盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)可回收式拆解研究及應用

?？桌? CHANG Kong-lei

（中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 511458）

隨著城市發(fā)展和地下空間的開發(fā)與利用，中心城區(qū)建筑密度越來越大，受制于大型市政管線、商業(yè)補償和交通堵塞等諸多條件限制，地鐵建設施工中可能無法在接收區(qū)域設置盾構(gòu)接收井，或者設置接收井的成本較高。盾構(gòu)隧道內(nèi)解體將會越來越多，如何將比盾體直徑大的刀盤在隧道內(nèi)解體回收再利用成為一個亟待解決的問題。目前已有很多關于盾構(gòu)隧道內(nèi)解體的實例及研究，但很少有詳細的盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)拆解回收再利用的全面系統(tǒng)性介紹。

本文以某地鐵施項目盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)解體，回收再利用為例，圍繞盾構(gòu)設計、土建施工及刀盤隧道內(nèi)拆解等方面，闡述盾構(gòu)刀盤在隧道內(nèi)可恢復性拆解技術(shù)。

1 工程概況

某地鐵項目位于城市中央商務區(qū)，區(qū)間隧道沿高架橋向西連接接收端車站，隧道由內(nèi)外環(huán)兩條線組成，線路總長2 006 延米。隧道始發(fā)端部分（約683m）為上下重疊隧道，之后逐步變化為水平形式到達接收端車站，其中始發(fā)端線間凈間距2.815m～6.812m，始發(fā)端上部（內(nèi)環(huán)方向）隧道埋深10.394m，到達端埋深20.099m，最小曲線半徑350m，最大縱坡2.8%。采用1 臺土壓平衡盾構(gòu)鉆挖施工，先期施工下部隧道，因接收端不具備接收條件，完成后需洞內(nèi)拆解，地面重新組裝后，二次始發(fā)掘進下部隧道。盾構(gòu)開挖直徑6 680mm，額定扭矩6 000kNm，脫困扭矩7 500kNm，最大推力47 420kN，盾構(gòu)長約98m，總重約600t。管片襯砌的設計內(nèi)徑5 800mm，外徑6 350mm，厚度275mm，環(huán)寬1 400mm，由1 塊封頂塊+7 塊標準塊組成。

2 隧道內(nèi)刀盤拆解的重難點

2.1 空間小，吊裝安全風險高

刀盤作為盾構(gòu)的關鍵部件，不僅結(jié)構(gòu)尺寸大，而且重量也比其它部件重。受制于隧道內(nèi)部條件和盾構(gòu)結(jié)構(gòu)影響，無法采用起重設備拆卸，只能根據(jù)盾構(gòu)結(jié)構(gòu)設計和受力分析設計拆解方案，利用輔助工裝以及在盾殼上設計吊耳，用手拉葫蘆進行拆解，作業(yè)空間狹小，拆解效率低、安全風險大。

2.2 水平運輸工作量大

拆機所需要的各種材料，及拆解后部件的運輸均依靠有軌運輸設備，合理的調(diào)度及電瓶機車的保養(yǎng)是確保拆解進度的重要保障。

2.3 動火作業(yè)多，消防隱患大

由于刀盤拆解過程中需要對盾殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)件及各種臨時支撐進行割除，隧道內(nèi)屬于密閉空間，動火作業(yè)消防隱患大。

3 刀盤可回收拆解措施

3.1 盾構(gòu)的針對性設計

本項目隧道在始發(fā)端為疊形隧道，盾構(gòu)需先掘進下部隧道，貫通后隧道內(nèi)拆機，除盾殼留置在隧道內(nèi)外，其它部件均需重復利用，地面上新盾殼組裝后，二次始發(fā)進行上部隧道的施工。

為此，在盾構(gòu)的設計階段，就對刀盤的可拆解形式進行研究。結(jié)合項目地質(zhì)狀況，充分考慮刀盤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、破巖的高效性，出渣的流暢性，工地再組裝的簡易性等諸多因素。運用經(jīng)驗設計及仿真分析的方法最終選擇了便于設計加工且強度較高的1+1 的分塊方式，其中上分塊25t，下分塊36t，上下分塊間設計法蘭，通過高強度螺栓連接。同時在刀盤上對稱布置可伸縮式超挖刀2 把，在盾構(gòu)到達接收端后，適當擴挖，以刀盤足夠的活動空間，配合解體工作。刀盤的分塊設計如圖1 所示。

