封閉站內(nèi)非破壞盾體拆解泥水盾構(gòu)主驅(qū)動方法的研究

王小軍 馮琳瑛

摘 要：盾構(gòu)拆裝機(jī)是隧道掘進(jìn)施工極為常見的工序，通常情況下均為大部件總成整體拆解安裝。對于封閉站內(nèi)拆機(jī)工況，由于無法使用大型起重設(shè)備，拆解難度較高，一般需要將盾體割裂破壞，將內(nèi)部裝置拆卸運(yùn)出。極端特殊工況下，封閉站內(nèi)拆機(jī)要求盾體完整無損，可無需修復(fù)另行使用，主驅(qū)動及油缸等部件也均保持完好，國內(nèi)尚無成熟案例，拆解難度之高超乎想象。本文著重論述封閉站內(nèi)非破壞盾體狹小空間內(nèi)拆解主驅(qū)動并翻身運(yùn)輸?shù)姆椒?，為業(yè)內(nèi)類似工況提供借鑒。

關(guān)鍵詞：封閉站;非破壞盾體;拆解主驅(qū)動;盾體內(nèi)翻身

中圖分類號：THl36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0145-04

0 引言

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，地鐵建設(shè)項(xiàng)目在各大城市相繼展開。我國幅員遼闊，地質(zhì)復(fù)雜，不同城市地質(zhì)水文千差萬別，盾構(gòu)機(jī)選型和配置多種多樣。地鐵施工過程中，盾構(gòu)機(jī)拆、裝是常見工序。通常情況下，車站豎井拆機(jī)較為簡單，起重機(jī)具齊全，成熟的拆機(jī)隊(duì)伍一周即可完成，但封閉站內(nèi)非破壞盾體拆解設(shè)備，國內(nèi)尚無成熟案例。本文以長沙地鐵阜埠河站特殊工況為例，重點(diǎn)探討封閉站內(nèi)非破壞盾體拆解主驅(qū)動的方法。

阜埠河站是長沙市軌道交通3#和4#線換乘站，也是規(guī)模最大、最復(fù)雜的地鐵車站。在3#線靈官渡站至阜埠河站區(qū)間隧洞尚未完全掘進(jìn)貫通的情況下，車站已經(jīng)封頂完畢。中鐵十四局所采用的鐵建重工DZ266號泥水盾構(gòu)機(jī)于2019年1月份區(qū)間貫通到達(dá)阜埠河站。該盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動、推進(jìn)鉸接、泥水管路、拼裝機(jī)等部件均需拆解返廠再制造，將刀盤和盾體完好保留在站內(nèi)另有他用。如何在保持刀盤盾體完好的情況下，快速安全的將主驅(qū)動裝置拆卸，反向運(yùn)輸至靈官渡站吊出地面，是施工隊(duì)伍面臨的巨大難題。國內(nèi)封閉站內(nèi)拆機(jī)案例極少，而且均是對盾體結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞拆解，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)有限。

1 拆解主驅(qū)動方法

由于車站封閉，無法借助外部起重機(jī)具，拆解任何部件均需由人工使用手動葫蘆完成，運(yùn)輸則需借助電瓶車。拆解臺車、連接橋、拼裝機(jī)、推進(jìn)油缸、鉸接油缸、人閘艙等步驟不做論述，以下詳細(xì)探討主驅(qū)動的拆解方法：

1.1 拆解前的準(zhǔn)備工作

（1）詳細(xì)研究盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)圖，摸清各拆解部件重量及形狀;（2）先將驅(qū)動減速機(jī)和馬達(dá)分別拆下，用封板將減速機(jī)安裝孔蓋嚴(yán)，減小主驅(qū)動整體重量和外形尺寸;（3）將電瓶車軌道鋪設(shè)至盾體內(nèi)最前端;（4）在中盾頂部緊貼前部法蘭處和H梁支撐座處焊接吊耳;（5）制作專用工裝，點(diǎn)檢所需工具;（6）人工用薄塞尺將主驅(qū)動與前盾內(nèi)圓縫隙之間夾雜的沙粒及鐵銹清除凈，如圖1所示。

