盾構(gòu)洞內(nèi)拆機關(guān)鍵技術(shù)研究

卜壯志，靳連杰，李海洋

(中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450416)

盾構(gòu)在施工結(jié)束后必須進行拆除，盾構(gòu)的拆機分為洞內(nèi)拆機以及接收井拆機。現(xiàn)代工程施工中盾構(gòu)洞內(nèi)拆機的需求越來越多，而洞內(nèi)的拆機條件卻不盡相同，合理的洞內(nèi)拆機方法是盾構(gòu)設(shè)計和項目施工要重點考慮的問題[1]。洞內(nèi)拆機涉及的工裝多，工況較為危險，施工難度較大；在洞內(nèi)進行拆機不影響盾構(gòu)接收地面的正?；顒?，且省去了接收井口的制作成本以及空間。尤其是小直徑盾構(gòu)，大多是市政項目，要求盡量減少對當(dāng)?shù)鼐用裆畹挠绊?。因此洞?nèi)拆機技術(shù)應(yīng)用極為重要。以新加坡CR116 項目為例，采用我公司1臺?7 220mm的泥水平衡盾構(gòu)進行施工，由于接收場地限制，必須進行洞內(nèi)拆機，且1 臺盾構(gòu)需要掘進4 條隧道，需要多次拆機。因此該泥水盾構(gòu)的主機盾體設(shè)計為雙層盾殼，客戶購買了4 套外殼以應(yīng)對拆機。基于以上條件，確定了拆機的思路，首先需要將后配套拖車依次拖拉至洞外，再將主機部分結(jié)構(gòu)依次進行拆除并運至洞外[2]，后再進行二次組裝。

本文將具體闡述洞內(nèi)拆機工序，并對施工過程中的重難點進行研究。其中主驅(qū)動重量約為73t，在洞內(nèi)拆除需要借助工裝，工裝的制作以及使用具有一定的難度；后配套拖車最重為50t，需要在洞內(nèi)對其進行支撐，并且更換輪對，然后運出，具有一定的難度。

1 盾構(gòu)拆除工序

拆卸過程分為兩部分：拆卸盾構(gòu)和拖車以及TBM 部件的清潔和包裝。盾構(gòu)完成掘進后進行停機準(zhǔn)備，首先拆除刀盤上的各種刀具，利用拼裝機將管片小車分段運送到管片吊機位置，后由管片吊機將其運到電瓶車上運出洞外。完成后，將拼裝機旋轉(zhuǎn)至正下方，并貼近米子梁固定、回收所有推進油缸，放出主液壓油箱中的液壓油，主驅(qū)動箱中的齒輪油、系統(tǒng)中的水；斷電并拆除所有管線和電纜，斷開主機與一號拖車的連接。根據(jù)設(shè)計要求制作拆除工裝，將拖車與主機部件依次進行拆除。詳細步驟如圖1 所示。

圖1 拆除工序示意圖

2 盾構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)洞內(nèi)拆機技術(shù)研究

2.1 主驅(qū)動洞內(nèi)拆除關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1.1 主驅(qū)動洞內(nèi)拆除方案介紹

該盾構(gòu)主驅(qū)動重約73t，由于受隧道內(nèi)空間限制需要提前制作拆除工裝。在將后配套拖車、拼裝機、米子梁以及人倉全部拆除后，可以開始準(zhǔn)備拆除主驅(qū)動。首先需要在刀盤與前盾之間焊接七字板固定刀盤，然后將軌道延伸至主驅(qū)動下方，主驅(qū)動拆除工裝前進至主驅(qū)動位置，如圖2 所示。

圖2 拆除工裝與主驅(qū)動固定示意圖

將主驅(qū)動拆除工裝上的絲杠與提前在主驅(qū)動上安裝的法蘭板進行連接，可利用絲杠將主驅(qū)動逐漸拉出。同時將HW200的Q355B 型鋼伸入到主驅(qū)動下方進行支撐，并用法蘭將型鋼與前盾進行連接。

拆除主驅(qū)動與刀盤的螺栓，將主驅(qū)動向后拖拉600mm，利用固定在前盾上的千斤頂借助支撐塊1 對主驅(qū)動進行支撐，如圖3 所示。

圖3 主驅(qū)動后退600mm示意圖

主驅(qū)動繼續(xù)后退500mm，并在主驅(qū)動與前盾間隙處安裝支撐塊2，對主驅(qū)動進行支撐，如圖4 所示。此時完成了對主驅(qū)動與刀盤的斷開工作，再將主驅(qū)動繼續(xù)后退，直至完全脫離盾體，利用該工裝將主驅(qū)動運出洞外。在運輸過程中，要盡量勻速，防止主驅(qū)動對工裝造成沖擊。在轉(zhuǎn)彎時要進行減速防止與隧道內(nèi)其他物體干涉。