圖1 刀盤分塊設計圖

3.2 土建的針對性設計

根據(jù)到達端的地質(zhì)資料顯示，軸線方向巖石較風化破碎，地下水比較發(fā)育，存在涌水可能，刀盤解體時風險較大。根據(jù)設計采用裂隙壓漿的形式，對盾構(gòu)到達端頭1.5 倍直徑約10m 長范圍內(nèi)土體進行注漿止水。將水泥漿注入巖體的裂隙和接縫處，以降低巖層的滲透性。注漿水灰比1∶1，最大注入壓力15bar。注漿結(jié)束后進行滲透性測試。

3.3 盾構(gòu)到達前的準備工作

盾構(gòu)進入加固區(qū)后，將所有鉸接油缸行程調(diào)節(jié)一致。到達最終停機位置前2 環(huán)，開始逐漸伸出鉸接油缸，至停機位置時，鉸接油缸全部伸出。

在到達最終停機位置前1 400mm 處，開始伸出超挖刀，超挖范圍為全斷面，在到達1 200mm 處時（刀盤厚度800mm，鉸接油缸行程235mm），確保超挖刀全部伸出。在超挖10mm后，伸出探針進行檢查實際超挖值。繼續(xù)掘進并超挖至最終停機位置后，邊旋轉(zhuǎn)刀盤邊收回鉸接油缸，此操作是為確保刀盤與掌子面之間有200mm 的間隙，后續(xù)刀盤的拆解留出足夠空間。

盾構(gòu)到達接收端地連墻后，清空土倉內(nèi)及刀盤上的渣土，斷高壓電停機前，確保盾構(gòu)刀盤停機位置是否合適，滿足洞內(nèi)拆機要求，即：刀盤連結(jié)法蘭面處于水平位置。

3.4 盾構(gòu)到達后的加固工作

1）在盾構(gòu)到達既定位置后，通過盾殼膨潤土孔注雙液漿，防止盾構(gòu)后部水土涌入土倉，造成刀盤拆解的安全問題。

2）將最后一環(huán)與尾盾的間隙立模用混凝土填充密封，防止拆機期間盾尾密封失效漏水。

3）將最后20 環(huán)用槽鋼拉緊，并對縱向和環(huán)向螺栓進行復緊，防止推進油缸回收后管片縱向移動。

4）在盾體內(nèi)部利用超前鉆機通過盾構(gòu)內(nèi)部預留的超前注漿孔，進行鉆孔直至刀盤前方，檢測刀盤上方水壓情況，如無水則注漿封堵注漿孔，并用端蓋封堵超前注漿孔，如果有承壓水則需要采取針對止水措施。

3.5 拆解的具體步驟

3.5.1 刀盤的固定

在隧道內(nèi)將盾構(gòu)依次解體至主軸承時，需要對刀盤進行加固。沿前盾切口環(huán)位置，均勻焊接8 塊L 形鋼板，對刀盤進行固定，防止在主軸承拆解后，刀盤失去支撐而失穩(wěn)。如圖2 所示。

圖2 L形鋼板固定

3.5.2 刀盤拆解吊耳的設計與布置

1）吊耳的設計 根據(jù)盾構(gòu)設計知，刀盤面板分為2 塊，上分塊重25t，下分塊重36t。拆解時每個分塊起吊至少2 個吊點，故單個吊點許用應力至少為18t。由于吊裝中所用的最大手拉葫蘆的吊裝能力為20t。故此處取單個吊耳的設計許用應力為20t，考慮吊裝的安全性，設計時吊耳取1.35倍的安全系數(shù)。結(jié)合盾構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布局，吊耳采用兩種形式：①新制吊耳焊接在盾構(gòu)殼體頂部；②利用盾構(gòu)內(nèi)部現(xiàn)有結(jié)構(gòu)筋板，割制吊耳。吊耳設計如圖3、圖4 所示，吊耳厚40～50mm，焊縫高度12mm，材料采用Q235 以上等級。

