履帶起重機(jī)超起工況在盾構(gòu)機(jī)吊裝中的應(yīng)用

賈 瓊

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 100000）

0 引言

盾構(gòu)施工在地鐵項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛，施工過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)吊裝作業(yè)工作量大，吊裝頻率平均在4次/km。吊裝過(guò)程存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是在主城區(qū)，建筑擁擠，管線復(fù)雜，交通繁忙，用于吊裝的空間有限，吊裝難度加大。本文以蘇州軌道交通5號(hào)線花苑路站-楓瑞路站盾構(gòu)機(jī)吊裝施工為例，分析在復(fù)雜環(huán)境、有限空間內(nèi)的吊裝施工，分析盾構(gòu)機(jī)吊裝設(shè)備的選擇、地基處理、安全管理方面的控制要點(diǎn)。

1 工程概況

蘇州市軌道交通5號(hào)線花苑路站-楓瑞路站區(qū)間工程場(chǎng)地位于蘇州市吳中區(qū)，左右線區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工，花楓區(qū)間從花苑路站東端頭井始發(fā)，沿二號(hào)河及花苑東路向東推進(jìn)，依次下穿沈巷橋，二號(hào)河2、3、4號(hào)橋后到達(dá)楓瑞路站,盾構(gòu)接收為西端頭井接收。區(qū)間線路縱坡為雙向坡，區(qū)間左線長(zhǎng)914.579m，區(qū)間右線長(zhǎng)912.600m。區(qū)間右線采用鐵建重工ZTE6410，左線采用遼寧三三羅瓦特6440盾構(gòu)機(jī)施工作業(yè)。盾構(gòu)機(jī)在楓瑞路站西端頭井接收，接收井南側(cè)為愛(ài)車行洗車庫(kù)（單層鋼結(jié)構(gòu)彩鋼瓦房，無(wú)基礎(chǔ)），距基坑端頭側(cè)面最近約1.6m,洗車庫(kù)西側(cè)為污水提升泵站配電房（磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)），距基坑約13.6m。端頭井端頭正上方為24根220kV高壓架空線（金獅線及金閶線），其架空線距端頭井距離約為10.1m～13.4m（保護(hù)區(qū)距端頭井約4.1m～7m）。端頭井北側(cè)為二號(hào)河，該河在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前已封堵回填完成。周邊環(huán)境具體工況，如圖1所示。

圖1 楓瑞路站西端頭井周邊環(huán)境工況圖

2 周邊環(huán)境對(duì)盾構(gòu)機(jī)吊裝的影響以及針對(duì)性措施

一般常規(guī)盾構(gòu)機(jī)吊裝場(chǎng)地為端頭井加固區(qū)域（端頭井西側(cè)），由于楓瑞路站西端頭井接收受到高壓線、廠房以及河道等諸多因素的影響，不具備盾構(gòu)機(jī)常規(guī)吊裝場(chǎng)地條件。

（1）接收井西側(cè)的220kV高壓線保護(hù)區(qū)距接收井4m～7m，該空間內(nèi)不具備盾構(gòu)吊裝機(jī)械站位施工條件。南側(cè)鋼結(jié)構(gòu)廠房因無(wú)法拆遷，也不具備盾構(gòu)吊裝條件。只有北側(cè)二號(hào)河河道回填區(qū)域具備盾構(gòu)吊裝場(chǎng)地條件。但綜合分析發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地基本滿足左線盾構(gòu)常規(guī)吊裝方式，距離右線水平距離較遠(yuǎn)，右線需要跨井吊裝，其距離已超過(guò)盾構(gòu)常規(guī)吊裝的安全距離。最終經(jīng)過(guò)方案比選，計(jì)劃采用一臺(tái)400t的履帶吊進(jìn)行盾構(gòu)吊裝。吊裝場(chǎng)地布置在端頭井東北側(cè)。經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，吊裝左線盾構(gòu)機(jī)滿足安全要求，而在吊裝右線盾構(gòu)機(jī)時(shí)則須啟動(dòng)超起工況才能滿足作業(yè)要求。

（2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，確認(rèn)接收井北側(cè)場(chǎng)地為原河道換填土，地面硬化約25cm厚現(xiàn)澆混凝土路面，由于當(dāng)時(shí)換填土密實(shí)度不足，承載力方面無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)要求，需進(jìn)行二次加固。經(jīng)查閱資料，河道換填深度約6m，計(jì)劃采用單重管旋噴樁進(jìn)行地基加固，加固深度為7m。加固完成后破除原澆筑的老路面，重新澆筑厚度30cm標(biāo)號(hào)C30的鋼筋混凝土路面。

