電纜隧道泥水平衡頂管機洞內組裝技術*

吳發展

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

頂管施工屬于非開挖施工的一種，可以在不搬遷管線、不封閉交通、小噪聲、少塵土等條件下施工，廣泛應用于市政管道、給排水、電力等工程。頂管機組裝是將分散的部件重新組合安裝成一個統一的頂管機整體，郭衛社在臺山核電站取水隧洞組裝盾構機時，考慮了起重機、吊索具的選擇和井口地基承載力，并對組裝后的整機進行調試，主要對液壓和電氣等關鍵部件進行功能檢測。黃金光在隧道施工空間狹小的場所根據部件質量和吊裝高度，研究在隧道拱部安設小車式電動葫蘆和倒鏈的起重方式開展吊裝作業。范磊等研究分體組合式矩形頂管機關鍵技術，頂管機需要滿足組合后的整體設備施工，探究分體組合式矩形頂管適應性。北環電網中航支線頂管隧道因頂進方式改變，需要將頂管機拆解后通過已成型隧道，在隧洞內重新組裝，以滿足現場施工需要。

1 工程概況

深圳電網北環110kV架空線改造入地電纜隧道中航支線頂管隧道從SJ4工作井始發，穿越中心公園，沿振興路至福田區供電局營業中心旁SJ4-1接收井。頂管機以24.03‰上坡曲線頂進，平面最大轉彎半徑R=2 700m。原設計采用人工頂管法(敞開式頂管)施工至SZ1K0+108.6處，實際開挖揭露顯示地層中風化花崗巖、地下水豐富，且地表為城市主干道(振興路)，繼續使用敞開式頂管施工存在較大風險。經設計單位同意，SZ1K0+108.6—SZ1K0+166.74段采用礦山法人工開挖；將洞內原有手掘式頂管機和既有DN3 200泥水平衡頂管機改造為DN3 500泥水平衡頂管掘進機，剩余區段改為洞內組裝泥水平衡頂管機掘進。在擴挖洞室內擴徑改造原敞開式頂管，洞內重新組裝泥水平衡式頂管機。

2 頂管機隧洞內組裝可行性

為保證泥水平衡式頂管機在隧洞內組裝時刀盤能自由翻轉并且有足夠的操作空間，在SZ1K0+166.74—SZ1K0+172.54段采用礦山法工藝施工頂管機組裝作業洞室。作業洞室尺寸的確定考慮頂管機在隧洞內維修、改造、組裝的需要，其最大構件刀盤外徑為4 180mm，左右兩側預留80cm空間，取作業洞室寬為5.8m；為保證后續吊運桁架與吊運平臺搭設，頂部預留80cm、底部預留30cm空間，取作業洞室高為5.3m。頂管機隧洞內組裝的作業洞室斷面尺寸為：寬5.8m、高5.3m、長6.5m。

3 頂管機洞內組裝的起重裝置

因頂管機各部件多為大體積、大自重構件，為便于洞內組裝，需要在擴挖的作業洞室內先施工起吊頂管機內構件的起重裝置。基于頂管機改造擴挖洞室施工完成，配合頂管機洞內組裝的起重吊裝裝置，主要包括支架、吊裝橫架、起重吊點(配合手拉葫蘆)、起吊平臺幾個構件。

支架采用雙拼I22施工，支架形式為三角形式(擴挖洞室尾端與擴挖洞室前端)(見圖1)。其中擴挖洞室尾端支架基礎與初支格柵拱架連接滿足其基礎穩定性；擴挖洞室前端與原敞開式工具管(鋼結構)連接滿足穩定性。

圖1 起重支架

吊裝橫架采用雙拼I22施工，橫架上間距1m預埋吊點(見圖2)。

圖2 吊裝橫架

吊裝平臺采用馬凳形式，材料為I22。馬凳間距1.2m，頂面鋪設2cm厚鋼板(見圖3)。起重裝置(見圖4)解決了頂管機洞內組裝大型構件起重吊裝問題，為頂管機洞內改造、組裝提供了可行依據。

圖3 吊裝平臺

圖4 起吊裝置總裝

4 頂管機內殼安裝

頂管機殼體前方錐體段加長475mm，并增加前端密封中隔板(40mm厚鋼板)，在中隔板上方開設600mm×500mm人孔，以保證封閉倉施工完成后能進入前端安裝刀盤與輔助設備拆除。在殼體前段斜錐體內安裝沖洗管路，錐體破碎泥水倉在洞內焊接，焊前清理焊縫坡口20mm范圍內的氧化皮并打磨出金屬光澤，焊縫完成24h以后采用超聲波進行內部質量無損檢測。

5 刀盤洞內拼裝精度控制

為便于刀盤在成型隧洞內運輸，刀盤在工廠被分割為3部分(見圖5)，廠內試拼裝合格，施工時將刀盤各部分運至作業洞室內重新拼裝刀盤(見圖6)，要求刀盤外弧各點至刀盤中心距離與理論刀盤半徑公差控制在5mm以內。測量是確保拼裝質量的關鍵，本工程采用預制外弧直徑4 180mm，寬度50mm，外弧長度500mm的鋼板卡具對刀盤拼裝精度進行卡控。弧形卡具外沿緊貼拼裝后刀盤外弧，配合游標卡尺精確測量卡具與刀盤外弧差距，通過焊縫進行糾偏，保證拼裝成型刀盤圓整度符合要求(見圖7)。

圖5 刀盤拆解塊示意

圖6 刀盤洞內拼裝示意

圖7 刀盤拼裝精度控制示意

6 齒輪箱基座安裝

采用全站儀確定齒輪箱基座安裝位置的線路中心點，全站儀在中隔板上放樣出上下左右4個里程相同、偏距相同的點裝上激光測距儀。根據激光測距儀從四周測量數據微調行星減速器基座位置然后固定，再使用全站儀反復復核及調整位置，確保后續行星減速器中心、刀盤中心、線路中心在同一位置。

7 試運轉

泥水平衡頂管機附屬設備(動力設備、電氣設備、糾偏設備、泥水循環設備)安裝后，進行頂管機試運轉。

1)連接進回水管、壓漿管道，打開工作井進回水閥、壓漿閥。

2)根據線路布置圖將動力、通訊、機頭控制等各類型電纜進行連接，注意洞口預留電纜必須超過管節長度的1.5～1.7倍，各電纜接頭連接必須正確并牢靠。

3)通過向機頭供電，檢查操作室和機頭之間的指令與信號傳輸是否正常。

4)檢查回水管出水、機頭內回水壓力表是否平穩。

5)打開截止閥、關閉旁通閥檢查泥水倉壓力和傳感器，認真仔細的查看壓力表的讀數。

6)根據主機的轉角確定機頭正轉、反轉，啟動刀盤，注意刀盤電流和主機轉角變化速度。

頂管機組裝后工作效果良好，滿足施工安全和工期要求，較好地完成了剩余隧道頂進任務。

8 結語

1)為保證泥水平衡式頂管機在隧洞內組裝時刀盤能自由翻轉并且有足夠的操作空間，作業洞室尺寸的確定要考慮頂管機在隧洞內維修、改造、組裝的需要。

2)起重件可以是頂管機的大體積、自重較大的構件，也可以是大型維修、組裝用的工具，桁架起重裝置使得頂管機部件在洞室內組裝方便，而且操作安全可靠，簡便高效。

3)鋼板弧形卡具外沿緊貼拼裝后刀盤外弧，配合游標卡尺精確測量卡具與刀盤外弧差距對刀盤拼裝精度進行卡控，通過焊縫進行糾偏，保證拼裝成型刀盤圓整度符合要求。