大型盾構機吊裝技術的研究與應用

摘 要：盾構隧道掘進機，簡稱盾構機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現代盾構掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計制造，可靠性要求極高。盾構掘進機已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程，安全高效的完成盾構機拆裝是隧道工程的前提。文章介紹的是超大型盾構機的吊裝工藝流程，對安全高效完成盾構機吊裝有一定的借鑒意義。

關鍵詞：掘進；盾構機；隧道；吊裝

1 概述

盾構隧道掘進機，簡稱盾構機、是一種隧道掘進的專用工程機械，伴隨著建筑技術、控制技術、通信技術等的快速發展，傳統的小盾構機所掘進出來的隧道線已不能滿足發展需要，盾構機直徑也有以前的6.3m發展為8.8m、13.2m乃至18m，隧道線也由以前的單線發展為雙線甚至雙層雙線，這對已經較為成熟的盾構機吊裝工藝提出了新的要求，在保證安全施工的前提下，要順利高效的完成盾構機各項吊裝任務已成新的工程難題，吊機選型及其工況的選擇和吊裝工機具的選擇及研發需更加合理和安全。

2 技術方案的策劃

方案的策劃以海瑞克直徑13.6m的S985大型盾構機下井吊裝為例進行：

S985盾構機主體總重約為2150t，由刀盤、盾體（分8塊）、主驅動、盾尾（分4塊）和拼裝機及行走梁組成；后配套臺車總重約為1210t，1#-5#臺車和連接橋組成。其中最重件為刀盤，單件總重為430t。根據盾構機組裝的外形尺寸和重量及現場條件擬采用Manitowoc 18000/750t履帶吊來作為盾構機吊裝的主力吊機，其工況為42.7m主臂、42m超起桅桿、223.17t吊機配重、145.15t中心壓重、350t輪式超起配重、600t大鉤、12m輪式超起半徑；采用一臺SCC4000C/400t履帶吊36m主臂、155t后配重、400t吊鉤工況來輔助設備翻身。

盾構機下井吊裝工藝流程：5#臺車-2#臺車組裝分段下井→連接橋、1#臺車組裝分段下井→盾體底塊下井→盾體左右邊塊下井→主驅動下井→盾體左右邊塊下井→盾體頂塊下井→拼裝機下井→盾尾下井→刀盤下井。

3 技術方案論證與實施

3.1 盾構機主體吊裝

用Manitowoc 18000/750t履帶吊依次將5#臺車-2#臺車、連接橋和1#臺車組裝和吊裝下井之后，開始主體吊裝，在主驅動下井之后，為了節省工期，對吊機定位，不拆除輪式超起完成后續吊裝工作，吊機工況如下表1所示。

圖1 盾構機主體吊裝流程示意圖

3.2 盾尾下井

3.2.1 主力吊機將拼裝機和行走梁下井完成后，再下井盾尾，為保證盾尾的圓度，對盾尾進行硬性加固，然后吊裝下井，用φ90×15m鋼絲繩一對掛腰到750t履帶式起重機的大鉤上，將4個55t卡環分別連接到鋼絲繩的4個頭上，再將4個55t卡環分別連接到4個吊耳上，盾尾翻身輔助吊機采用SCC4000C/400t履帶吊H主臂工況36m主臂、155t后配重、400t吊鉤工況來完成，2個55t卡環和兩條φ65×20m環形鋼絲繩分別連接翻身吊耳和輔助吊機大鉤，兩臺吊機緩慢配合將盾尾翻好身，就位時，考慮到空間不夠，需用輔助吊機輔助，待盾尾環套過拼裝機和行走梁之后在解除輔助吊機上的鋼絲繩和卡環；雙機抬吊單機載荷不能超過80%負荷率。

3.2.2 Manitowoc 18000/750t履帶吊采用42.7m主臂、42m超起桅桿、223.17t吊機配重、145.15t中心壓重、110t輪式超起配重、600t大鉤，吊裝跨距為20m，履帶吊在20m時的額定起重量為248.7t，盾尾重200t，履帶吊負荷率為84.4%。

3.2.3 輔助吊機采用SCC4000C/400t履帶吊H主臂工況36m主臂、155t后配重、400t吊鉤工況來完成，抬吊下井跨距為13m，此時吊機的額定起重量為147t，吊機負荷率為74.8%。

