超大斷面矩形頂管鋼管節現場拼裝技術

牛恒栓

【摘 要】在上海軌道交通14號線9標靜安寺站站臺層頂管施工中，頂管管節采用全鋼管節制作，由于管節斷面較大，給運輸帶來較大困難，因此將每節鋼管節分成兩個C型塊，運輸至施工現場進行再拼裝焊接成整體。由于頂管隧道對受力及防滲漏有著極高的要求，因此為保證管節現場拼裝的精度和平整度，專門設計一個鋼管節拼裝平臺，用于鋼管節在施工現場進行拼裝焊接，本文敘述的就是拼裝平臺的制作安裝及鋼管節拼接施工中的關鍵技術，以便以后類似工程進行借鑒。

【關鍵詞】矩形頂管;鋼管節;拼裝平臺;焊接

中圖分類號： U455.4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0186-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.088

0 引言

隨著經濟快速發展，城市基礎設施大規模的建設，大城市尤其超大城市中地面及地下建構筑物越來越多越來越密集，這使得在大城市城區建造地鐵車站面臨著更為復雜的施工環境。超大城市核心區域通常是地面交通量很大、車輛擁堵、地面建構筑物密集、各類管線錯綜復雜、甚至地面有高架道路，導致施工作業空間非常有限，很多施工方法工藝將受限。要想在這樣的環境下修建地鐵車站，最常用的明挖法恐怕無以為繼，如此一來采用暗挖法不失一種很好的解決途徑。軟土環境下的盾構法及頂管法兩種暗挖施工方法已經非常成熟，但這兩種工藝尚未在地鐵車站施工中采用過，頂管法相對盾構法有投資較小、占用施工空間較小、工期容易掌握的優勢，因此頂管法非常適合城市中復雜環境下車站的非開挖施工。對于超大斷面的矩形頂管，頂管管節的設計也是一項重要內容，頂管管節一般可分為混凝土管節和鋼管節，前者剛度較大同時重量也要大很多，不可分塊，運輸難度較大;后者強度較大重量較輕且可以分塊制作然后現場拼接成環，這樣運輸難度大大降低。本文所討論的就是上海軌道交通14號線9標靜安寺站站臺層頂管鋼管節的現場拼接問題。

1 工程概況

靜安寺站位于華山路與延安中路交叉路口的華山路下方，沿華山路南北向布置，為地下三層島式站臺車站，與已建成通車的2號線、7號線靜安寺站形成三線換乘樞紐。站臺中心處頂板覆土約3m，底板埋深約24m，車站長度約225m，凈寬20.54m，共設6個出入口，3組風井。車站主體沿線路方向分A、B、C三個區，其中A區、C區均采用明挖順作法實施（西側半幅蓋挖），B區采用頂管法實施。B區分為站臺層及站廳層，站臺層采用兩條長度為82m、斷面尺寸為8700×9900mm的頂管隧道連接延安路南北兩側站臺，站廳層采用一條斷面尺寸4880×9500mm、長度為82m的頂管隧道連接延安路南北兩側站廳。站臺層頂管隧道埋深15.17～15.37m，設置4條聯絡通道。站臺層兩根頂管水平間距2.0m，站臺層頂管覆土為15.2m，頂管管節外徑為9.9m×8.7m，壁厚為525mm。

2 頂管管節設計

站臺層頂管管節為矩形管節，若采用混凝土管節，每節重量較大且不宜分塊給吊裝運輸帶來極大不便，而采用鋼管節，能大大降低管節的重量至47t，且可以分塊制作和運輸，便于運輸和吊裝，但成型隧道剛度較差，綜合考慮本工程采用鋼-砼復合管節（鋼管節+混凝土內襯），外徑為9.9m×8.7m，壁厚為525mm（鋼管節400mm厚，內襯125mm厚），頂管施工階段為鋼管節，待鋼管節完全貫通沉降穩定后再于內部現澆鋼筋砼形成復合管節。鋼管節分為兩個C型塊，運輸至在現場后拼接成環，縱縫內外側均采用焊接方式連接，環縫為承插口接頭。

3 管節拼裝平臺設計

站臺層頂管管節兩個C型塊在工廠加工好后運至現場進行拼裝焊接成環，由于頂管隧道對受力以及防滲漏有著極高的要求，因此需保證管節現場拼裝的精度和平整度。為此本工程設計了一個鋼管節拼裝平臺，該平臺由鋼平臺、導向底支承、地坦克、電液推桿、電控箱及安全護欄組成。拼裝時先將第一塊C形塊安裝固定在一側，并由導向底支承固定牢靠;接著安放另一塊C形塊，使用電液推桿及地坦克進行姿態微調，并結合輔助水平和高程測量儀器，能保證兩段管節拼裝精度的要求，拼裝完成后，在平臺上完成焊接。