1.2 主驅(qū)動拆解過程

（1）刀盤背面與前盾切口環(huán)間隙30mm，采用鋼條塞滿后焊接牢固，整圈焊接8處長度200mm，如圖2所示。確保刀盤與整個盾體結(jié)構(gòu)形成剛性整體，注意焊接前將前盾切口環(huán)耐磨堆焊刨掉，以備頂推主驅(qū)動時承受千斤頂反力。（2）用割槍對前盾下部泥漿管進(jìn)行切割，為平板車行駛進(jìn)入前盾胸板區(qū)域讓出空間，其余前中盾小件、平臺等阻礙空間的一律割除，如圖3所示。（3）利用刀盤輻條提供支承反力，將4個50t千斤頂對角線安裝于刀盤與主驅(qū)動外圈之間。千斤頂行程不足以一次頂推到位，還需設(shè)置墊墩進(jìn)行二次頂推。注意四個千斤頂要統(tǒng)一協(xié)調(diào)，按指揮人員指令實(shí)施頂推，避免偏載卡死，千斤頂頂推示意如圖4所示。（4）在平板車上焊接左右兩道300H型鋼，型鋼間距為1000mm。H型鋼兩側(cè)用500mm間距豎筋板加強(qiáng)支撐，H型鋼上蓋板兩側(cè)焊接方鋼。300H型鋼上表面鋪設(shè)實(shí)心鋼軌作為主驅(qū)動裝置向后滑移的軌道。軌道與H型鋼接觸面涂抹黃油減小摩擦，形成雙層可滑移結(jié)構(gòu)。如圖5所示。（5）四臺千斤頂同時頂出，同時絲杠螺母配合松開，將主驅(qū)動持續(xù)向后頂推。由于千斤頂行程有限，無法一次頂推到位，需要在中途增加墊墩。如圖6所示。（6）繼續(xù)頂推主驅(qū)動下部軌道，同時前后部葫蘆要同步配合主驅(qū)動的平移，時刻保持繃緊狀態(tài)。主驅(qū)動平移至完全到達(dá)中盾之內(nèi)，脫離前盾范圍后停止。拆除千斤頂，如圖7所示。

2 主驅(qū)動中盾內(nèi)翻身

（1）主驅(qū)動后部下端設(shè)置兩個20t吊耳，用2個20t葫蘆拉拽在尾盾鉸接油缸耳板上，同時撤除前端2個10t葫蘆和吊耳。如圖8所示。（2）靠后的兩個葫蘆進(jìn)行收緊拉拽，前部吊點(diǎn)的兩個葫蘆同步配合適當(dāng)放松導(dǎo)鏈，但保持鏈條時刻繃緊狀態(tài)。水平分力使得主驅(qū)動沿著滑軌向后滑移，垂直起吊分力使得主驅(qū)動向前傾翻。整個過程確保主驅(qū)動下部始終與滑軌接觸不脫離。注意：主驅(qū)動與滑軌接觸的點(diǎn)必須墊尼龍板以保護(hù)主驅(qū)動外圈結(jié)構(gòu)不被劃傷，如圖9所示。（3）繼續(xù)上一步驟直至整個主驅(qū)動結(jié)構(gòu)翻身完畢，平整的降落在平板車上部。注意整個翻身過程葫蘆拉拽要同步，使主驅(qū)動重心始終位于平板車縱向中心線上，避免左右位置不對稱。如圖10所示。

3 主驅(qū)動隧道內(nèi)運(yùn)輸

平板車寬度方向需向兩側(cè)分別延伸550mm，在加寬后的平板上對角線位置支墊200H型鋼，H型鋼下部焊接在平板上，上部托住主驅(qū)動。使用8根圓鋼插在主驅(qū)動內(nèi)環(huán)中，圓鋼緊貼在主驅(qū)動內(nèi)環(huán)表面，下端焊在平板上，卡住主驅(qū)動防止竄動，運(yùn)輸至洞外。注意：整個運(yùn)輸過程必須緩慢平穩(wěn)運(yùn)行，事先調(diào)整電瓶車軌道，左右兩側(cè)軌道高差必須控制在10mm以內(nèi)。整個運(yùn)行過程，必須有專人跟隨電瓶車同步行走，在側(cè)面觀察車輪運(yùn)行情況，杜絕掉軌風(fēng)險，在隧道曲線處減慢速度。如圖11所示。

4 結(jié)語

由于泥水盾構(gòu)不配置螺旋輸送機(jī)，為封閉站內(nèi)非破壞盾體向后拆解主驅(qū)動提供了可操作性。中鐵十四局的阜埠河站拆機(jī)過程按照上述方案實(shí)施，已經(jīng)順利將主驅(qū)動吊運(yùn)至地面返廠維修。從而驗(yàn)證了該方案的可行性和可靠性，為業(yè)內(nèi)相同的拆機(jī)工況提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)范本。也為主驅(qū)動進(jìn)泥、主軸承損壞等不得不中途大修的極端工況，盾體內(nèi)狹小空間拆裝主驅(qū)動提供了思路、啟發(fā)和有效借鑒。