（3）吊裝場(chǎng)地位于花苑路與楓瑞路十字交叉口處，旁邊臨近小學(xué)商業(yè)中心，交通量大，地下管線復(fù)雜，且臨近高壓架空線以及工業(yè)廠房，風(fēng)險(xiǎn)性較大，現(xiàn)場(chǎng)安全管控較難。

3 吊裝場(chǎng)地處理方案及吊裝機(jī)具選擇

（1）吊裝場(chǎng)地以及設(shè)備選擇按照以下幾點(diǎn)原則：①右線吊裝（中盾）水平距離盡可能短；②吊車兼顧左線吊裝（前盾構(gòu)件）；③占地面積盡可能小，占用河道盡可能少；④場(chǎng)地盡可能遠(yuǎn)離高壓線及工業(yè)廠房。綜合以上原則，吊車站位選擇在接收井的西北側(cè)。右線中盾水平距離26.29m，左線前盾水平吊裝距離20.89m，吊車站位如圖2所示。

圖2 吊車站位圖

（2）本次拆卸、吊裝采用的徐工XGC400履帶起重機(jī)，其履帶長(zhǎng)度10.75m，寬度1.2m，整機(jī)寬度8.7m，吊裝時(shí)主臂長(zhǎng)度36m，配重120t。超起工況：徐工XGC400型履帶吊，主吊鉤選用200t鉤（吊鉤自重5.5t）穿五輪十一股繩；用36m主臂吊裝，副臂與主臂成10°，副鉤選用80t鉤（吊鉤自重1.5t）穿三輪七股繩。按照最大、最遠(yuǎn)、最不利工況計(jì)算，盾構(gòu)機(jī)大件重量右線中盾為95t，最大件吊裝工作半徑取27m，吊車最大吊裝負(fù)荷102t（含繩索具及吊鉤自重計(jì)7t），此時(shí)吊車額定負(fù)荷162t，為吊車吊裝能力的75%,吊裝最大荷載為121t，符合要求。徐工XGC400t履帶吊車起重性能如表3所示。

表3 XGC400t履帶吊起重性能表

（3）因吊裝場(chǎng)地部分在河道內(nèi)，河道回填土不實(shí)，且與道路地基承載力不同，極易造成吊車失穩(wěn)。吊車自重為400t，地基承載力按中盾最大起吊重量100t時(shí)計(jì)算，若起吊100t重物地基承載力滿足要求，則其余均滿足。根據(jù)驗(yàn)算，天然地基及河道填土無(wú)法滿足地基承載力要求，需進(jìn)行加固。換填深度約6 m，采用單重管旋噴樁加固，加固深度為7m。加固完成后澆筑30cm厚的鋼筋混凝土路面。吊車站位時(shí)，履帶下采用5cm鋼制走道板，增加安全儲(chǔ)備。

（4）前盾、中盾、尾盾起吊吊耳各四個(gè)，并于盾體重心對(duì)稱布置，每個(gè)吊耳設(shè)計(jì)載荷40t。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)重量參數(shù)表，盾構(gòu)機(jī)中盾吊耳載荷最大，若中盾吊耳滿足吊裝安全要求，則其他滿足。吊裝吊耳按照受力40t，建立1：1吊耳幾何模型進(jìn)行分析。吊耳耳板受力結(jié)果分析得知，吊耳最大等效應(yīng)力為287MPa，位于筋板附近，屬于典型的應(yīng)力集中，吊耳耳板的應(yīng)力均在120MPa以下；焊縫最大應(yīng)力在45MPa以下，吊耳基體材料為Q345B，材料的屈服強(qiáng)度345MPa，抗拉極限510MPa～600MPa，且焊縫強(qiáng)度大于吊耳材料本身強(qiáng)度，故安全余量充足。吊耳吊裝受力模型如圖3所示。

圖3 吊耳吊裝受力模型圖

4 吊裝施工

（1）試吊：在開(kāi)始正式吊裝工作之前，按如下程序進(jìn)行試吊試驗(yàn)。

①空載試驗(yàn)。檢查吊機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況和各限位開(kāi)關(guān)是否可靠?？蛰d試驗(yàn)進(jìn)行如下動(dòng)作：吊鉤的起升和下降（高、中、低速）及其制動(dòng)和起升限位；變幅（高、中、低速）及其制動(dòng)和限位；回轉(zhuǎn)及其制動(dòng)。

