履帶起重機超起工況在盾構機吊裝中的應用

賈 瓊

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 100000）

0 引言

盾構施工在地鐵項目建設中應用較為廣泛，施工過程中盾構機吊裝作業工作量大，吊裝頻率平均在4次/km。吊裝過程存在較大的安全風險，特別是在主城區，建筑擁擠，管線復雜，交通繁忙，用于吊裝的空間有限，吊裝難度加大。本文以蘇州軌道交通5號線花苑路站-楓瑞路站盾構機吊裝施工為例，分析在復雜環境、有限空間內的吊裝施工，分析盾構機吊裝設備的選擇、地基處理、安全管理方面的控制要點。

1 工程概況

蘇州市軌道交通5號線花苑路站-楓瑞路站區間工程場地位于蘇州市吳中區，左右線區間均采用盾構法施工，花楓區間從花苑路站東端頭井始發，沿二號河及花苑東路向東推進，依次下穿沈巷橋，二號河2、3、4號橋后到達楓瑞路站,盾構接收為西端頭井接收。區間線路縱坡為雙向坡，區間左線長914.579m，區間右線長912.600m。區間右線采用鐵建重工ZTE6410，左線采用遼寧三三羅瓦特6440盾構機施工作業。盾構機在楓瑞路站西端頭井接收，接收井南側為愛車行洗車庫（單層鋼結構彩鋼瓦房，無基礎），距基坑端頭側面最近約1.6m,洗車庫西側為污水提升泵站配電房（磚混結構，條形基礎），距基坑約13.6m。端頭井端頭正上方為24根220kV高壓架空線（金獅線及金閶線），其架空線距端頭井距離約為10.1m～13.4m（保護區距端頭井約4.1m～7m）。端頭井北側為二號河，該河在車站圍護結構施工前已封堵回填完成。周邊環境具體工況，如圖1所示。

圖1 楓瑞路站西端頭井周邊環境工況圖

2 周邊環境對盾構機吊裝的影響以及針對性措施

一般常規盾構機吊裝場地為端頭井加固區域（端頭井西側），由于楓瑞路站西端頭井接收受到高壓線、廠房以及河道等諸多因素的影響，不具備盾構機常規吊裝場地條件。

（1）接收井西側的220kV高壓線保護區距接收井4m～7m，該空間內不具備盾構吊裝機械站位施工條件。南側鋼結構廠房因無法拆遷，也不具備盾構吊裝條件。只有北側二號河河道回填區域具備盾構吊裝場地條件。但綜合分析發現該場地基本滿足左線盾構常規吊裝方式，距離右線水平距離較遠，右線需要跨井吊裝，其距離已超過盾構常規吊裝的安全距離。最終經過方案比選，計劃采用一臺400t的履帶吊進行盾構吊裝。吊裝場地布置在端頭井東北側。經過驗算，吊裝左線盾構機滿足安全要求，而在吊裝右線盾構機時則須啟動超起工況才能滿足作業要求。

（2）經現場實地勘察，確認接收井北側場地為原河道換填土，地面硬化約25cm厚現澆混凝土路面，由于當時換填土密實度不足，承載力方面無法滿足現場施工作業要求，需進行二次加固。經查閱資料，河道換填深度約6m，計劃采用單重管旋噴樁進行地基加固，加固深度為7m。加固完成后破除原澆筑的老路面，重新澆筑厚度30cm標號C30的鋼筋混凝土路面。

（3）吊裝場地位于花苑路與楓瑞路十字交叉口處，旁邊臨近小學商業中心，交通量大，地下管線復雜，且臨近高壓架空線以及工業廠房，風險性較大，現場安全管控較難。

3 吊裝場地處理方案及吊裝機具選擇

（1）吊裝場地以及設備選擇按照以下幾點原則：①右線吊裝（中盾）水平距離盡可能短；②吊車兼顧左線吊裝（前盾構件）；③占地面積盡可能小，占用河道盡可能少；④場地盡可能遠離高壓線及工業廠房。綜合以上原則，吊車站位選擇在接收井的西北側。右線中盾水平距離26.29m，左線前盾水平吊裝距離20.89m，吊車站位如圖2所示。

圖2 吊車站位圖

（2）本次拆卸、吊裝采用的徐工XGC400履帶起重機，其履帶長度10.75m，寬度1.2m，整機寬度8.7m，吊裝時主臂長度36m，配重120t。超起工況：徐工XGC400型履帶吊，主吊鉤選用200t鉤（吊鉤自重5.5t）穿五輪十一股繩；用36m主臂吊裝，副臂與主臂成10°，副鉤選用80t鉤（吊鉤自重1.5t）穿三輪七股繩。按照最大、最遠、最不利工況計算，盾構機大件重量右線中盾為95t，最大件吊裝工作半徑取27m，吊車最大吊裝負荷102t（含繩索具及吊鉤自重計7t），此時吊車額定負荷162t，為吊車吊裝能力的75%,吊裝最大荷載為121t，符合要求。徐工XGC400t履帶吊車起重性能如表3所示。

