超大断面矩形顶管钢管节现场拼装技术

牛恒栓

【摘 要】在上海轨道交通14号线9标静安寺站站台层顶管施工中，顶管管节采用全钢管节制作，由于管节断面较大，给运输带来较大困难，因此将每节钢管节分成两个C型块，运输至施工现场进行再拼装焊接成整体。由于顶管隧道对受力及防渗漏有着极高的要求，因此为保证管节现场拼装的精度和平整度，专门设计一个钢管节拼装平台，用于钢管节在施工现场进行拼装焊接，本文叙述的就是拼装平台的制作安装及钢管节拼接施工中的关键技术，以便以后类似工程进行借鉴。

【关键词】矩形顶管;钢管节;拼装平台;焊接

中图分类号： U455.4文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）18-0186-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.088

0 引言

随着经济快速发展，城市基础设施大规模的建设，大城市尤其超大城市中地面及地下建构筑物越来越多越来越密集，这使得在大城市城区建造地铁车站面临着更为复杂的施工环境。超大城市核心区域通常是地面交通量很大、车辆拥堵、地面建构筑物密集、各类管线错综复杂、甚至地面有高架道路，导致施工作业空间非常有限，很多施工方法工艺将受限。要想在这样的环境下修建地铁车站，最常用的明挖法恐怕无以为继，如此一来采用暗挖法不失一种很好的解决途径。软土环境下的盾构法及顶管法两种暗挖施工方法已经非常成熟，但这两种工艺尚未在地铁车站施工中采用过，顶管法相对盾构法有投资较小、占用施工空间较小、工期容易掌握的优势，因此顶管法非常适合城市中复杂环境下车站的非开挖施工。对于超大断面的矩形顶管，顶管管节的设计也是一项重要内容，顶管管节一般可分为混凝土管节和钢管节，前者刚度较大同时重量也要大很多，不可分块，运输难度较大;后者强度较大重量较轻且可以分块制作然后现场拼接成环，这样运输难度大大降低。本文所讨论的就是上海轨道交通14号线9标静安寺站站台层顶管钢管节的现场拼接问题。

1 工程概况

静安寺站位于华山路与延安中路交叉路口的華山路下方，沿华山路南北向布置，为地下三层岛式站台车站，与已建成通车的2号线、7号线静安寺站形成三线换乘枢纽。站台中心处顶板覆土约3m，底板埋深约24m，车站长度约225m，净宽20.54m，共设6个出入口，3组风井。车站主体沿线路方向分A、B、C三个区，其中A区、C区均采用明挖顺作法实施（西侧半幅盖挖），B区采用顶管法实施。B区分为站台层及站厅层，站台层采用两条长度为82m、断面尺寸为8700×9900mm的顶管隧道连接延安路南北两侧站台，站厅层采用一条断面尺寸4880×9500mm、长度为82m的顶管隧道连接延安路南北两侧站厅。站台层顶管隧道埋深15.17～15.37m，设置4条联络通道。站台层两根顶管水平间距2.0m，站台层顶管覆土为15.2m，顶管管节外径为9.9m×8.7m，壁厚为525mm。

2 顶管管节设计

站台层顶管管节为矩形管节，若采用混凝土管节，每节重量较大且不宜分块给吊装运输带来极大不便，而采用钢管节，能大大降低管节的重量至47t，且可以分块制作和运输，便于运输和吊装，但成型隧道刚度较差，综合考虑本工程采用钢-砼复合管节（钢管节+混凝土内衬），外径为9.9m×8.7m，壁厚为525mm（钢管节400mm厚，内衬125mm厚），顶管施工阶段为钢管节，待钢管节完全贯通沉降稳定后再于内部现浇钢筋砼形成复合管节。钢管节分为两个C型块，运输至在现场后拼接成环，纵缝内外侧均采用焊接方式连接，环缝为承插口接头。

3 管节拼装平台设计

站台层顶管管节两个C型块在工厂加工好后运至现场进行拼装焊接成环，由于顶管隧道对受力以及防渗漏有着极高的要求，因此需保证管节现场拼装的精度和平整度。为此本工程设计了一个钢管节拼装平台，该平台由钢平台、导向底支承、地坦克、电液推杆、电控箱及安全护栏组成。拼装时先将第一块C形块安装固定在一侧，并由导向底支承固定牢靠;接着安放另一块C形块，使用电液推杆及地坦克进行姿态微调，并结合辅助水平和高程测量仪器，能保证两段管节拼装精度的要求，拼装完成后，在平台上完成焊接。

