸送機尾部、拼裝機行走梁尾部安置焊接門型支架，在盾構(gòu)米字梁、盾尾頂部焊接吊耳配合，將螺旋機平移出盾體，如圖1 所示。其所適用的主要工況如下：①掘進過程中螺旋輸送機故障，修復螺旋輸送機；②接收井位置螺旋輸送機拆除（接收井空間有限）；③貫通后洞內(nèi)拆機。

圖1 洞內(nèi)拆螺旋輸送機之門型支架法

采用門架法時其工裝制作較為簡單，相關(guān)人力支出費用較少，但在拆卸過程中其重心偏離，門型架面臨傾倒的風險，因此對起重葫蘆的質(zhì)量要求較高，提升、傾斜、平移多個動作要緊密配合。

2.2 作業(yè)平臺法

利用管片小車或者渣土車底盤搭建作業(yè)平臺，在中盾鉸接位置焊接螺旋輸送機底部支撐，米字梁底部焊接10t 吊耳，用10t 葫蘆將支架角度調(diào)整為21°，在千斤頂?shù)捻斖谱饔孟拢瑢⒙菪斔蜋C整體往上平移，同時采用2 個10t 葫蘆調(diào)整支架角度。在拼裝機V 型梁底部焊接支撐，V 型梁作為螺旋機的一個翻轉(zhuǎn)的支持，將螺旋輸送機放置到水平位置。然后整體運出隧道，其工作原理如圖2 所示。其所適用的主要工況如下：①掘進過程中螺旋輸送機故障，修復螺旋輸送機；②接收井位置螺旋輸送機拆除（接收井空間限制）；③貫通后需采用洞內(nèi)拆機。

圖2 洞內(nèi)拆螺旋輸送機之平移支架式拆除法

該工法安全系數(shù)較高，可借助液壓千斤頂推，并利用支架調(diào)整螺旋輸送機的傾斜角度，操作便捷，但其工裝結(jié)構(gòu)較為復雜，準備工作與工裝周期較長，且消耗費用較高。

3 新型洞內(nèi)拆機方法

上述兩種工法均是將螺旋輸送機與拼裝機分步拆除，為提升工作進度，擬將螺旋輸送機與拼裝機采用整體式拆除，拖至洞口后分開吊裝，如圖3 所示。其具體又分為有軌道隧道及無軌隧道，無軌隧道底板完成襯砌，一般適用于直徑超10m隧道，利用液壓平板車焊接移動平臺，其原理如圖4 示，其拆除原理與有軌隧道洞內(nèi)拆機類似。接下來重點分析預(yù)留軌道情況下的洞內(nèi)螺旋輸送機拼裝機一體式拆除的方法。

圖3 洞內(nèi)螺旋輸送機與安裝機整體拆除示意圖

圖4 迪拜某項目采用液壓平板車整體拆除

3.1 工作流程

盾構(gòu)完成隧道掘進后，電瓶機車軌道保留，利用重型60t 以上平板車上焊接工裝支架（無條件的項目可以就地取材采用拖車輪對，以6 組拖車輪對焊接工字鋼組成一個移動平臺，每組輪對可以承受30t 重量），與拼裝機梁固定完成后采用電瓶機車整體牽引至始發(fā)井口，然后分開吊裝，如圖5 所示。

圖5 新加坡某項目采用電瓶機車有軌一體式拆除

具體實施中，在拼裝機的行走梁前后焊接四組支撐固定于平板車上；并后部加焊螺旋輸送機左右限位立柱，如圖6 所示的后部支撐立柱，此立柱與螺旋輸送機殼間隙很小，可限制螺旋輸送機左右移動；在前后支撐立柱中間夾放橫梁，然后利用千斤頂調(diào)整中間活動橫梁，從而調(diào)整螺旋輸送機上下位移。螺旋輸送機因重力移位下滑，此時需要在拼裝機V 型梁（管片拼裝機行走梁自帶V 型梁）與螺旋輸送機筒壁處焊接擋板，限制螺旋輸送機下滑，此時螺旋輸送機左、右、前、后均不可移動，只能垂直方向活動，由于螺旋輸送機與盾體軸線有21°夾角，移動電瓶車，調(diào)節(jié)前后活動梁改變螺旋輸送機角度，并將其從前盾套筒內(nèi)拔出。

圖6 螺旋輸送機與拼裝機一體式拆除工裝示意圖

3.2 拆除前準備事項

1）盾構(gòu)停在加固區(qū)內(nèi)，刀盤處于常壓狀態(tài)，在停電之前，清空刀盤及螺旋輸送機內(nèi)渣土，全部伸出螺旋輸送機，螺旋輸送機伸縮套處采用用工字鋼支撐，其目的避免油管拆除后，螺旋輸送機由于自重回縮。

2）停電前，管片拼裝機停放在靠近掌子面位置，使整體重心后移。機械抓舉頭（真空吸盤）旋轉(zhuǎn)至最上方，以防止與后來加工工裝干涉。

3）盾構(gòu)后配套拖車及連接橋采用電瓶機車牽引全部拖出，清空隧道內(nèi)雜物，以便于大件運輸。

4）按照尺寸加工工裝支撐，工裝底部焊接至重型平板車上，上端焊接至拼裝機行走梁上。固定工裝、焊接螺旋輸送機擋板，點焊擋板與工裝活動梁，所有支撐洞外加工現(xiàn)場組裝焊接。

