封闭站内非破坏盾体拆解泥水盾构主驱动方法的研究

王小军 冯琳瑛

摘 要：盾构拆装机是隧道掘进施工极为常见的工序，通常情况下均为大部件总成整体拆解安装。对于封闭站内拆机工况，由于无法使用大型起重设备，拆解难度较高，一般需要将盾体割裂破坏，将内部装置拆卸运出。极端特殊工况下，封闭站内拆机要求盾体完整无损，可无需修复另行使用，主驱动及油缸等部件也均保持完好，国内尚无成熟案例，拆解难度之高超乎想象。本文着重论述封闭站内非破坏盾体狭小空间内拆解主驱动并翻身运输的方法，为业内类似工况提供借鉴。

关键词：封闭站;非破坏盾体;拆解主驱动;盾体内翻身

中图分类号：THl36 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0145-04

0 引言

随着国家基础设施建设的快速发展，地铁建设项目在各大城市相继展开。我国幅员辽阔，地质复杂，不同城市地质水文千差万别，盾构机选型和配置多种多样。地铁施工过程中，盾构机拆、装是常见工序。通常情况下，车站竖井拆机较为简单，起重机具齐全，成熟的拆机队伍一周即可完成，但封闭站内非破坏盾体拆解设备，国内尚无成熟案例。本文以长沙地铁阜埠河站特殊工况为例，重点探讨封闭站内非破坏盾体拆解主驱动的方法。

阜埠河站是长沙市轨道交通3#和4#线换乘站，也是规模最大、最复杂的地铁车站。在3#线灵官渡站至阜埠河站区间隧洞尚未完全掘进贯通的情况下，车站已经封顶完毕。中铁十四局所采用的铁建重工DZ266号泥水盾构机于2019年1月份区间贯通到达阜埠河站。该盾构机主驱动、推进铰接、泥水管路、拼装机等部件均需拆解返厂再制造，将刀盘和盾体完好保留在站内另有他用。如何在保持刀盘盾体完好的情况下，快速安全的将主驱动装置拆卸，反向运输至灵官渡站吊出地面，是施工队伍面临的巨大难题。国内封闭站内拆机案例极少，而且均是对盾体结构进行破坏拆解，可供借鉴的经验有限。

1 拆解主驱动方法

由于车站封闭，无法借助外部起重机具，拆解任何部件均需由人工使用手动葫芦完成，运输则需借助电瓶车。拆解台车、连接桥、拼装机、推进油缸、铰接油缸、人闸舱等步骤不做论述，以下详细探讨主驱动的拆解方法：

1.1 拆解前的准备工作

（1）详细研究盾构机结构图，摸清各拆解部件重量及形状;（2）先将驱动减速机和马达分别拆下，用封板将减速机安装孔盖严，减小主驱动整体重量和外形尺寸;（3）将电瓶车轨道铺设至盾体内最前端;（4）在中盾顶部紧贴前部法兰处和H梁支撑座处焊接吊耳;（5）制作专用工装，点检所需工具;（6）人工用薄塞尺将主驱动与前盾内圆缝隙之间夹杂的沙粒及铁锈清除净，如图1所示。