3.1 拼装平台各部分组成

1）钢平台

拼装平台平面尺寸为11.6m×11.6m，由上、下两层组成，详见图5。

下层由3根钢梁组成，钢梁为安装在预埋基础埋件上的工字形梁（工字钢32a，材质Q235B，并经局部加强），预埋基础埋件间距为1.0m，单根支承梁设12个预埋基础埋件（支承板厚度25mm，锚栓直径20，材质均为Q345B），钢梁之间的间距为4.75m。钢梁与埋件之间采用螺栓、压板固定，其安装的平整度可通过预埋件、钢梁之间加设垫板进行调整，预埋件及钢梁详见图6。

上层平台由4件支承平台板组成，为同一规格，可互换，每件支撑平台板由顶部钢板（厚度20mm，材质Q345B）、支承梁（槽钢32a，材质Q235B）、劲板（厚度12mm，材质Q235B）组成。为便于与相邻构件之间的连接，设有燕尾卡槽，各件之间可互换，详见图7。

2）电液推杆

电液推杆是机电液一体化的新型传动机构，它以液压缸、油泵、电动机、油箱、液压控制阀组合而成。电动机、油泵、液压控制阀和液压缸安装在同一轴线上，接通电机的控制电源，通过电机正反转，使液压油经过双向齿轮油泵输出压力油，以液压控制阀将压力油送至工作油缸，实现活塞杆的往复运动。

3）地坦克

重心低，操作安全，适合于重物器具的搬运工作。钢平台上的地坦克采用钢轮型材料的滚轮，不易损坏。在旋转盘与机体之间采用了平面推力轴承，360度可旋转。该地坦克每个可以支撑移动二十吨的设备。多个地坦克组合使用可以移动重达上百吨的大型设备，该地坦克使用方便，省时省力，可隔断钢管节与平台的接触。

4）导向底支承

支承和限制运动部件按给定的运动规律要求和运动方向直线回转运动，底部导轨内安装调节螺栓，导向精度高，刚性好。能有效固定钢管节。两端上侧分别安装三个导向滚轮，能起到定位准确、导向准确、承受一定的侧向压力，并具有一定的强度，耐磨性。

3.2 钢管节拼装

管节拼装焊接质量直接关系到管节成环质量甚至顶管隧道的成型质量，所以要做好充足准备，完善质量保证措施，然后严格按照施工方案步骤进行操作，钢管节拼装施工步骤如下：

1）在未放置管节前，采用油漆或其他材料将管节在平台上的位置标记正确，以便吊装管节大致位置正确，防止调整度过大。

2）使用吊具将管节平稳放置。利用直尺测量管节两端距离，保持管节两端平行。

3）打开操作台控制箱电源开关、观察操作台上指示灯是否点亮。

4）将管节吊放置平台上，套入导向支承内。利用万象地坦克，调节位置，导向底支承具有导向作用，底部地坦克具有自动回位功能，可就地旋转。

5）观察管节就位情况，先启动管节位置正确的电液推杆，慢慢推进，抵位管节，使其平稳不走型。

6）对于管节面位置有偏差的，先调整最近的推杆，差不多位置时，再调节有空隙的电液推杆，或同时推进，直至管节面平整无错口。

7）钢管节对接吻合后，整体进行检验。

8）检验合格后点焊，最后整体焊接。

3.3 管节防变形措施焊接

1）焊前控制好装配尺寸，符合焊前尺寸检验数据。

2）各焊缝间隙控制在1mm以内，局部最大间隙不超过2mm，可以有效减少焊缝收缩变形。

3）焊前进行加固支撑，外圈板拼缝处用一定数量的定位马板进行加固和定位。

4）整体施焊前进行加固焊，并检查加固焊的焊接质量。

5）严格控制整体施焊的焊接电流、电压和焊接速度。

6）根据壳体形状和焊缝位置，合理分配焊工数量、焊位，原则上同一条焊缝应有2名焊工同时同序同速进行施焊。

7）整體施焊过程中必须有1次以上的尺寸检查，随时观察变形情况，并随时进行焊工焊位焊序的调整。

8）焊后8小时之后进行尺寸检查，根据情况调整支撑、马板的拆除顺序，并进行焊接质量检查。

9）如需焊后整形，可以使用机械外力加火攻等方法进行局部整形，前提必须是壳体在自由状态下进行。

10）为防止起吊和运输过程中的二次变形，起吊时注意吊装位置，必要时可进行加固支撑。

4 结束语

本工程中钢管节拼装平台的设计应用，为钢管节现场拼装焊接提供了一个良好的施工操作环境，拼装平台操作简单、定位精确、固定牢靠，大大降低了钢管节现场拼装的难度，也能很好的保证管节拼装的精度和平整度，从而保证了国内首次顶管法地铁车站的成型质量，为以后国内更多类似工程提供一个不错的借鉴方案。