表3 XGC400t履帶吊起重性能表

（3）因吊裝場地部分在河道內，河道回填土不實，且與道路地基承載力不同，極易造成吊車失穩。吊車自重為400t，地基承載力按中盾最大起吊重量100t時計算，若起吊100t重物地基承載力滿足要求，則其余均滿足。根據驗算，天然地基及河道填土無法滿足地基承載力要求，需進行加固。換填深度約6 m，采用單重管旋噴樁加固，加固深度為7m。加固完成后澆筑30cm厚的鋼筋混凝土路面。吊車站位時，履帶下采用5cm鋼制走道板，增加安全儲備。

（4）前盾、中盾、尾盾起吊吊耳各四個，并于盾體重心對稱布置，每個吊耳設計載荷40t。根據盾構機重量參數表，盾構機中盾吊耳載荷最大，若中盾吊耳滿足吊裝安全要求，則其他滿足。吊裝吊耳按照受力40t，建立1：1吊耳幾何模型進行分析。吊耳耳板受力結果分析得知，吊耳最大等效應力為287MPa，位于筋板附近，屬于典型的應力集中，吊耳耳板的應力均在120MPa以下；焊縫最大應力在45MPa以下，吊耳基體材料為Q345B，材料的屈服強度345MPa，抗拉極限510MPa～600MPa，且焊縫強度大于吊耳材料本身強度，故安全余量充足。吊耳吊裝受力模型如圖3所示。

圖3 吊耳吊裝受力模型圖

4 吊裝施工

（1）試吊：在開始正式吊裝工作之前，按如下程序進行試吊試驗。

①空載試驗。檢查吊機運轉情況和各限位開關是否可靠?？蛰d試驗進行如下動作：吊鉤的起升和下降（高、中、低速）及其制動和起升限位；變幅（高、中、低速）及其制動和限位；回轉及其制動。

②靜載和動載試驗。根據現場條件，用最重構件中盾進行靜載和動載試吊，按相關作業程序要求綁扎固定好中盾后，緩慢勻速將構件平穩吊離地面約200mm后，停止起鉤，懸停5min。仔細檢查起重機主臂、滑輪組、卷揚機構、鋼絲繩、吊鉤、索具等各部有無裂紋、變形、松動以及其它對起重機性能和安全有影響的異常情況；檢查起重機力矩限制器工作是否正常；并通過測量儀器進行監測起重機站位承載地基有無沉降、開裂等情況。確定無異常后，對吊物進行起鉤、落鉤、變幅、回轉等動作，注意控制動作加速度和減速度，使其在起重機正常工作范圍之內，檢查和靜載相同的項目（動作和地基監測）是否正常，確認無異常后方可開始正式吊裝。

（2）吊裝在超起工況下將中盾吊出井口，并抬臂將吊裝半徑回拉至12m，卸下超起配重，進入標準工況模式。旋轉吊車將吊物吊至安全區域。

（3）翻轉：XGC400履帶吊具有獨立翻轉能力，自行翻轉時主鉤升起，副鉤下落，直到機身完成90°翻轉。用4根主繩索與盾體連接，2根副鉤繩索與盾體外側兩個吊耳連接，主鉤副鉤同時起升，離開地面200mm時，主鉤以0.5m/min起鉤，副鉤以0.5m/min落鉤，保持均勻速度，盾體翻身過程中始終與地面保持200mm，直到機身完成90°翻轉。

（4）吊裝過程中需進行兩項監測工作：①對地基進行不間斷沉降觀測，保證地基穩定，觀測頻率不低于2次/h。②地面設置高壓線保護區警戒線，吊車大臂頂部安裝高壓感應報警器，對高壓線進行絕對保護。盾構機的卸點布置在吊車的東側，以保證吊車在吊起后向遠離高壓線的方向旋轉。

5 吊裝方案實施效果

蘇州軌道交通5號線花苑路站-楓瑞路站盾構區間左線盾構機于2019年9月10日順利完成吊裝，右線盾構機于2019年10月10日順利吊裝完成，吊裝過程安全可控。本次吊裝也是蘇州軌道交通首次采用履帶吊超起工況吊裝方式進行盾構機吊裝。為后續復雜環境下的盾構機吊裝積累了一定的經驗。但是相對于傳統吊裝，本次吊裝機械組裝時間長，占地面積大，需要進行臨時交通導改,并且增加了吊裝成本。現場吊裝施工如圖4所示。

圖4 現場吊裝施工圖

6 結束語

隨著城市現代化發展越來越快，地鐵工程的質量要求不斷提高，盾構施工作業已成為地鐵工程的關鍵部分。盾構機是重要施工設備，盾構機吊裝作業工作量較大，平均每公里需要4次吊裝，40km的地鐵隧道需要近160次吊裝。吊裝工作頻率高、風險大，特別在主城區，建筑擁擠、管線復雜，交通繁忙，用于吊裝的空間有限,一旦發生事故將造成巨大的經濟損失及社會負面影響。因此，近幾年來盾構機吊裝安全越來越引起重視。特別是在復雜有限空間內如何安全、有效地完成盾構機吊裝，需要很多成熟的工藝去解決。蘇州軌道交通花苑路站-楓瑞路站盾構機吊裝施工，初步形成一套完整的有限空間環境下盾構機吊裝施工技術經驗，為以后類似工程提供參考。