1.2 主驱动拆解过程

（1）刀盘背面与前盾切口环间隙30mm，采用钢条塞满后焊接牢固，整圈焊接8处长度200mm，如图2所示。确保刀盘与整个盾体结构形成刚性整体，注意焊接前将前盾切口环耐磨堆焊刨掉，以备顶推主驱动时承受千斤顶反力。（2）用割枪对前盾下部泥浆管进行切割，为平板车行驶进入前盾胸板区域让出空间，其余前中盾小件、平台等阻碍空间的一律割除，如图3所示。（3）利用刀盘辐条提供支承反力，将4个50t千斤顶对角线安装于刀盘与主驱动外圈之间。千斤顶行程不足以一次顶推到位，还需设置垫墩进行二次顶推。注意四个千斤顶要统一协调，按指挥人员指令实施顶推，避免偏载卡死，千斤顶顶推示意如图4所示。（4）在平板车上焊接左右两道300H型钢，型钢间距为1000mm。H型钢两侧用500mm间距竖筋板加强支撑，H型钢上盖板两侧焊接方钢。300H型钢上表面铺设实心钢轨作为主驱动装置向后滑移的轨道。轨道与H型钢接触面涂抹黄油减小摩擦，形成双层可滑移结构。如图5所示。（5）四台千斤顶同时顶出，同时丝杠螺母配合松开，将主驱动持续向后顶推。由于千斤顶行程有限，无法一次顶推到位，需要在中途增加垫墩。如图6所示。（6）继续顶推主驱动下部轨道，同时前后部葫芦要同步配合主驱动的平移，时刻保持绷紧状态。主驱动平移至完全到达中盾之内，脱离前盾范围后停止。拆除千斤顶，如图7所示。

2 主驱动中盾内翻身

（1）主驱动后部下端设置两个20t吊耳，用2个20t葫芦拉拽在尾盾铰接油缸耳板上，同时撤除前端2个10t葫芦和吊耳。如图8所示。（2）靠后的两个葫芦进行收紧拉拽，前部吊点的两个葫芦同步配合适当放松导链，但保持链条时刻绷紧状态。水平分力使得主驱动沿着滑轨向后滑移，垂直起吊分力使得主驱动向前倾翻。整个过程确保主驱动下部始终与滑轨接触不脱离。注意：主驱动与滑轨接触的点必须垫尼龙板以保护主驱动外圈结构不被划伤，如图9所示。（3）继续上一步骤直至整个主驱动结构翻身完毕，平整的降落在平板车上部。注意整个翻身过程葫芦拉拽要同步，使主驱动重心始终位于平板车纵向中心线上，避免左右位置不对称。如图10所示。

3 主驱动隧道内运输

平板车宽度方向需向两侧分别延伸550mm，在加宽后的平板上对角线位置支垫200H型钢，H型钢下部焊接在平板上，上部托住主驱动。使用8根圆钢插在主驱动内环中，圆钢紧贴在主驱动内环表面，下端焊在平板上，卡住主驱动防止窜动，运输至洞外。注意：整个运输过程必须缓慢平稳运行，事先调整电瓶车轨道，左右两侧轨道高差必须控制在10mm以内。整个运行过程，必须有专人跟随电瓶车同步行走，在侧面观察车轮运行情况，杜绝掉轨风险，在隧道曲線处减慢速度。如图11所示。

4 结语

由于泥水盾构不配置螺旋输送机，为封闭站内非破坏盾体向后拆解主驱动提供了可操作性。中铁十四局的阜埠河站拆机过程按照上述方案实施，已经顺利将主驱动吊运至地面返厂维修。从而验证了该方案的可行性和可靠性，为业内相同的拆机工况提供了成熟的经验范本。也为主驱动进泥、主轴承损坏等不得不中途大修的极端工况，盾体内狭小空间拆装主驱动提供了思路、启发和有效借鉴。

0 引言

拱桥是我国常用的桥型之一，早期拱桥主要以石材为主，经济性较差，无法推广应用，钢材和混凝土材料的出现，使拱桥得到快速发展，修建大跨度混凝土拱桥的关键是施工方法的选择，传统的拱架施工法已经无法满足大跨度拱桥结构的建设，无拱架施工法使拱桥结构较其他桥型更具竞争力，如缆索吊装法、悬臂施工法、转体施工法[1-4]。1980年，南斯拉夫采用悬臂法建成了当时世界最大跨度的钢筋混凝土拱桥，即主跨390m的KRK大桥;我国1999年采用钢管混凝土劲性骨架法建成了主跨420m的四川万县公路长江大桥，保持混凝土拱桥世界第一跨径纪录近20年。