②靜載和動(dòng)載試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，用最重構(gòu)件中盾進(jìn)行靜載和動(dòng)載試吊，按相關(guān)作業(yè)程序要求綁扎固定好中盾后，緩慢勻速將構(gòu)件平穩(wěn)吊離地面約200mm后，停止起鉤，懸停5min。仔細(xì)檢查起重機(jī)主臂、滑輪組、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)、鋼絲繩、吊鉤、索具等各部有無(wú)裂紋、變形、松動(dòng)以及其它對(duì)起重機(jī)性能和安全有影響的異常情況；檢查起重機(jī)力矩限制器工作是否正常；并通過(guò)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)測(cè)起重機(jī)站位承載地基有無(wú)沉降、開(kāi)裂等情況。確定無(wú)異常后，對(duì)吊物進(jìn)行起鉤、落鉤、變幅、回轉(zhuǎn)等動(dòng)作，注意控制動(dòng)作加速度和減速度，使其在起重機(jī)正常工作范圍之內(nèi)，檢查和靜載相同的項(xiàng)目（動(dòng)作和地基監(jiān)測(cè)）是否正常，確認(rèn)無(wú)異常后方可開(kāi)始正式吊裝。

（2）吊裝在超起工況下將中盾吊出井口，并抬臂將吊裝半徑回拉至12m，卸下超起配重，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)工況模式。旋轉(zhuǎn)吊車將吊物吊至安全區(qū)域。

（3）翻轉(zhuǎn)：XGC400履帶吊具有獨(dú)立翻轉(zhuǎn)能力，自行翻轉(zhuǎn)時(shí)主鉤升起，副鉤下落，直到機(jī)身完成90°翻轉(zhuǎn)。用4根主繩索與盾體連接，2根副鉤繩索與盾體外側(cè)兩個(gè)吊耳連接，主鉤副鉤同時(shí)起升，離開(kāi)地面200mm時(shí)，主鉤以0.5m/min起鉤，副鉤以0.5m/min落鉤，保持均勻速度，盾體翻身過(guò)程中始終與地面保持200mm，直到機(jī)身完成90°翻轉(zhuǎn)。

（4）吊裝過(guò)程中需進(jìn)行兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作：①對(duì)地基進(jìn)行不間斷沉降觀測(cè)，保證地基穩(wěn)定，觀測(cè)頻率不低于2次/h。②地面設(shè)置高壓線保護(hù)區(qū)警戒線，吊車大臂頂部安裝高壓感應(yīng)報(bào)警器，對(duì)高壓線進(jìn)行絕對(duì)保護(hù)。盾構(gòu)機(jī)的卸點(diǎn)布置在吊車的東側(cè)，以保證吊車在吊起后向遠(yuǎn)離高壓線的方向旋轉(zhuǎn)。

5 吊裝方案實(shí)施效果

蘇州軌道交通5號(hào)線花苑路站-楓瑞路站盾構(gòu)區(qū)間左線盾構(gòu)機(jī)于2019年9月10日順利完成吊裝，右線盾構(gòu)機(jī)于2019年10月10日順利吊裝完成，吊裝過(guò)程安全可控。本次吊裝也是蘇州軌道交通首次采用履帶吊超起工況吊裝方式進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)吊裝。為后續(xù)復(fù)雜環(huán)境下的盾構(gòu)機(jī)吊裝積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。但是相對(duì)于傳統(tǒng)吊裝，本次吊裝機(jī)械組裝時(shí)間長(zhǎng)，占地面積大，需要進(jìn)行臨時(shí)交通導(dǎo)改,并且增加了吊裝成本?，F(xiàn)場(chǎng)吊裝施工如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工圖

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展越來(lái)越快，地鐵工程的質(zhì)量要求不斷提高，盾構(gòu)施工作業(yè)已成為地鐵工程的關(guān)鍵部分。盾構(gòu)機(jī)是重要施工設(shè)備，盾構(gòu)機(jī)吊裝作業(yè)工作量較大，平均每公里需要4次吊裝，40km的地鐵隧道需要近160次吊裝。吊裝工作頻率高、風(fēng)險(xiǎn)大，特別在主城區(qū)，建筑擁擠、管線復(fù)雜，交通繁忙，用于吊裝的空間有限,一旦發(fā)生事故將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)負(fù)面影響。因此，近幾年來(lái)盾構(gòu)機(jī)吊裝安全越來(lái)越引起重視。特別是在復(fù)雜有限空間內(nèi)如何安全、有效地完成盾構(gòu)機(jī)吊裝，需要很多成熟的工藝去解決。蘇州軌道交通花苑路站-楓瑞路站盾構(gòu)機(jī)吊裝施工，初步形成一套完整的有限空間環(huán)境下盾構(gòu)機(jī)吊裝施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為以后類似工程提供參考。