封閉站內非破壞盾體拆解泥水盾構主驅動方法的研究

王小軍 馮琳瑛

摘 要：盾構拆裝機是隧道掘進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。對于封閉站內拆機工況，由于無法使用大型起重設備，拆解難度較高，一般需要將盾體割裂破壞，將內部裝置拆卸運出。極端特殊工況下，封閉站內拆機要求盾體完整無損，可無需修復另行使用，主驅動及油缸等部件也均保持完好，國內尚無成熟案例，拆解難度之高超乎想象。本文著重論述封閉站內非破壞盾體狹小空間內拆解主驅動并翻身運輸的方法，為業內類似工況提供借鑒。

關鍵詞：封閉站;非破壞盾體;拆解主驅動;盾體內翻身

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

0 引言

隨著國家基礎設施建設的快速發展，地鐵建設項目在各大城市相繼展開。我國幅員遼闊，地質復雜，不同城市地質水文千差萬別，盾構機選型和配置多種多樣。地鐵施工過程中，盾構機拆、裝是常見工序。通常情況下，車站豎井拆機較為簡單，起重機具齊全，成熟的拆機隊伍一周即可完成，但封閉站內非破壞盾體拆解設備，國內尚無成熟案例。本文以長沙地鐵阜埠河站特殊工況為例，重點探討封閉站內非破壞盾體拆解主驅動的方法。

阜埠河站是長沙市軌道交通3#和4#線換乘站，也是規模最大、最復雜的地鐵車站。在3#線靈官渡站至阜埠河站區間隧洞尚未完全掘進貫通的情況下，車站已經封頂完畢。中鐵十四局所采用的鐵建重工DZ266號泥水盾構機于2019年1月份區間貫通到達阜埠河站。該盾構機主驅動、推進鉸接、泥水管路、拼裝機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，快速安全的將主驅動裝置拆卸，反向運輸至靈官渡站吊出地面，是施工隊伍面臨的巨大難題。國內封閉站內拆機案例極少，而且均是對盾體結構進行破壞拆解，可供借鑒的經驗有限。

1 拆解主驅動方法

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

1.1 拆解前的準備工作

（1）詳細研究盾構機結構圖，摸清各拆解部件重量及形狀;（2）先將驅動減速機和馬達分別拆下，用封板將減速機安裝孔蓋嚴，減小主驅動整體重量和外形尺寸;（3）將電瓶車軌道鋪設至盾體內最前端;（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，點檢所需工具;（6）人工用薄塞尺將主驅動與前盾內圓縫隙之間夾雜的沙粒及鐵銹清除凈，如圖1所示。

1.2 主驅動拆解過程

（1）刀盤背面與前盾切口環間隙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構形成剛性整體，注意焊接前將前盾切口環耐磨堆焊刨掉，以備頂推主驅動時承受千斤頂反力。（2）用割槍對前盾下部泥漿管進行切割，為平板車行駛進入前盾胸板區域讓出空間，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動外圈之間。千斤頂行程不足以一次頂推到位，還需設置墊墩進行二次頂推。注意四個千斤頂要統一協調，按指揮人員指令實施頂推，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型鋼兩側用500mm間距豎筋板加強支撐，H型鋼上蓋板兩側焊接方鋼。300H型鋼上表面鋪設實心鋼軌作為主驅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，形成雙層可滑移結構。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，將主驅動持續向后頂推。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）繼續頂推主驅動下部軌道，同時前后部葫蘆要同步配合主驅動的平移，時刻保持繃緊狀態。主驅動平移至完全到達中盾之內，脫離前盾范圍后停止。拆除千斤頂，如圖7所示。

2 主驅動中盾內翻身

（1）主驅動后部下端設置兩個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）靠后的兩個葫蘆進行收緊拉拽，前部吊點的兩個葫蘆同步配合適當放松導鏈，但保持鏈條時刻繃緊狀態。水平分力使得主驅動沿著滑軌向后滑移，垂直起吊分力使得主驅動向前傾翻。整個過程確保主驅動下部始終與滑軌接觸不脫離。注意：主驅動與滑軌接觸的點必須墊尼龍板以保護主驅動外圈結構不被劃傷，如圖9所示。（3）繼續上一步驟直至整個主驅動結構翻身完畢，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 主驅動隧道內運輸

平板車寬度方向需向兩側分別延伸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，上部托住主驅動。使用8根圓鋼插在主驅動內環中，圓鋼緊貼在主驅動內環表面，下端焊在平板上，卡住主驅動防止竄動，運輸至洞外。注意：整個運輸過程必須緩慢平穩運行，事先調整電瓶車軌道，左右兩側軌道高差必須控制在10mm以內。整個運行過程，必須有專人跟隨電瓶車同步行走，在側面觀察車輪運行情況，杜絕掉軌風險，在隧道曲線處減慢速度。如圖11所示。

4 結語

由于泥水盾構不配置螺旋輸送機，為封閉站內非破壞盾體向后拆解主驅動提供了可操作性。中鐵十四局的阜埠河站拆機過程按照上述方案實施，已經順利將主驅動吊運至地面返廠維修。從而驗證了該方案的可行性和可靠性，為業內相同的拆機工況提供了成熟的經驗范本。也為主驅動進泥、主軸承損壞等不得不中途大修的極端工況，盾體內狹小空間拆裝主驅動提供了思路、啟發和有效借鑒。