3.3 刀盤下井吊裝

3.3.1 刀盤分六塊，焊接好后整體吊裝下井，（焊縫經過探傷）整體重量430t，用φ120×12m環形鋼絲繩4條掛到750t履帶式起重機的大鉤上，將工裝（經過強度驗算）連接鋼絲繩和刀盤吊耳，中間通過插銷連接（刀盤吊耳經過探傷檢測，滿足承載要求；掛鉤前，對吊裝工機具進行嚴格檢查，合格方可投入使用；掛鉤時，高空作業人員必須正確佩戴安全帶掛在腰部以上牢固可靠處；起吊前微受力，檢查各吊點無誤時方可起吊）；然后再用2個150t卡環和φ90×15m鋼絲繩兩對連接翻身吊耳和輔助吊機大鉤，輔助吊機采用SCC4000C/400t履帶吊36m主臂、155t后配重、400t吊鉤H主臂工況，輔助吊機跨距為7m內，兩臺吊機緩慢起鉤，在刀盤下方墊好枕木，并受好力，防止刀盤打轉，通過主輔吊機起鉤變幅，將刀盤豎直，然后解除輔助吊機鋼絲繩和卡環，由750t履帶吊單機將其吊裝下井就位。

3.3.2 Manitowoc 18000/750t履帶吊采用42.7m主臂、42m超起桅桿、223.17t吊機配重、145.15t中心壓重、350t輪式超起配重、600t大鉤，12m輪式超起半徑，吊裝跨距為12m，履帶吊在12m時的額定起重量為587.1t，負荷率為74.9%。

3.3.3 輔助吊機采用SCC4000C/400t履帶吊H主臂工況36m主臂、155t后配重、400t吊鉤工況來完成，抬吊下井跨距為7m，此時吊機的額定起重量為269t，吊機負荷率為83.6%。

3.4 相關計算

3.4.1 地基承載力計算

起吊時地基承載力驗算（按最大件刀盤重量430t計算）

吊機重量（加超起配重）：920000kg 刀盤重量：430000kg

鋼絲繩卸扣等吊索具：10000kg 合計：1360000kg

考慮兩側履帶均布受力時地基承載力要求為：

P=（1360000kg×10N/Kg）/（12×2×2.4）m2=236.1KPa；

考慮較不利因素，單側受力端履帶受到85%的力時地基承載力要求為：

P1=（1360000kg×10N/Kg×0.85）/（12×2.4）m2=401.4KPa；

考慮動載安全系數1.3，地基承載力P2≥401.4kPa×1.3=521.8KPa=52.2t/m2；得出靠近井口側地基承載力需大于或等于52.2t/m2。

3.4.2 輔助吊機輔助抬吊時地基承載力驗算（SCC4000C/400t履帶吊采用按抬吊刀盤時來計算）

吊機重量（加超起配重）：400000kg 抬吊刀盤重量：215000kg

鋼絲繩卸扣等吊索具：4000kg 合計：619000kg

考慮兩側履帶均布受力時地基承載力要求為：

P=（619000kg×10N/Kg）/（10×2×1.5）m2=206.3KPa；

考慮較不利因素，單側受力端履帶受到85%的力時地基承載力要求為：

P1=（619000kg×10N/Kg×0.85）/（10×1.5）m2=350.8KPa；

考慮動載安全系數1.3，地基承載力P2≥350.8kPa×1.3=456KPa=45.6t/m2；得出輔助吊機輔助抬吊時地壓承受力需大于或等于45.6t/m2。

3.4.3 鋼絲繩校核

刀盤吊裝采用四條φ120mm×12m環形鋼絲繩（按6個頭算）起吊，經查閱GB20067得鋼絲繩單根實際破斷力S=765t，刀盤重量為Q=430t，α=56.25°（鋼絲繩水平夾角），所以鋼絲繩安全系數為：K=6×S×sinα/Q=6×765×sin56.25°/430 =6.9>6（安全）

4 施工難點及社會經濟意義

（1）由于主力吊機Manitowoc 18000/750t履帶吊輪式超起工況改裝時間久，而施工工期相當緊張，沒有條件讓我們去頻繁的更改吊機工況，因此，在主驅動下井組裝完畢之后，考慮后期施工和施工場地環境對吊機進行定位（不拆輪式超起主力吊機在未達到負載要求時是不能行走的，只能回轉），采用合適的吊機工況，完成后續的吊裝施工。

（2）刀盤吊裝采用工裝吊裝，通過銷軸連接，摒棄了使用大卡環的吊裝方式，增加了安全性，節省工機具的成本。

海瑞克S985盾構機下井吊裝以高安全性、高質量、工期短等贏得了業主的高度贊譽，同時為類似的超大型盾構機吊裝積累了寶貴經驗。隨著經濟的高速發展，類似的大型吊裝會越來越多，大型的盾構吊裝工藝也會在不斷改進中越來越成熟，吊機選型及工況確定和工機具的使用設計會更加合理，市場前景廣闊。

參考文獻

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