地鐵盾構機吊裝技術優化分析

李勇波， 劉 露， 張 巖

(1. 中交二航局成都城市建設工程有限公司， 四川成都 610000；2. 中交第二航務工程局有限公司工程裝備分公司， 湖北武漢 430000)

何聰等[1]依托國內自主研制的φ12.14 m最大土壓平衡盾構機項目，設計了由上翻架和下翻架組成的主驅動吊裝工裝。邵明月和陳勇華[2]針對某長江公路隧道工程超大直徑盾構機現場組裝技術重難點進行分析，通過方案比選、技術論證等手段，明確組織分工，優化吊裝工藝，合理進行機具選型。李超峰[3]以成都地鐵6號線土建3標建設項目為例，研究地鐵盾構機吊裝施工的準備工作和吊裝設備及吊具的選擇，并進一步探討了安全施工措施。王飛等[4]針對在有限場地不能滿足施作吊裝設備基礎條件的情況，分析采用均衡載板作為整體吊裝設備基礎施工的安全性。杜鵬等[5]針對盾構機單件重量大，吊裝風險高特點，從盾構吊裝設備選型入手，以理論研究為依托，分析吊裝設備選型計算及吊裝施工關鍵控制點，進而保障了盾構吊裝施工安全。本文以福州濱海快線盾構機吊裝為背景，對吊裝半徑、履帶吊吊裝設備的選擇、吊裝場地沖切承載力進行了探討。

1 工程概況

中間風井(濱海新城站—機場站區間)外包尺寸為32 m×50.8 m，開挖深度25.4 m。圍護結構采用厚100 cm地下連續墻，插入比為1.03。樁頂施作冠梁，將所有圍護樁連接成一個整體。基坑開挖范圍內的土層從上到下依次是：素填土、粉細砂、(泥質)粉細砂、(含泥)粉細砂。

濱海新城站—機場站區間采用4臺直徑8.6 m復合式泥水平衡盾構機掘進，因濱海新城站、機場站場地均不具備始發條件，而泥水盾構設備總長約為110 m，中間風井長度僅50.8 m，無法滿足泥水盾構正常始發的需要，故4臺泥水盾構均從中間風井分體始發。

2 吊裝設備及吊具選擇

濱海新城站—中間風井區間隧道盾構機選型參照中交天和183#、184#盾構機。由于該盾構機尺寸大，重量重，盾構機需要分件吊裝。單件最重設備以最大重量(驅動)為參照：m=135 t；幾何尺寸為：6 060 mm×3 429 mm×5 310 mm。經過對徐工XGC300、中聯QYU450、徐工XGC400-I吊裝設備計算核算，在滿足可行性和成本最小化的前提，選擇中聯QUY350作為本次盾構吊裝的設備。

2.1 吊裝作業半徑計算

根據QUY350履帶式起重機外形尺寸及現場施工場地實際測量，作業半徑計算如下：

R=R1+L1+L2+L3+L4

=4.2+4.5+1.505+0.5+1=11.705 m

(1)

式中，吊車回轉中心距履帶外邊緣R1=4.2 m，履帶吊外邊緣至井口邊緣距離L1=4.5 m,主驅動尺寸的一半為L2=1.505 m,盾構吊裝過程中考慮構件與主體結構之間安全距離為L3=0.5 m,預留刀盤位置：L4=1 m。作業半徑本文取R=12 m。

2.2 吊裝重量計算

驅動吊裝實際重量G：

G=K×m+g+g1=1.1×135+5.7+1=155.2 t

(2)

式中:K為動載系數，取1.1；g為吊鉤重量，取5.7 t；g1為索卡具重量，取1 t。

2.3 起重機配置及吊裝起重量核算

選擇超起配重幅度11 m，主臂30 m，副臂7.5 m，后配重85 t，車身壓重50 t，副臂安裝角度15 °，超起配重110 t。工作半徑R=12 m時，起吊重量為220 t，滿足起重吊裝要求。

3 盾構機吊裝場地地基承載力驗算

3.1 履帶受力計算

地面載荷按中聯QUY350計算選擇最吊裝大重量部件時所承受的最大載荷計算。

主機質量：189 t；車身壓重：50 t；后配重：85 t；超起配重110 t；驅動：135 t；吊鉤、索卡：6.7 t；合計：575.7 t。

靠近基坑側履帶為前履帶，履帶吊履帶長度為8.76 m，履帶中心寬度7.2 m，履帶寬1.2 m。吊臂工作半徑為12 m，吊車重心距前履帶中心距離為3.6 m，吊點距前履帶中心距離為12 m-3.6 m=8.4 m，配重距后履帶中心距離為2.575 m，超起配重距后履帶中心距離為7.4 m。設后履帶中心承受荷載為R1，前履帶中心為R2。

圖1 吊車基礎承載力計算圖(單位：m)

對作用點R1、R2分別求彎矩可得：

R1=2.77×103kN

(3)

R2=3.12×103kN

(4)

3.2 混凝土板沖切承載力驗算

350 t履帶吊需要場地尺寸為10 m×32 m裝場地范圍均澆筑30 cm厚C35鋼筋混凝土。

根據GB 5001-2010《混凝土結構設計規范》，在局部荷載或集中反力作用下，不配置箍筋或彎起鋼筋的板的受沖切承載力應符合下列規定：

Ft≤(0.7βhft+0.25σpc,m)ημmh0

(5)

(6)

μm=(9.95+0.275)×2+(1.2+0.275)×2=23.4 m

(7)

式中：Ft為局部荷載設計值或集中反力設計值(kN)；βh為截面高度影響系數;當h不大于800 mm時，取βh為1.0；σpc,m為計算截面周長上兩個方向混凝土有效預壓應力按長度的加權平均值，σpc,m=1 N/mm2；ft為混凝土軸心抗拉強度設計值(kPa),C35混凝土取1.57×103kPa;μm為計算截面的周長，取距離局部荷載或集中反力作用面積周長h0/2處板垂直截面最不利周長；h0為截面有效高度，為0.275 m；βs為局部荷載或集中反力作用面積為矩形的長邊與短邊的比值，本文取8；αs為柱位置影響系數：αs=30。

由式(5)可得：

R2≤(0.7×1×1570+0.25×1000)×

0.55×23.4×0.275=4774.45 kN

結果驗算符合要求。

3.3 鋼筋配置

根據GB 5001-2010《混凝土結構設計規范》，受壓構件縱向全部采用強度等級400 MPa的鋼筋，最小配筋百分率為0.55 %。

本文縱向鋼筋下部采用φ18@200，上部采用φ16@200；橫向鋼筋上下都采用φ16@200；

=0.71%>0.55%

(8)

鋼筋配置滿足規范要求。

4 注意事項

(1)對于盾構機吊裝履帶吊選型時，應考慮盾構吊裝場地布置情況、龍門吊走道梁布置高度、盾構機運送過來時的吊裝站位。

(2)應對盾構機分件吊裝中的每個構件進行吊裝驗算，確保盾構機選型的精確性。

(3)特別注意履帶吊在回轉，升降臂時的工況。

5 結束語

本文對盾構機分件吊裝重量和工作半徑進行了計算，根據計算結果進行履帶吊吊裝設備的選擇、吊裝場地沖切承載力計算探討。盾構機吊裝施工在滿足可行性及安全性的前提下，控制了吊裝施工的成本，可為類似工程提供借鑒。