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，經濟性較差，無法推廣應用，鋼材和混凝土材料的出現，使拱橋得到快速發展，修建大跨度混凝土拱橋的關鍵是施工方法的選擇，傳統的拱架施工法已經無法滿足大跨度拱橋結構的建設，無拱架施工法使拱橋結構較其他橋型更具競爭力，如纜索吊裝法、懸臂施工法、轉體施工法[1-4]。1980年，南斯拉夫采用懸臂法建成了當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，掛模進行外包混凝土的澆筑，最理想的方法是一次連續澆筑完成，即經濟又能保證混凝土的完整性和密實性，但是外包混凝土的強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構的整體安全，鄭皆連[5]結合邕寧邕江大橋提出了斜拉扣掛連續澆筑外包混凝土的施工方法，取得了良好的經濟效益;林春嬌[6]等人以南盤江特大橋為研究背景，采用斜拉索扣掛結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行了理論分析，詳細對比了幾種施工方案中勁性骨架的受力情況;目前相關研究資料多偏于理論分析，對實際施工過程的詳細介紹較少，本文對滬昆高鐵北盤江特大橋主拱外包混凝土施工技術創新進行詳細介紹。

1 工程概況

1.1 總體布置

滬昆高鐵北盤江特大橋為主跨445m的上承式鋼筋混凝土拱橋，拱圈立面為懸鏈線，拱軸系數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，采用多工作面結合斜拉索扣掛調載澆筑法按照分環、分段、兩岸對稱平衡加載的原則外包主拱C60高強混凝土。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，澆筑次數多，高空臨邊作業多，材料及設備保障難，安全風險高，質量控制難度大，目前在國內工程實例中并不多見，外包混凝土需要依托勁性骨架按照分環、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，高差大;根據施工現場實際環境，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，需要對勁性骨架進行實時監測，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以及索塔共同構成一個平衡系統，確保施工中拱圈的安全性以及穩定性，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。每一環需縱向貫通后再澆筑下一環。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，澆筑相應的中箱底板;中箱頂板則和相應的邊箱頂板以及腹板同時澆筑。除拱腳邊箱全斷面外包節段與邊箱底板的節段錯縫為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嚴格按照設計圖紙要求分環、分段、對稱平衡加載進行施工。每一節段混凝土澆筑完成后，應間隔5天以上，保證已澆筑的混凝土強度達到設計強度的80%，彈性模量達到設計值的90%后才能進行下一個節段混凝土的澆筑。拱圈施工過程中，應由符合資質的監控單位全程監控拱圈鋼管及混凝土應力、線形、扣索索力及索塔偏位等參數，并結合溫度效應，材料參數等適時調整，如圖3所示。

3 主拱外包混凝土施工技術創新

施工技術及工藝水平的進步在于不斷的創新，以適應各種環境下的挑戰。北盤江特大橋在建造過程中，也使用了多項創新的施工工藝以及技術方法。

（1）勁性骨架帶底模架設：勁性骨架架設前在起吊平臺將勁性骨架底模平臺安裝完成后一起吊裝;利用起拱段現澆支架進行拱腳實體段大體積混凝土澆筑，設置4進4出的循環冷卻水系統;（2）合理設置輔助措施：設置拱頂安全通道及材料存放轉運平臺、拱頂設置水箱、拱圈臨邊側設置輔助安裝及拆除外模的鷹嘴扒桿、作業人員采用安全帶+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量;（4）北盤江特大橋勁性骨架內注C80、外包C60高性能混凝土，在原材料選擇、配合比設計、施工工藝、遠距離泵送等方面均進行了探索研究，取得了成功，且實現安全質量零事故;（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）模擬實橋外包混凝土施工過程，從而驗證結構的安全性和成橋后受力變形穩定性;同步還建造了C80、C60高性能混凝土徐變試驗承臺，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，從而驗證實橋成橋后的工后沉降及混凝土徐變情況[8-9]。

4 結語

拱腳段全斷面混凝土澆筑法，并結合六工作面澆筑和斜拉索扣掛調載技術在滬昆客專北盤江特大橋主拱圈施工中的成功應用，為國內鋼筋混凝土拱橋建造技術積累了經驗，為同類型橋梁施工提供了技術保證，推動了我國特大跨度混凝土拱橋施工技術的發展。

參考文獻

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[2] 鐘善桐.鋼管混凝土結構[M].北京：清華大學出版社，2003.

[3] 韓林海.鋼管混凝土結構：理論與實踐[M].北京：科學出版社，2004.

[4] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設計與施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[5] 鄭皆連.在勁性骨架上實現混凝土連續澆筑的探討[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2011，30（增刊2）：1099-1105.

[6] 林春嬌，鄭皆連，李翔，林春偉，王楚杰.斜拉扣索調整南盤江特大橋拱圈的結構應力[J].廣西大學學報（自然科學版），2017，42（1）：274-283.

[7] 楊國靜，徐勇，黃毅.大跨度勁性骨架拱橋外包混凝土方案優化[J].鐵道工程學報，2017（10）：50-54.

[8] 張雙洋，趙人達，等.收縮徐變對高鐵混凝土拱橋變性影響的模型試驗研究[J].鐵道學報，2016，38（12）：102-110.

[9] 張雙洋，趙人達，等.大跨度高速鐵路勁性骨架混凝土拱橋模型試驗研究[J].西南交通大學學報，2017，52（6）：1088-1096.