劲性骨架法为劲性骨架施工完成后，以此为施工平台，挂模进行外包混凝土的浇筑，最理想的方法是一次连续浇筑完成，即经济又能保证混凝土的完整性和密实性，但是外包混凝土的强度和刚度是在施工过程中逐渐形成的，在浇筑初期，是以一种荷载的形式施加在劲性骨架上的，外包混凝土的浇筑方法将直接影响结构的整体安全，郑皆连[5]结合邕宁邕江大桥提出了斜拉扣挂连续浇筑外包混凝土的施工方法，取得了良好的经济效益;林春娇[6]等人以南盘江特大桥为研究背景，采用斜拉索扣挂结合多工作面浇筑混凝土的方法，取得了良好的效果;杨国静[7]等人对北盘江大桥外包混凝土的浇筑方案进行了理论分析，详细对比了几种施工方案中劲性骨架的受力情况;目前相关研究资料多偏于理论分析，对实际施工过程的详细介绍较少，本文对沪昆高铁北盘江特大桥主拱外包混凝土施工技术创新进行详细介绍。

1 工程概况

1.1 总体布置

沪昆高铁北盘江特大桥为主跨445m的上承式钢筋混凝土拱桥，拱圈立面为悬链线，拱轴系数m=1.6，拱圈中心跨度445m，矢高100m，矢跨比1/4.45，该桥于2016年12月建成通车，目前为世界最大跨度钢筋混凝土拱桥。总体布置如图1所示。

1.2 主拱施工方法与主要工序

北盘江特大桥主拱外包混凝土施工方法为：依托钢管混凝土劲性骨架，采用多工作面结合斜拉索扣掛调载浇筑法按照分环、分段、两岸对称平衡加载的原则外包主拱C60高强混凝土。拱圈外包混凝土施工步骤为：①依托劲性骨架全拱分六个工作面浇筑边箱底板直至合龙，其中拱脚全断面段（轴线水平投影45m）为中边箱底板一起形成;②两岸对称浇筑拱脚全断面段（轴线水平投影45m）腹板和顶板，因此造成的不平衡力采取张拉拱脚段扣背索进行抵消;③分六个工作面，两岸对称浇筑拱顶段（轴线水平投影355m）边箱及中箱腹板直至合龙;④分六个工作面，两岸对称浇筑拱顶段（轴线水平投影355m）边箱顶板直至合龙;⑤分六个工作面，两岸对称浇筑拱顶段（轴线水平投影355m）中箱底板直至合龙;⑥分六个工作面，两岸对称浇筑拱顶（轴线水平投影355m）中箱顶板直至合龙。采用二次扣背索抵消拱圈外包混凝土施工中拱脚段不平衡受力，如图2所示。

2 主拱外包混凝土施工控制关键问题

北盘江特大桥整体施工工序繁杂，工艺要求高，浇筑次数多，高空临边作业多，材料及设备保障难，安全风险高，质量控制难度大，目前在国内工程实例中并不多见，外包混凝土需要依托劲性骨架按照分环、分段、两边对称的原则浇筑混凝土，施工组织难度大，混凝土输送距离远，高差大;根据施工现场实际环境，昆明岸需要采用分级泵送的施工方法，即大泵将混凝土泵送至拱脚，再由小泵接力的施工方法。在外包混凝土浇筑过程中，主拱圈的所受影响因素较多，需要对劲性骨架进行实时监测，确保加载一致，两拱脚端受力平衡。

