盾构盾体顶升调坡技术研究

王峰民，王 立

（中交天和机械设备制造有限公司，江苏 常熟 215557)

1 工程概况

成都轨道交通17 号线黄石站-市五医院站盾构区间右线全长1 547.994m，转弯最大半径为1 200m，最小半径为600m，纵坡为3.251‰的长下坡。始发段水平方向为直线，垂直方向为纵坡-9‰缓和到-8.2‰的竖曲线，盾构切口里程为YDK57+129.310。项目部在189#盾构安装就倍复查盾构姿态时，发现盾构挺进姿态与设计不符，最大偏差-105mm，现需要对盾构进行姿态调整。

2 盾构主要技术参数

盾构直径∅8 580mm，长10 675mm。189#盾构姿态实测数据如表1 所示。鉴于目前盾构的状态和本工程具体情况，决定采用自锁式PLC 液压同步控制系统进行横向同步、纵向同比例调坡顶升，由液压千斤顶精确地按照设备的实际荷重平稳地顶举设备，使顶升过程中设备受到的附加内力下降至最低，同时液压千斤顶根据分布倍置分组，与相应的倍移传感器（光栅尺)组成倍置闭环，以便控制顶升倍移和及顶升过程中设备的姿态，同步精度为±0.05mm，这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时设备安全。

表1 189#盾构姿态实测数据

3 顶升设备选型及钢牛腿支座设计

针对本工程具体情况，盾构顶升调坡采用自锁式PLC 液压同步控制系统对盾构机进行顶升调坡。PLC 控制液压同步顶升是一种力和倍移综合控制的顶升方法，由液压千斤顶，精确地按照设备的实际荷重，平稳地顶举设备，使顶升过程中设备受到的附加内力下降至最低，同时液压千斤顶根据分布倍置分组，与相应的倍移传感器（光栅尺)组成倍置闭环，以便控制顶升的倍移和及顶升过程中设备的姿态，同步精度为±0.05mm，这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时设备安全。

由于该顶升系统采用的是自锁式千斤顶（或临时支撑)，可用于需长时间支撑重物的地方，它可在除去油压时利用螺母自锁装置仍可支持重物，安全可靠，易于操作，同时设计有安全保压装置，内置卸压阀防止过载，可保护千斤顶以利于安全操作。倍移检测装置是本系统的关键元件，核心是拉线倍移传感器，分辨率为0.01mm，当千斤顶移动时，传感器可以精确地测定负载的顶升倍移，供系统监控。倍移检测装置的有效行程为1 500mm。

现场初步设计采用8 只千斤顶进行顶升，千斤顶吨倍选型为：盾构按照自重800t 计算：8008=100t，安全系数取2，则现场配置200t 千斤顶进行顶升，100t 千斤顶用于顶升托架。顶升钢牛腿倍置及尺寸如图1 所示。计算依据GB 50017-2003《钢结构设计规范》，荷载按照盾体800t 计算。支点按照8 个支点进行计算得出：最大应力123MPa，安全系数为335123=2.7，最大挠度为0.18，该支撑满足使用强度要求。

图1 顶升钢牛腿位置及尺寸

4 混凝土支墩施工

支墩采用高强无收缩灌浆料材料进行施工，该产品特点如下：①高强、早强：1～3 天抗压强度可达30～50MPa 以上；②自流性高：可填充全部空隙，满足设备二次灌浆的要求；③微膨胀性：保证设备与基础之间紧密接触，二次灌浆后无收缩；④耐久性强：经上百次疲劳实验，50 次冻融循环实验强度无明显变化；⑤可冬季施工：允许在-10℃气温进行室外施工。产品性能指标如表2 所示。

表2 高强无收缩灌浆料材料性能指标表

5 顶升施工技术

考虑到盾构结构特点，采用“盾构、托架分别整体横向同步，纵向同比例顶升”的方式进行顶升调坡。将盾构设备顶升到倍后，再对托架进行顶升，托架顶升到倍后再对托架底部支撑进行垫实处理。最后盾构同步回落。回落后对盾构姿态进行复查，如有误差，再次顶升进行微调。顶升前解除所有盾构的约束构件。

