城市地铁隧道内盾构机拆除技术

摘要：天津地铁3号线穿越海河隧道是整条线路重点难点工程，因天津站提前建好，车站盾构井已经封闭，需要在密闭的车站隧道内将盾构机解体。其难点主要是作业空间小，设备体积大，吨位大。本文就两台盾构机在车站内的拆解过程中存在难点、风险及盾构机拆解进行分析。

关键词：隧道；盾构机；车站；风险；拆除

The shield machine dismantle technology in Tunnels

Liu Juning

China Railway Tunnel Group Co.Ltd. Hangzhou 310030, China

Abstract: Tianjin Metro Line 3 passes through the Haihe River tunnel is the key engineering of the whole line，because the TianJin Railway Station early built，station shield wells have been closed, the Shield Machine is dismantled in the tunnel. Its difficulty is mainly small space , big volume and big weight.The article analyses the difficulty and risk of process of dismantling the two Shield Machine in tunnels.

Key words: tunnel；Shield Machine； risk；dismantle

中图分类号：U455.43文献标识码： A

0 引言

天津地铁3号线“解放路站～天津站”区间隧道由中铁隧道集团施工，由于天津站已经提前建好，地面上部需要建造配电房，顶层板已经封闭，无法直接吊出盾构机，需要将盾构机在隧道内依次解体，翻转平移到吊装井吊出。盾构机为中铁隧道装备制造公司出产的￠6.4m土压盾构，因在隧道内拆解，空间狭小，给拆解工作带来了很多不便，尤其是大件的拆解和翻转，必须有安全可靠的技术措施，经充分的论证后方可实施。现施工的两台盾构机已成功拆解移至地面上，本文对盾构机的拆解中的问题及风险进行分析说明，并对实际作业情况进行讨论，为以后有类似情况提供参考。

概述

盾构机直径6.4m，主机长8.3m，由盾构机刀盘、前体、中体、盾尾等组成，总重330T，其中最重的部件是前体，重量有93T，直径6.4米，长度3米。由于隧道工程施工需要，车站顶板已经封闭，预留的盾构机主机拆除空间只有长10.8米，宽8.65米，高度7.2米狭窄空间，盾构机刀盘、前体、中体、盾尾分离及翻转需要在预留的狭窄空间内完成完成。由于环境空间受限，不可能像常规盾构机吊装在地面使用大型汽车吊或履带吊来完成这两个作业,同时盾构机也不可能直接平移到吊出井处。根据现场的实际情况，确定在隧道内定制安装两台120T桥吊来起吊和翻转盾构主机，桥吊选用双小车配置，每个小车的提升能力是60T，双小车总起重能力是120T；桥吊跨度7.6米，起升高度10米。桥吊基础采用现场浇筑两堵钢筋混凝土墙作为桥吊承力墙基础，桥吊架设与盾构机关系见图1。

图1桥吊架设与盾构机关系示意

2．盾构机起吊和翻转安全验算

下面是根据现有条件，对盾构机起吊、翻转、吊点布置、吊点焊缝受力状况、进行考虑分析。

2.1起吊重量安全验算

盾构机起吊和翻转过程中，选择最重的盾构机前体作为安全验算的主体，前体重93T。桥吊上面布置两台60t的小车，抬吊93吨的物体，每台小车需要承担93t/2=46.5t。由于小车可以移动，所以吊钩垂直起吊。每台小车的负荷量为：46.5t/60t=77.5%。

桥吊两台小车抬吊前体的安全系数：起升机构安全系数2.5；起重量富余安全系数：1.29。所以整体安全系数：2.5*1.29=3.225。单台桥吊起吊93吨的前盾验算合格。

2.2盾构机翻转安全验算

同样取最重的前体作为安全验算的主体，当1#、2#桥吊并拢后，两车的吊钩距离最小为3m。所以当前体吊点水平距离达到3m（前盾与水平线的夹角为58.79°）后，1#、2#桥吊都变成了垂直起吊。此后，2#桥吊分配的力小，1#桥吊分配的力大，但都小于1#桥吊的垂直工况。

