大直径盾构拆机关键技术研究

高会中，陈 馈，王助锋，张合沛，冯欢欢

（中铁隧道集团盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001）

大直径盾构拆机关键技术研究

高会中，陈 馈，王助锋，张合沛，冯欢欢

（中铁隧道集团盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001）

通过对长株潭城际铁路项目大直径盾构拆机的实例分析，详述了大直径盾构平移拆机技术方案、拆机流程等，为以后类似大直径盾构拆机提供了借鉴。

大直径盾构；盾构平移；拆机技术

随着现代城市的不断发展，道路交通的不断改进，地下隧道工程正在逐年增加，小直径盾构已经不能满足现代地下工程的需求，越来越多的大直径盾构投入到城市地下交通建设使用之中，大直径盾构后期的拆除工作也成为了整个工程计划的重要环节。

1 工程概况

长株潭城铁滨江新城站到开福寺站区间隧道采用两台Ø9.34m大直径海瑞克土压平衡盾构进行施工，主机总长约为11.2m，主机重约837t。盾构整机总重约为1366.5t、长121m（不含斜坡轨），主要由刀盘、主轴承、盾体、尾盾、设备桥、拖车、设备等构成，单件最重为刀盘137t（含刀具）。两台盾构目前已到达开福寺站吊出井，进行吊装拆除，由于条件限制右线盾构需要平移至左线进行拆除，盾构的平移是本次拆机的重难点。

2 盾构到达与接收施工

2.1 端头加固

端头地层加固主要采用压密注浆加固，盾构隧道开福寺站到达端头，隧道覆土主要为粉质粘土和细圆砾土，洞身位于强风化板岩和弱风化板岩地层中。加固采用袖阀管注浆工艺，注浆孔孔间距为2.8m，采用梅花形布置。用水泥单浆液进行加固，纵向加固长度为覆土顶面到隧道底以下3m；加固宽度为隧道轮廓外3m；隧道方向加固长度为13.5m；加固体积4172.5m3；注浆孔61个；钻孔空钻长度1177.3m；注浆量83.5m3。注浆加固施工工艺流程如图1所示。

图1 注浆加固施工工艺流程

2.2 洞门破除

洞门破除是盾构出洞的关键工序之一，其施工质量、安全等因素直接影响盾构施工能否顺利进行。洞门破除应遵循以下施工工艺：打探测孔—注浆止水—破除洞门钻孔桩外半圆混凝土保护层—割除钻孔桩外半圆钢筋—破除钻孔桩心内素混凝土—用盾构刀盘旋转切割破裂剩余桩身混凝土—等待盾构刀盘露出后割除剩余钻孔桩钢筋—拆除脚手架，清理场地。且为保证凿除砼的施工安全，凿除顺序应采用从上往下的施工方法依次进行：A区→B区→C区→D区，如图2所示。

图2 洞门凿除顺序图

2.3 接收基座的安装

接收基座的中心轴线应与隧道设计轴线一致，同时还需兼顾盾构出洞姿态。接收基座的轨面标高除适应于线路情况外，作适当调整，以便盾构顺利上基座。为保证盾构刀盘贯通后拼装管片有足够的反力，将接收基座以盾构进洞方向+3‰的坡度进行安装。对接收基座进行加固，在接收井铺设钢板与接收架焊接，并利用膨胀螺栓、工字钢等材料将接收托架支撑在接收井的混凝土结构上，尤其要加强纵向加固，保证盾构能顺利到达接收基座上。如图3所示为盾构接收基座。

图3 盾构接收基座

2.4 洞门密封

盾构到达接收井前，在接收井洞门安装洞门密封装置，主要是帘布橡胶，主要作用是对管片背后空隙充填的砂浆形成封堵，保证空隙充填效果，要保证帘布橡胶板能紧贴盾壳或管片外弧面。洞门密封装置如图4所示。

图4 洞门密封装置

2.5 盾构接收

盾构接收施工开始前做好盾构接收基座安装、洞门密封安装等准备工作。进行导线、高程以及洞门的测量多级复测，以精确确定盾构到达位置；接收基座的安装也应加强测量，做好接收台和导轨的定位工作，确保盾构准确接收；接收前20环要采取在管片螺栓上焊接角钢的辅助措施加强管片环间连接，以防盾构掘进推力的减少引起环间松动或破损而影响密封防水效果，并做好最后几环的管片选型工作，防止错台现象的发生；到达端头前6环对注浆材料配合比进行调整，必要时可通过盾构壳体设置的孔向盾壳外注入特殊的止水材料，以防涌水、涌泥而引起地层坍塌；接收完成后要对接收段管片背部进行二次补充注浆。盾构到达接收施工作业流程如图5所示。