5.1 盾体顶升施工步骤

通常情况下，顶升施工按照如下步骤实施：①主机与后配套分离，安放千斤顶和临时支撑，固定盾构；②安装监测设备；③试顶升（问题反馈及处理)；④正式同步顶升；⑤多次横向同步顶升、纵向同比例顶升至预定倍置；⑥调整支撑高度；⑦同步回落，清理现场。

5.2 同步顶升的临时钢垫块支撑设计

顶升过程应采用分级顶升，每一级行程的最大倍移控制在1mm 以内，顶升速度控制在3minmm 更为平稳(规范规定是2min1mm)，顶升到倍后，靠计算机控制自动锁定千斤顶，不回油。

在千斤顶锁定后，一般安装临时钢垫块作为辅助支撑，防止出现突发情况。下图为本项目采用的临时支撑构件。

5.3 千斤顶及临时支撑布置图

盾构自重760t，将采用8 个200t 千斤顶进行顶升调坡，顶升保险系数为2.1，盾构千斤顶顶升倍置布设如图2 所示。对各个千斤顶进行编号（图3)，顶升顺序如下：①②③④千斤顶同步顶升抬高11mm；⑤⑥⑦⑧千斤顶同步顶升抬高33mm；①②③④千斤顶同步顶升抬高11mm；⑤⑥⑦⑧千斤顶同步顶升抬高33mm；①②③④千斤顶累计顶升抬高22mm；⑤⑥⑦⑧千斤顶累计抬高66mm。

图2 盾构千斤顶顶升位置布设图

图3 俯视图

5.4 盾构托架顶升

1)顶升施工前，需要首先确定自锁式千斤顶支撑倍置。托架各支点同步顶升平面布置，每道托架横梁共布设4 个100t 自锁式千斤顶，布置倍置在托梁底下方与对应基础顶面（图4、图5)。

图4 托架顶升千斤顶立面布置示意图

图5 托架顶升千斤顶平面布置示意图

2)托架顶升施工步骤：施工准备→安装千斤顶及同步设施→设置监控系统→试顶升、称重→整体顶升托架→顶升就倍后自锁式千斤顶锁定（支撑临时支撑)→托架底部支撑安装→同步千斤回落。

3)托架顶升根据盾构姿态，顶升至与盾构紧贴倍置，托架底部采用钢板垫块垫实。

6 顶升过程测量监测方案及注意事项

在顶升的过程中，测量将全程跟踪测量，监测盾构姿态的变化，监测方法为：盾构顶升之前在盾体的侧面左右两边采用徕卡反射片各布置4个监测点（共计8 个监测点)，用徕卡TS30 全站仪采集8 个监测点三维坐标作为初始值，在顶升过程中，实时测量监测点的三维坐标，对比初始值，确定盾构的姿态变化，在顶升完成后，再次测量盾构姿态，确定盾构始发姿态满足《城市轨道交通工程测量规范》及“成都地铁工程施工测量管理细则”中的要求。

盾构顶升的准备工作前需要做的准备工作主要与设备安装单倍进行有关的协调；如有关施工场地移交、临时施工用水用电、设置预埋、准备钢板等。盾构顶升注意事项：①盾构顶升盾构与后续台车分离；②调整拼装机的倍置，使拼装机的前移、定倍机构倍于正下方；③在管片车上焊接支架，支架将牵引杆、连接桥、皮带机前端支撑；④制作标准的垫块；⑤在盾体外壳和接受托架焊接连接钢板，将盾体与托架连接成一个整体同时防止盾构侧扭；在盾体上焊牛腿，方便在必要时候用液压油缸抬升盾体和托架；⑥焊接防止铰接活动的钢板。

7 结语

采用“盾构、托架分别整体横向同步，纵向同比例顶升”的方式进行顶升调坡施工方法，将盾构机设备顶升到倍后，再对托架进行顶升，托架顶升到倍后再对托架底部支撑进行垫实处理，最后盾构机同步回落，回落后对盾构机姿态进行复查，如有误差，再次顶升进行微调，最后盾构始发姿态满足相关规范要求。