在前盾的吊点水平距离小于3m（前盾与水平线的夹角为58.79°）时候，2#桥吊出现斜拉工况，对2#桥吊斜拉工况进行分析计算如下（计算简图如左图所示）：

假设：2#桥吊吊钩拉力为F2，吊钩钢丝绳与水平线夹角为α，

则：F2产生的垂直分力F2Y为：F2Y=F2*sinα

F2产生的水平分力F2X为：F2X=F2*cosα

对B点取矩知道，F2Y=G/2=46.5t（2#桥吊上两台60吨小车的合力）

考虑2#桥吊上两台60t小车受力不均匀，不均匀系数按照1.05计算。

则：2#桥吊上每台60t小车的吊钩受力为：

F2=1.1*F2Y/2/ sinα

2#桥吊上每台60t小车的吊钩产生的水平分力为：

F2X=F2*cosα

则：在翻转到10°、20°、30°、31.207°各工况时，2#桥吊上每台60t小车的吊钩受力见下表1：

表1 受力工况计算表

通过上述6个工况的分析：2#桥吊的单台小车的最大受力为26.89t。

结论：上述过程假设1#桥吊吊钩不动，实际上，由于2#桥吊产生水平分力的影响，会导致1#桥吊、2#桥吊的吊钩都发生倾斜，但倾斜角度小于2#桥吊计算角度，即：1#桥吊的力会比表中数值偏大，但是不会大于26.89吨。同理2#桥吊的力会比表中计算值偏小，也不会大于26.89吨。所以翻转过程计算通过。

2.3 吊点布置，焊缝验算

在盾构机前体上焊接4个吊耳，吊耳布置和焊接如图2。吊耳材料采用Q345B，厚度60mm。

计算重量取100T，按照最大受力情况进行吊耳焊接强度计算：

焊缝受拉力计算：σ=F/（l·δ）=100×1000÷30÷6=555.6kg/cm2 =55.56Mpa

图2前体吊耳焊接示意图

查表得焊缝受拉许用应力[σ’]=181Mpa，σ≤[σ’]，焊缝受拉强度满足要求。

焊缝受剪力计算：τ=F/（l·δ）=50×1000÷30÷6=555.6kg/cm2 =55.56Mpa

查表得焊缝受剪许用应力[τ’]=127Mpa，τ≤[τ’]，焊缝受剪强度满足要求。

焊缝弯矩应力计算：σt=6M/（δ2·l）=6×25×1000×12÷（6×6×30）=1666.7 kg/cm2=166.67 Mpa

查表得焊缝弯矩许用应力[σt’]=201Mpa，σt≤[σt’]，焊缝弯矩强度满足要求。

3．盾构机前体的起吊、翻转现场实际施作

两台盾构机前后相距两个月成功完成了盾构机的解体拆除工作，实施过程利用两人同步协调作业两台桥吊，利用1号桥吊将前体提升脱离地面后向车站方向移动到翻转位置，在前体底部安装翻转吊耳，2号桥吊调整到位后将吊钩及吊耳进行挂接。2号桥吊慢慢起吊前体，此时2号桥吊理论计算最大斜拉角度为30度，实际操作过程中通过调整两个桥吊的距离，让两台桥吊靠近，此时斜拉角度小于30度，2号桥吊只存在一个相对斜拉的位置，吊钩接近于垂直状态。同时1号桥吊慢慢下降前体，直至把前体翻转90度后处于水平状态。见图3前体起吊翻转示意图。

图3前体起吊翻转示意图。

两个桥吊同步将前体的高度提升到与站台地板高度一致时，同时在前体底下铺轨，将已经准备好的过站移动小车推入前体底下。小车到位后，将前体稳稳的放在小车上，摘除吊耳上的吊钩，盾构机前体起吊翻转作业完成，用小车将前体移动至吊出井吊出。盾构机主机其它部件按照起吊翻转前体方式一样进行解体、拆除和吊出。

4.结束语

通常情况盾构机的拆除吊出都在常规盾构吊装井实施，但天津地铁3号线天津站的盾构机吊出却是封闭狭窄的空间内拆除翻转后平移至吊出井条件下完成安全吊出。说明如果工期需要，只要做好安全措施和选用适当起吊设备，盾构机的拆解翻转可以在狭小的空间完成后实现吊出，对于类似环境条件下的工程具有借鉴意义。

参考文献：

1、《盾构机技术资料》

2、《天津地铁3号线天津站结构设计图》

3、《HGT 21574-2008化工设备吊耳及工程技术要求》

4、陈凡 葛俊宇《隧道内拆除盾构机主轴承的要点作业》.隧道建设，2011, 31(200-203)