圖4 主驅(qū)動后退至1100mm示意圖

2.1.2 主驅(qū)動洞內(nèi)拆除工裝建模及受力分析

圖5 所示為主驅(qū)動完全脫離盾體后，在洞內(nèi)運輸過程的示意圖。

如圖6 所示，2 個邊支撐的與垂直中心線的角度θ為31.6°，假設(shè)邊支撐對主驅(qū)動的支反力為F1，中間支撐對主驅(qū)動的支反力為F2，主驅(qū)動重力為G，可得

圖6 主驅(qū)動支撐示意圖

已知主驅(qū)動重量為73t，代入公式可得

2.1.3 主驅(qū)動洞內(nèi)拆除工裝建模及強度校核

通過主驅(qū)動洞內(nèi)運輸示意圖可以看出，主驅(qū)動的重力全部由拆除工裝的支撐梁承受，且接觸長度為圖中標(biāo)注的1 023mm?？膳袛喈?dāng)主驅(qū)動位于兩支撐梁中間時，支撐梁的受力最大。因此根據(jù)以上條件利用ANSYS 軟件對拆除工裝進行強度校核。

考慮到實際情況，將主驅(qū)動與工裝的接觸定義為面接觸，認(rèn)為主驅(qū)動位于兩豎梁中間位置時為最危險位置。首先對危險位置受力面施加壓力，對工裝底部進行固定，如圖7 所示。

隨后劃分網(wǎng)格并進行計算，得到變形以及受力結(jié)果如圖8～圖10 所示。

圖8 網(wǎng)格劃分示意圖

圖9 變形結(jié)果示意圖

圖10 受力結(jié)果示意圖

根據(jù)結(jié)果顯示，最大形變?yōu)?.57mm，受力最大值為197MPa，滿足強度條件。

2.2 拖車后退關(guān)鍵技術(shù)研究

2.2.1 拖車拆除特殊工裝設(shè)計

后配套拖車拆除應(yīng)先拆除連接銷，同時在拖車的4 個豎梁位置焊接支撐座，將千斤頂固定在支撐座上，利用千斤頂將拖車抬升50mm，將提前準(zhǔn)備好的拖車拆除工裝與拖車通過法蘭連接。以一號拖車為例，如圖11 所示。

圖11 拖車拆除工裝示意圖

拖車支撐工裝由4 根長度為490mm 的HW250 的Q355B 型鋼以及2 根長度為2 160mm的HW250 的Q355B 型鋼組成，每根豎梁下方對應(yīng)有1 個鋼輪對。

2.2.2 拖車拆除工裝受力計算

已知一號拖車重約50t，可算出豎梁對橫梁的支反力F1=125kN。利用Ansys 軟件對兩根橫梁進行校核，結(jié)果顯示，最大形變?yōu)?.001mm，受力最大值為148MPa，滿足強度條件。

對橫梁與拖車的連接螺栓進行校核，已知連接法蘭上均勻布置8 個M30-10.9 級螺栓，8 顆螺栓所受的最大軸向工作載荷為635 417N，采用M42-10.9 級螺栓，單個螺栓的保證載荷為1 026 225N，則螺栓安全系數(shù)n≈1.615，可得螺栓滿足強度要求。

2.2.3 拖車后退

根據(jù)拆機要求，拆機時需要將拖車退回至始發(fā)井口，再吊至地面，進行下一次的裝機工作。拖車拆除時應(yīng)首先進行支撐固定，然后在拖車尾部焊接吊耳，利用電瓶車將拖車依次向后拉，在移動之前，應(yīng)檢查隧道內(nèi)是否有障礙物，如若有要及時清理。拖車在電瓶車的作用下緩慢向后行駛，在前后方分別配備1 名觀察員，當(dāng)拖車一定發(fā)生異常時及時匯報給司機，并進行停車處理，以免發(fā)生危險，造成不必要的損失。

3 結(jié)論與展望

1）關(guān)鍵部件洞內(nèi)拆機時都要配備相應(yīng)的工裝，是否可將工裝設(shè)計進行標(biāo)準(zhǔn)化與系列化，這樣可將工裝用于多個設(shè)備，同時節(jié)省大量成本。

2）主驅(qū)動拆除是洞內(nèi)拆除施工中的風(fēng)險點，通過制作帶有底部支撐以及絲桿結(jié)構(gòu)的工裝可將主驅(qū)動拆除并運送至洞外。

3）通過更換輪對并輔助以電瓶車拖拉的方式可解決后配套拖車后退難度大的問題，此方案不會對管片造成任何損壞，且提高了拖車拆除的效率，使得業(yè)主增加了方案的接受度。

本文涉及的洞內(nèi)拆機拖車后退、主驅(qū)動拆除解決方案，可用于多種類型、大小的盾構(gòu)。對于部件結(jié)構(gòu)不同的情況，可相應(yīng)調(diào)整工裝結(jié)構(gòu)。利用工裝可以大大減少洞內(nèi)吊耳的使用，使施工條件更加的安全，能更好地保證操作人員的安全。