圖3 焊接吊耳設計圖

圖4 割制吊耳圖

2）吊耳的布置 盾體內(nèi)部吊耳的布置為，在盾構(gòu)殼體內(nèi)部11 點、12 點、1 點鐘3 個點位，沿前盾切口環(huán)后部，中前盾連接法蘭處，尾盾油缸固定筋板處，尾盾油缸行程1.6m 的位置，分別布置吊耳4 排，每排吊耳3 個。其中第一排和第四排吊耳為焊接形式，第二排、第三排吊耳為利用盾體內(nèi)部既有結(jié)構(gòu)筋板，割制而成。刀盤面板上分塊吊耳全部采用焊接形式，共5 個。刀盤面板下分塊，其中2 個采用法蘭連接的形式，其它4 個采用焊接的形式，共6 個。吊耳布局如圖5所示。

圖5 刀盤吊耳布置圖

3.5.3 刀盤連接法蘭的拆解

法蘭拆解前，先檢查刀盤面板上部的4 塊L形鋼板，確保其焊接穩(wěn)定狀態(tài)，然后用2 個20t的手拉葫蘆，分別掛在刀盤面板下分塊的中上部左右兩個吊耳上，調(diào)整手拉葫蘆的漲緊度，使手拉葫蘆處于受力的狀態(tài)。此時割除刀盤下部4個L 形固定鋼板，依次對稱拆除刀盤法蘭連接螺栓，待螺栓全部拆除后，慢慢調(diào)整手拉葫蘆，此時刀盤面板上分塊在L 形鋼板的固定作用下，固定不動，刀盤面板下分塊在自得的作用下緩慢下降，落入底部超區(qū)域，從而完成連接法蘭的拆解。刀盤面板分開后，重新焊接下分塊4 個L 形鋼板，固定刀盤。

3.5.4 刀盤面板上半塊的拆解

如圖6 所示，用2 個20t 手拉葫蘆掛在刀盤上部左右2 個吊耳，用1 個10t 葫蘆掛在刀盤左下部吊耳，待扣葫蘆調(diào)整到位后，切除固定刀盤的4 塊L 形鋼板。調(diào)整10t 葫蘆使刀盤在側(cè)拉力的作用下，向右進入擴挖位置，繼續(xù)調(diào)整10t 葫蘆使刀盤緩慢傾斜進入盾體內(nèi)部。

圖6 刀盤上分塊拆解

在刀盤下部法蘭位置再安裝另外2 個20t 手拉葫蘆，通過不斷調(diào)整葫蘆使刀盤法蘭面與隧道軸線平行，最終放置在電瓶機車上，運出洞外。

3.5.5 刀盤面板下半塊的拆解

如圖7 所示，用2 個20t 手拉葫蘆掛在刀盤上部左右2 個吊耳，用1 個10t 葫蘆掛在刀盤左下部吊耳，待2 個20t 手拉葫蘆漲緊到位后，切除固定刀盤的4 塊L 形鋼板。調(diào)整10t 葫蘆使刀盤在側(cè)拉力的作用下，向右進入擴挖位置，繼續(xù)調(diào)整10t 葫蘆使刀盤傾斜進入盾體內(nèi)部。在刀盤下部左右吊耳安裝另外2 個20t 手拉葫蘆，通過不斷調(diào)整手拉葫蘆使刀盤沿水平面旋轉(zhuǎn)90°，最終放置在電瓶機車上，運至井底，用門式起重機吊至地面。

圖7 刀盤下分塊拆解

3.5.6 刀盤的恢復

如圖8 所示，將刀盤上分塊放置在水平堅硬的地面上，用吊車輔助使刀盤下分塊法蘭面緩慢靠近上分塊法蘭面，使定位銷就位后，以對稱的方式安裝法蘭面連接螺栓。螺栓分三階段進行緊固，扭矩分別為設計值的50%，75%，100%。刀盤連接后補焊耐磨層，并更換磨損的刀具?；謴驮倮玫牡侗P如圖9 所示。

圖8 刀盤恢復組裝圖

圖9 刀盤再利用下井吊裝圖

4 結(jié)語

通過對盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)拆解回收再利用問題的研究，圓滿地解決了刀盤在隧道內(nèi)受拆解空間狹小、自身重量重大，常規(guī)割除法拆解難以回收再利用的問題。該工法不僅避免隧道內(nèi)切割刀盤，改善作業(yè)環(huán)境，降低施工風險，并且提高了盾構(gòu)固定資產(chǎn)的利用效率，同時也為類似工程的開展提供了詳細的技術(shù)支持。