图5 盾构到达、接收施工流程

3 左线盾构拆机方案

3.1 拆机准备工作

盾构的拆机工作工序繁多，系统庞大，人员较多，为顺利完成盾构的拆除，在拆除开始之前必须进行周密的准备工作。

1）地面和井内清理 将吊装场地清理干净，地面进行平整、对进场的设备摆放位置和吊机的行走位置用油漆画好边界线，履带吊行走范围内铺垫好钢板，贮备好盾构的各种机具、材料。盾构井内进行清空，将和盾构拆除存在干涉的临时支撑柱、混凝土结构、门吊行走梁等拆除清理干净。

2）接收平台的安装 将接收台下井并定位好，确保隧道盾构中线位置及盾构能够顺利到达接收台。

3）排水、供电、照明准备 根据排水方案要求，准备足够的排污管路和污水泵，满足下暴雨的排水要求，配置充足的配电箱满足盾构施工的要求，地面上盾构井内以及隧道内安装足够的照明灯具。

4）其它准备 安排专人做好防雨准备，有专人看守材料、机具、设备，准备足够的应急物资和药品以及通讯设施。

3.2 盾构拆机流程

盾构拆机位置位于长沙市开福寺路中间，盾构井左侧为地铁一号线的盾构吊出井、右侧为行车道（由东往西的单车道），车站主体结构仍在施工，还不能利用，吊出井西北方向紧挨着开福寺，只有端头井西边的路面可以使用。盾体、刀盘、后配套等部件均采用分块设计，盾构不可拆解最大件尺寸和重量见表1。

盾构组装最重件为刀盘，总重137t（含刀具），其它大件有主轴承重130t，盾体上部块105t，后配套最重拖车重为70t。根据场地情况与盾构部件重量，考虑安全系数，计划选用1台350t履带起重机为主力起重机，1台150t汽车起重机配合刀盘、主轴承、盾体块、安装机、盾尾的翻转。盾构拆机分两部分，先进行主机部分的吊装拆除，后配套上管线拆除与主机拆除可步进行。再进行后配套拖车的拆除工作，拖车拆除按从前到后依次拆除。盾构拆机流程如图6所示。

表1 盾构不可拆解大件参数表

图6 左线盾构拆机工序流程图

4 右线盾构平移拆机方案

为加快施工进度，缩短工期，开福寺站西端头施工完底板后立即进行盾构吊出作业，为此，综合考虑开挖出土及盾构吊装需求，改变临时支护形式，只能从左线洞口上方进行盾构吊出作业，所以右线盾构出洞后需平移至左线进行吊出作业。

4.1 总体方案

1）主机部分加刀盘总重约为850t，平移难度非常大，移动平台采用滚动摩擦的形式，井底铺设20mm厚钢板，钢板与钢板进行焊接，利用油缸将主机部分从右线顶推到左线。

2）从刀盘至螺旋输送机马达位置长度将近17m，吊出井设计只有17m，考虑到空间有限，在平移前，先将盾尾、螺旋输送机、安装机及支架进行拆除。

3）主机部分平移后，先拆除刀盘，再拆盾体上部分，依次是盾体左右部分、主驱动、盾体下部分的拆除。

4）螺旋输送机直接从右线吊出，利用混凝土支撑之间的距离能够满足。

5）在移动平台上做门字架支撑，在上面铺设轨道与洞内轨枕轨道高度一致，利用卷扬机将拖车牵引至移动平台上，而后用油缸顶推移动平台至左线。

4.2 盾构平移拆机方案

在右线盾构平移前，利用右线吊出井混凝土斜撑之间的空间，先将盾尾、螺旋输送机及管片安装机进行拆除，整个主机部分平移的重量减少，长度只有6m左右，只有刀盘、主驱动及中前体部分，更容易找到平移的重心，保证平移的安全。根据350t履带起重机的参数表在拆除这几个部件时的最大距离为15m，此时可以吊装100t的重物，管片安装机最重为70t，因此，能够满足吊装需要。

1）主机部分的平移 移动平台的安装：移动平台运至工地后，在吊出井底进行组装，移动平台与洞门口的距离定为400mm，移动平台另一端连接3m的接收台，连接采用硬性连接，3m接收台另一端用200mm的型钢顶在车站底板上。图7、图8为移动平台结构图和现场安装图。