0 引言

拱橋是我國常用的橋型之一，早期拱橋主要以石材為主，經(jīng)濟(jì)性較差，無法推廣應(yīng)用，鋼材和混凝土材料的出現(xiàn)，使拱橋得到快速發(fā)展，修建大跨度混凝土拱橋的關(guān)鍵是施工方法的選擇，傳統(tǒng)的拱架施工法已經(jīng)無法滿足大跨度拱橋結(jié)構(gòu)的建設(shè)，無拱架施工法使拱橋結(jié)構(gòu)較其他橋型更具競爭力，如纜索吊裝法、懸臂施工法、轉(zhuǎn)體施工法[1-4]。1980年，南斯拉夫采用懸臂法建成了當(dāng)時世界最大跨度的鋼筋混凝土拱橋，即主跨390m的KRK大橋;我國1999年采用鋼管混凝土勁性骨架法建成了主跨420m的四川萬縣公路長江大橋，保持混凝土拱橋世界第一跨徑紀(jì)錄近20年。

勁性骨架法為勁性骨架施工完成后，以此為施工平臺，掛模進(jìn)行外包混凝土的澆筑，最理想的方法是一次連續(xù)澆筑完成，即經(jīng)濟(jì)又能保證混凝土的完整性和密實(shí)性，但是外包混凝土的強(qiáng)度和剛度是在施工過程中逐漸形成的，在澆筑初期，是以一種荷載的形式施加在勁性骨架上的，外包混凝土的澆筑方法將直接影響結(jié)構(gòu)的整體安全，鄭皆連[5]結(jié)合邕寧邕江大橋提出了斜拉扣掛連續(xù)澆筑外包混凝土的施工方法，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益;林春嬌[6]等人以南盤江特大橋?yàn)檠芯勘尘?，采用斜拉索扣掛結(jié)合多工作面澆筑混凝土的方法，取得了良好的效果;楊國靜[7]等人對北盤江大橋外包混凝土的澆筑方案進(jìn)行了理論分析，詳細(xì)對比了幾種施工方案中勁性骨架的受力情況;目前相關(guān)研究資料多偏于理論分析，對實(shí)際施工過程的詳細(xì)介紹較少，本文對滬昆高鐵北盤江特大橋主拱外包混凝土施工技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 工程概況

1.1 總體布置

滬昆高鐵北盤江特大橋?yàn)橹骺?45m的上承式鋼筋混凝土拱橋，拱圈立面為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.6，拱圈中心跨度445m，矢高100m，矢跨比1/4.45，該橋于2016年12月建成通車，目前為世界最大跨度鋼筋混凝土拱橋?？傮w布置如圖1所示。

1.2 主拱施工方法與主要工序

北盤江特大橋主拱外包混凝土施工方法為：依托鋼管混凝土勁性骨架，采用多工作面結(jié)合斜拉索扣掛調(diào)載澆筑法按照分環(huán)、分段、兩岸對稱平衡加載的原則外包主拱C60高強(qiáng)混凝土。拱圈外包混凝土施工步驟為：①依托勁性骨架全拱分六個工作面澆筑邊箱底板直至合龍，其中拱腳全斷面段（軸線水平投影45m）為中邊箱底板一起形成;②兩岸對稱澆筑拱腳全斷面段（軸線水平投影45m）腹板和頂板，因此造成的不平衡力采取張拉拱腳段扣背索進(jìn)行抵消;③分六個工作面，兩岸對稱澆筑拱頂段（軸線水平投影355m）邊箱及中箱腹板直至合龍;④分六個工作面，兩岸對稱澆筑拱頂段（軸線水平投影355m）邊箱頂板直至合龍;⑤分六個工作面，兩岸對稱澆筑拱頂段（軸線水平投影355m）中箱底板直至合龍;⑥分六個工作面，兩岸對稱澆筑拱頂（軸線水平投影355m）中箱頂板直至合龍。采用二次扣背索抵消拱圈外包混凝土施工中拱腳段不平衡受力，如圖2所示。