5）裝入4 個液壓小油缸及墊塊，連接管線。

6）尾盾頂部焊接3 個20t 輔助吊耳，預(yù)先穩(wěn)固拼裝機梁及螺旋輸送機，然后拆除拼裝機梁螺栓；前盾螺旋輸送機伸縮套筒螺栓及螺旋輸送機拉桿。

7）準備液壓泵站、備用液壓油缸（千斤頂）、導鏈、墊塊等輔助工具、材料。

8）拆除中盾最底部鉸接油缸，其目的方便螺旋輸送機出。

9）焊接完成后所以焊點探傷，出具檢測報告。

10）隧道屬于大型密閉空間，人員作業(yè)時應(yīng)加強通風放置便攜式氣體檢測儀，時刻監(jiān)測隧道內(nèi)空氣質(zhì)量。

11）每班檢測氧氣、乙炔瓶、割槍及氣管是否有漏氣的情況；檢查回火閥，發(fā)現(xiàn)問題立即更換。

12）進行風險評估，提前做好預(yù)防措施，制定《危險情況應(yīng)急處理預(yù)案》。

3.3 工裝設(shè)計與計算

僅以中鐵裝備?6.7m 盾構(gòu)為例，支撐主材采用250×250×82mm 工字鋼[5]，活動支撐采用300×200×12mm 矩形方鋼[6]，尺寸詳如圖7 所示。所有材料采用S235 以上材質(zhì)。

圖7 平板車支撐工裝示意圖

1）平臺載荷計算[7]螺旋輸送機重270kN；拼裝機重280kN，總重量，QD＝550kN；整體運動載荷，QL＝0；負載系數(shù)DL＝1.4；垂直總載荷770kN。

2）平臺垂直梁的設(shè)計 梁間距SV＝1.77m；梁跨度LV＝2.23m。

3）剪切與力矩 恒載荷QD·SV，WD＝275.00kN；活動載荷QL·SV，WL＝0；梁自身重量SWS＝0.9kN/m；力矩Mv＝214.64kNm；剪切力Fv＝192.50kN。

4）活動梁受力計算 剪切面積A＝3 600mm2；剪切力τ＝FQ/A＝507.6kN，取0.6 倍安全系數(shù)。

由計算得知，滿足使用要求。

3.4 拆除步驟

1）由專人指揮且由1 人發(fā)號施令。

2）固定螺旋輸送機20t 導鏈張緊受力，拆除2 根螺旋輸送機拉桿、主軸承下方前盾套筒螺栓，松導鏈使螺旋輸送機落在前后活動梁上，4個液壓油缸受力，擋板受力，使螺旋輸送機整體處于靜態(tài)平衡狀態(tài)。

3）固定拼裝機2 個20t 導鏈張緊受力，拆除拼裝機行走梁與米字梁連接螺栓，由于受力不均最后的連接螺栓很難被拆除，過程中需調(diào)整導鏈。松導鏈此時拼裝機梁由4 組支撐架起，使平板車完全承受整個重量。

4）持續(xù)松導鏈，分別調(diào)整前后支撐油缸，使螺旋輸送機高度降低，電瓶車點動拖出直至螺旋全部脫離套筒。

5）松開全部導鏈掛鉤。

6）電瓶車平緩牽引至井口，注意與通風管或隧道內(nèi)電箱干涉。

此過程中，應(yīng)提前檢查電瓶機車及平板車剎車。

3.5 隧道井口吊裝

由于螺旋輸送機重27t，拼裝機及梁重28t 很難一起吊裝。

1）吊裝螺旋輸送機，主鉤懸掛3 根鋼絲繩2個20t 導鏈。首先用螺旋輸送機上前后2 個主吊耳吊裝，受力之后割除原先與V 型梁焊接擋板，4 個小油缸全部泄壓。由于螺旋輸送機與拼裝機無任何連接，此時螺旋輸送機處于懸空狀態(tài)。

2）電瓶機車移動，更換螺旋輸送機吊點，前端鋼絲繩及導鏈拆除，移動電瓶車直到螺旋輸送機完全與拼裝機脫離。

3）螺旋輸送機完成吊裝，放置地面時注意螺旋輸送機支架前后位置（后高前低）。

4）起吊裝拼裝機時主鉤先受力，割除四組支撐然后吊裝至地面。

3.6 實際操作受力與理論對比

本次采用?60/35×200mm 液壓小油缸，調(diào)節(jié)其中一組（2 個油缸）時泵頭壓力顯示為150bar，此組受力為

F＝PS＝230.8kN

其中，P為油液壓強；S為受力面積。

F小于理論剪切力507.6kN，在實際應(yīng)用中，通常還需加上一個負荷率損耗β，β常選0.8。

4 結(jié)語

經(jīng)實踐應(yīng)用對比，采用螺旋輸送機與拼裝機一體式拆除技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，其具體如下，首先人員施工更安全，經(jīng)數(shù)次洞內(nèi)拆機實際驗證，未發(fā)生過人員傷亡設(shè)備損壞的情況；其次是工作效率得到顯著提升，實際用時約5 天時間就完成螺旋輸送機和拼裝機的全部拆卸工作，而采用其他分體拆卸方法至少需要8 天，明顯提升了經(jīng)濟效益，并且此方法易于現(xiàn)場加工，一次加工后可以循環(huán)利用，減小資源浪費，為同類盾構(gòu)項目洞內(nèi)拆機提供了借鑒思路。