3.1 拼裝平臺各部分組成

1）鋼平臺

拼裝平臺平面尺寸為11.6m×11.6m，由上、下兩層組成，詳見圖5。

下層由3根鋼梁組成，鋼梁為安裝在預埋基礎埋件上的工字形梁（工字鋼32a，材質Q235B，并經局部加強），預埋基礎埋件間距為1.0m，單根支承梁設12個預埋基礎埋件（支承板厚度25mm，錨栓直徑20，材質均為Q345B），鋼梁之間的間距為4.75m。鋼梁與埋件之間采用螺栓、壓板固定，其安裝的平整度可通過預埋件、鋼梁之間加設墊板進行調整，預埋件及鋼梁詳見圖6。

上層平臺由4件支承平臺板組成，為同一規格，可互換，每件支撐平臺板由頂部鋼板（厚度20mm，材質Q345B）、支承梁（槽鋼32a，材質Q235B）、勁板（厚度12mm，材質Q235B）組成。為便于與相鄰構件之間的連接，設有燕尾卡槽，各件之間可互換，詳見圖7。

2）電液推桿

電液推桿是機電液一體化的新型傳動機構，它以液壓缸、油泵、電動機、油箱、液壓控制閥組合而成。電動機、油泵、液壓控制閥和液壓缸安裝在同一軸線上，接通電機的控制電源，通過電機正反轉，使液壓油經過雙向齒輪油泵輸出壓力油，以液壓控制閥將壓力油送至工作油缸，實現活塞桿的往復運動。

3）地坦克

重心低，操作安全，適合于重物器具的搬運工作。鋼平臺上的地坦克采用鋼輪型材料的滾輪，不易損壞。在旋轉盤與機體之間采用了平面推力軸承，360度可旋轉。該地坦克每個可以支撐移動二十噸的設備。多個地坦克組合使用可以移動重達上百噸的大型設備，該地坦克使用方便，省時省力，可隔斷鋼管節與平臺的接觸。

4）導向底支承

支承和限制運動部件按給定的運動規律要求和運動方向直線回轉運動，底部導軌內安裝調節螺栓，導向精度高，剛性好。能有效固定鋼管節。兩端上側分別安裝三個導向滾輪，能起到定位準確、導向準確、承受一定的側向壓力，并具有一定的強度，耐磨性。

3.2 鋼管節拼裝

管節拼裝焊接質量直接關系到管節成環質量甚至頂管隧道的成型質量，所以要做好充足準備，完善質量保證措施，然后嚴格按照施工方案步驟進行操作，鋼管節拼裝施工步驟如下：

1）在未放置管節前，采用油漆或其他材料將管節在平臺上的位置標記正確，以便吊裝管節大致位置正確，防止調整度過大。

2）使用吊具將管節平穩放置。利用直尺測量管節兩端距離，保持管節兩端平行。

3）打開操作臺控制箱電源開關、觀察操作臺上指示燈是否點亮。

4）將管節吊放置平臺上，套入導向支承內。利用萬象地坦克，調節位置，導向底支承具有導向作用，底部地坦克具有自動回位功能，可就地旋轉。

5）觀察管節就位情況，先啟動管節位置正確的電液推桿，慢慢推進，抵位管節，使其平穩不走型。

6）對于管節面位置有偏差的，先調整最近的推桿，差不多位置時，再調節有空隙的電液推桿，或同時推進，直至管節面平整無錯口。

7）鋼管節對接吻合后，整體進行檢驗。

8）檢驗合格后點焊，最后整體焊接。

3.3 管節防變形措施焊接

1）焊前控制好裝配尺寸，符合焊前尺寸檢驗數據。

2）各焊縫間隙控制在1mm以內，局部最大間隙不超過2mm，可以有效減少焊縫收縮變形。

3）焊前進行加固支撐，外圈板拼縫處用一定數量的定位馬板進行加固和定位。

4）整體施焊前進行加固焊，并檢查加固焊的焊接質量。

5）嚴格控制整體施焊的焊接電流、電壓和焊接速度。

6）根據殼體形狀和焊縫位置，合理分配焊工數量、焊位，原則上同一條焊縫應有2名焊工同時同序同速進行施焊。

7）整體施焊過程中必須有1次以上的尺寸檢查，隨時觀察變形情況，并隨時進行焊工焊位焊序的調整。

8）焊后8小時之后進行尺寸檢查，根據情況調整支撐、馬板的拆除順序，并進行焊接質量檢查。

9）如需焊后整形，可以使用機械外力加火攻等方法進行局部整形，前提必須是殼體在自由狀態下進行。

10）為防止起吊和運輸過程中的二次變形，起吊時注意吊裝位置，必要時可進行加固支撐。

4 結束語

本工程中鋼管節拼裝平臺的設計應用，為鋼管節現場拼裝焊接提供了一個良好的施工操作環境，拼裝平臺操作簡單、定位精確、固定牢靠，大大降低了鋼管節現場拼裝的難度，也能很好的保證管節拼裝的精度和平整度，從而保證了國內首次頂管法地鐵車站的成型質量，為以后國內更多類似工程提供一個不錯的借鑒方案。