2 主拱外包混凝土施工控制關(guān)鍵問題

北盤江特大橋整體施工工序繁雜，工藝要求高，澆筑次數(shù)多，高空臨邊作業(yè)多，材料及設(shè)備保障難，安全風(fēng)險高，質(zhì)量控制難度大，目前在國內(nèi)工程實(shí)例中并不多見，外包混凝土需要依托勁性骨架按照分環(huán)、分段、兩邊對稱的原則澆筑混凝土，施工組織難度大，混凝土輸送距離遠(yuǎn)，高差大;根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境，昆明岸需要采用分級泵送的施工方法，即大泵將混凝土泵送至拱腳，再由小泵接力的施工方法。在外包混凝土澆筑過程中，主拱圈的所受影響因素較多，需要對勁性骨架進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保加載一致，兩拱腳端受力平衡。

主拱外包混凝土施工中勁性骨架與臨時錨索系統(tǒng)以及索塔共同構(gòu)成一個平衡系統(tǒng)，確保施工中拱圈的安全性以及穩(wěn)定性，拱圈共分六個部分外包完成，分別為邊箱底板、拱腳段邊箱全斷面、腹板、邊箱頂板、中箱底板和中箱頂板。每一環(huán)需縱向貫通后再澆筑下一環(huán)。拱腳全斷面外包拱軸水平投影長度為45m，在拱腳全斷面澆筑段，澆筑邊箱底板時，澆筑相應(yīng)的中箱底板;中箱頂板則和相應(yīng)的邊箱頂板以及腹板同時澆筑。除拱腳邊箱全斷面外包節(jié)段與邊箱底板的節(jié)段錯縫為2m以外，其余各部分澆筑階段的錯縫均為3.0m。拱圈混凝土的澆筑順序應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求分環(huán)、分段、對稱平衡加載進(jìn)行施工。每一節(jié)段混凝土澆筑完成后，應(yīng)間隔5天以上，保證已澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%后才能進(jìn)行下一個節(jié)段混凝土的澆筑。拱圈施工過程中，應(yīng)由符合資質(zhì)的監(jiān)控單位全程監(jiān)控拱圈鋼管及混凝土應(yīng)力、線形、扣索索力及索塔偏位等參數(shù)，并結(jié)合溫度效應(yīng)，材料參數(shù)等適時調(diào)整，如圖3所示。

3 主拱外包混凝土施工技術(shù)創(chuàng)新

施工技術(shù)及工藝水平的進(jìn)步在于不斷的創(chuàng)新，以適應(yīng)各種環(huán)境下的挑戰(zhàn)。北盤江特大橋在建造過程中，也使用了多項(xiàng)創(chuàng)新的施工工藝以及技術(shù)方法。

（1）勁性骨架帶底模架設(shè)：勁性骨架架設(shè)前在起吊平臺將勁性骨架底模平臺安裝完成后一起吊裝;利用起拱段現(xiàn)澆支架進(jìn)行拱腳實(shí)體段大體積混凝土澆筑，設(shè)置4進(jìn)4出的循環(huán)冷卻水系統(tǒng);（2）合理設(shè)置輔助措施：設(shè)置拱頂安全通道及材料存放轉(zhuǎn)運(yùn)平臺、拱頂設(shè)置水箱、拱圈臨邊側(cè)設(shè)置輔助安裝及拆除外模的鷹嘴扒桿、作業(yè)人員采用安全帶+防墜器的雙保險措施;（3）在拱圈外包混凝土施工時自跨中向兩岸均分為三個工作面，每個工作面分為5～6個節(jié)段，施工中為盡可能保證拱圈加載的平衡性和對稱性，并確保拱腳先澆段混凝土的質(zhì)量;（4）北盤江特大橋勁性骨架內(nèi)注C80、外包C60高性能混凝土，在原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝、遠(yuǎn)距離泵送等方面均進(jìn)行了探索研究，取得了成功，且實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量零事故;（5）在主橋拱圈外包混凝土施工前，同步建造1：7.5縮尺模型橋（跨度59.33m、高度13.33m）模擬實(shí)橋外包混凝土施工過程，從而驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性和成橋后受力變形穩(wěn)定性;同步還建造了C80、C60高性能混凝土徐變試驗(yàn)承臺，通過加載和模擬的方式，測試高性能混凝土試件在荷載和溫度作用下的徐變情況，從而驗(yàn)證實(shí)橋成橋后的工后沉降及混凝土徐變情況[8-9]。

4 結(jié)語

拱腳段全斷面混凝土澆筑法，并結(jié)合六工作面澆筑和斜拉索扣掛調(diào)載技術(shù)在滬昆客專北盤江特大橋主拱圈施工中的成功應(yīng)用，為國內(nèi)鋼筋混凝土拱橋建造技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)，為同類型橋梁施工提供了技術(shù)保證，推動了我國特大跨度混凝土拱橋施工技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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