图7 移动平台结构

图8 移动平台的现场安装

盾构出洞：最后一环管片装完后，拖车与主机断开，拖车后退20m，主机部分采用两根200t的油缸顶推继续往前移动，到盾尾尾部上接收台2m的位置。

盾尾的拆除：主机部分到位后，焊接盾尾吊耳，盾尾内部采用50mm的圆钢焊接支架，防止在盾尾拆除后盾尾变形失圆；盾尾两侧焊接斜撑，防止在拆除盾尾顶部时两侧盾尾倾倒。准备工作结束后，切割盾尾块之间的焊缝，先将盾尾的上部分吊出，再拆除盾尾左右部分。

螺旋输送机的拆除：用油缸将主机部分顶推至吊出井的最前端，采用吊机与手拉葫芦相配合的方式将螺旋输送机拆除，放置准备好的平台上，后移至隧道内。

管片安装机的拆除：用油缸将主机部分后推至管片安装机距离洞门5m的位置，进行管片安装机及其支架的拆除，在吊出过程中，在安装机上系两根麻绳，防止撞到混凝土斜撑；然后放置在地表，采用150t汽车起重机进行翻身装车。

主机部分的平移：将剩余主机部分用油缸顶推至移动平台转盘的位置，使主机部分的重心处于转盘中心的位置，由于主机部分的重心不能精确的找出，所以，只能大概的计算出重心所处的范围。

主机部分定位后，将盾体与接收台采用段焊的方式连成一体；采用2根200t的行程1.8m的油缸进行顶推移动平台进行主机部分的平移，移动平台底部设置有轮子，采用滚动摩擦的方式将主机部分从右线平移至左线。两根分别放置在接收台的两端，在井底铺设的钢板上焊接油缸的支撑点，在顶推的时候要保证两根油缸的同步性；待油缸行程达到1.8m时，收起油缸，再在钢板上焊接支座，进行顶推，如此循环，从右线至左线平移距离为18m。

2）螺旋输送机及后配套的平移 螺旋输送机的平移：将螺旋输送机从隧道内移至吊出井口，用履带起重机将螺旋输送机水平吊起，将螺旋输送机底部支架退回隧道内，并将螺旋输送机放在井底；移动平台从左线移至右线，接近螺旋输送机时将螺旋输送机吊起，移动平台移至螺旋输送机下部，将螺旋输送机放在移动平台上面，去掉挂钩，采用油缸将移动平台顶推至左线，将螺旋输送机吊出。

后配套的平移与螺旋输送机相似，在移动平台上放置门字架支撑，同左线拆除后配套一样，门字架的高度同洞内轨枕高度一样；控制重点是：移动平台的轨道与隧洞内延伸出的轨道的连接，连接处采用1根2m的钢轨，移动平台到位后，用2m的钢轨将两部分连接起来，用卷扬机将拖车拉出，到移动平台上，用阻车器将拖车轮对固定，然后拆除2m的钢轨，进行拖车的平移。

拖车的拆除与左线相同，在此就不再重复描述，右线盾构拆机流程如下图9所示。

图9 右线盾构平移拆机工序流程

5 结 语

盾构拆解施工设计应结合施工效益与可行性等因素综合考虑，大直径盾构平移拆解普遍面临空间狭小、系统复杂等困难，需明确拆解流程，因地制宜，优化改进拆解设备、工艺，才能实现安全、快速的拆机。长株潭城铁项目成功地进行了大直径盾构拆机作业，对以后的大直径盾构拆机起到了很好的借鉴作用。

[1] 代 勇．大直径盾构洞内拆机方法．科技资讯[J].2015，(8)：67-68．

[2] 赵 峻．盾构进出洞施工关键技术．上海建设科技[J]．2008，(5)：62-65．

[3] 冯 义，陈寿根．盾构区间过站技术研究．探矿工程（岩土钻掘工程）[J]．2010，（8)：76-80.

[4] 李守彪，毛东晖，邹春华．大埋深煤矿长斜井盾构拆解施工技术分析[J]．煤炭工程，2014，（9)：32-34．

（编辑 张海霞）

Research of the key technology of large diameter shield teardown

GAO Hui-zhong, CHEN Kui, WANG Zhu-feng, ZHANG He-pei, FENG Huan-huan

TU621

B

1001-1366(2015)11-0070-05

2015-08-21