主拱外包混凝土施工中劲性骨架与临时锚索系统以及索塔共同构成一个平衡系统，确保施工中拱圈的安全性以及稳定性，拱圈共分六个部分外包完成，分别为边箱底板、拱脚段边箱全断面、腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板。每一环需纵向贯通后再浇筑下一环。拱脚全断面外包拱轴水平投影长度为45m，在拱脚全断面浇筑段，浇筑边箱底板时，浇筑相应的中箱底板;中箱顶板则和相应的边箱顶板以及腹板同时浇筑。除拱脚边箱全断面外包节段与边箱底板的节段错缝为2m以外，其余各部分浇筑阶段的错缝均为3.0m。拱圈混凝土的浇筑顺序应严格按照设计图纸要求分环、分段、对称平衡加载进行施工。每一节段混凝土浇筑完成后，应间隔5天以上，保证已浇筑的混凝土强度达到设计强度的80%，弹性模量达到设计值的90%后才能进行下一个节段混凝土的浇筑。拱圈施工过程中，应由符合资质的监控单位全程监控拱圈钢管及混凝土应力、线形、扣索索力及索塔偏位等参数，并结合温度效应，材料参数等适时调整，如图3所示。

3 主拱外包混凝土施工技术创新

施工技术及工艺水平的进步在于不断的创新，以适应各种环境下的挑战。北盘江特大桥在建造过程中，也使用了多项创新的施工工艺以及技术方法。

（1）劲性骨架带底模架设：劲性骨架架设前在起吊平台将劲性骨架底模平台安装完成后一起吊装;利用起拱段现浇支架进行拱脚实体段大体积混凝土浇筑，设置4进4出的循环冷却水系统;（2）合理设置辅助措施：设置拱顶安全通道及材料存放转运平台、拱顶设置水箱、拱圈临边侧设置辅助安装及拆除外模的鹰嘴扒杆、作业人员采用安全带+防坠器的双保险措施;（3）在拱圈外包混凝土施工时自跨中向两岸均分为三个工作面，每个工作面分为5～6个节段，施工中为尽可能保证拱圈加载的平衡性和对称性，并确保拱脚先浇段混凝土的质量;（4）北盘江特大桥劲性骨架内注C80、外包C60高性能混凝土，在原材料选择、配合比设计、施工工艺、远距离泵送等方面均进行了探索研究，取得了成功，且实现安全质量零事故;（5）在主桥拱圈外包混凝土施工前，同步建造1：7.5缩尺模型桥（跨度59.33m、高度13.33m）模拟实桥外包混凝土施工过程，从而验证结构的安全性和成桥后受力变形稳定性;同步还建造了C80、C60高性能混凝土徐变试验承台，通过加载和模拟的方式，测试高性能混凝土试件在荷载和温度作用下的徐变情况，从而验证实桥成桥后的工后沉降及混凝土徐变情况[8-9]。

4 结语

拱脚段全断面混凝土浇筑法，并结合六工作面浇筑和斜拉索扣挂调载技术在沪昆客专北盘江特大桥主拱圈施工中的成功应用，为国内钢筋混凝土拱桥建造技术积累了经验，为同类型桥梁施工提供了技术保证，推动了我国特大跨度混凝土拱桥施工技术的发展。

参考文献

[1] 范立础.桥梁工程（下册）[M].北京：人民交通出版社，1987.

[2] 钟善桐.钢管混凝土结构[M].北京：清华大学出版社，2003.

[3] 韩林海.钢管混凝土结构：理论与实践[M].北京：科学出版社，2004.

[4] 陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[5] 郑皆连.在劲性骨架上实现混凝土连续浇筑的探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2011，30（增刊2）：1099-1105.

[6] 林春娇，郑皆连，李翔，林春伟，王楚杰.斜拉扣索调整南盘江特大桥拱圈的结构应力[J].广西大学学报（自然科学版），2017，42（1）：274-283.

[7] 杨国静，徐勇，黄毅.大跨度劲性骨架拱桥外包混凝土方案优化[J].铁道工程学报，2017（10）：50-54.

[8] 张双洋，赵人达，等.收缩徐变对高铁混凝土拱桥变性影响的模型试验研究[J].铁道学报，2016，38（12）：102-110.

[9] 张双洋，赵人达，等.大跨度高速铁路劲性骨架混凝土拱桥模型试验研究[J].西南交通大学学报，2017，52（6）：1088-1096.