地铁盾构机吊装技术优化分析

李勇波， 刘 露， 张 岩

(1. 中交二航局成都城市建设工程有限公司， 四川成都 610000；2. 中交第二航务工程局有限公司工程装备分公司， 湖北武汉 430000)

何聪等[1]依托国内自主研制的φ12.14 m最大土压平衡盾构机项目，设计了由上翻架和下翻架组成的主驱动吊装工装。邵明月和陈勇华[2]针对某长江公路隧道工程超大直径盾构机现场组装技术重难点进行分析，通过方案比选、技术论证等手段，明确组织分工，优化吊装工艺，合理进行机具选型。李超峰[3]以成都地铁6号线土建3标建设项目为例，研究地铁盾构机吊装施工的准备工作和吊装设备及吊具的选择，并进一步探讨了安全施工措施。王飞等[4]针对在有限场地不能满足施作吊装设备基础条件的情况，分析采用均衡载板作为整体吊装设备基础施工的安全性。杜鹏等[5]针对盾构机单件重量大，吊装风险高特点，从盾构吊装设备选型入手，以理论研究为依托，分析吊装设备选型计算及吊装施工关键控制点，进而保障了盾构吊装施工安全。本文以福州滨海快线盾构机吊装为背景，对吊装半径、履带吊吊装设备的选择、吊装场地冲切承载力进行了探讨。

1 工程概况

中间风井(滨海新城站—机场站区间)外包尺寸为32 m×50.8 m，开挖深度25.4 m。围护结构采用厚100 cm地下连续墙，插入比为1.03。桩顶施作冠梁，将所有围护桩连接成一个整体。基坑开挖范围内的土层从上到下依次是：素填土、粉细砂、(泥质)粉细砂、(含泥)粉细砂。

滨海新城站—机场站区间采用4台直径8.6 m复合式泥水平衡盾构机掘进，因滨海新城站、机场站场地均不具备始发条件，而泥水盾构设备总长约为110 m，中间风井长度仅50.8 m，无法满足泥水盾构正常始发的需要，故4台泥水盾构均从中间风井分体始发。

2 吊装设备及吊具选择

滨海新城站—中间风井区间隧道盾构机选型参照中交天和183#、184#盾构机。由于该盾构机尺寸大，重量重，盾构机需要分件吊装。单件最重设备以最大重量(驱动)为参照：m=135 t；几何尺寸为：6 060 mm×3 429 mm×5 310 mm。经过对徐工XGC300、中联QYU450、徐工XGC400-I吊装设备计算核算，在满足可行性和成本最小化的前提，选择中联QUY350作为本次盾构吊装的设备。

2.1 吊装作业半径计算

根据QUY350履带式起重机外形尺寸及现场施工场地实际测量，作业半径计算如下：

R=R1+L1+L2+L3+L4

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

(1)

式中，吊车回转中心距履带外边缘R1=4.2 m，履带吊外边缘至井口边缘距离L1=4.5 m,主驱动尺寸的一半为L2=1.505 m,盾构吊装过程中考虑构件与主体结构之间安全距离为L3=0.5 m,预留刀盘位置：L4=1 m。作业半径本文取R=12 m。

2.2 吊装重量计算

驱动吊装实际重量G：

G=K×m+g+g1=1.1×135+5.7+1=155.2 t

(2)

式中:K为动载系数，取1.1；g为吊钩重量，取5.7 t；g1为索卡具重量，取1 t。

2.3 起重机配置及吊装起重量核算

选择超起配重幅度11 m，主臂30 m，副臂7.5 m，后配重85 t，车身压重50 t，副臂安装角度15 °，超起配重110 t。工作半径R=12 m时，起吊重量为220 t，满足起重吊装要求。

3 盾构机吊装场地地基承载力验算

3.1 履带受力计算

地面载荷按中联QUY350计算选择最吊装大重量部件时所承受的最大载荷计算。

主机质量：189 t；车身压重：50 t；后配重：85 t；超起配重110 t；驱动：135 t；吊钩、索卡：6.7 t；合计：575.7 t。

靠近基坑侧履带为前履带，履带吊履带长度为8.76 m，履带中心宽度7.2 m，履带宽1.2 m。吊臂工作半径为12 m，吊车重心距前履带中心距离为3.6 m，吊点距前履带中心距离为12 m-3.6 m=8.4 m，配重距后履带中心距离为2.575 m，超起配重距后履带中心距离为7.4 m。设后履带中心承受荷载为R1，前履带中心为R2。

图1 吊车基础承载力计算图(单位：m)

对作用点R1、R2分别求弯矩可得：

R1=2.77×103kN

(3)

R2=3.12×103kN

(4)

3.2 混凝土板冲切承载力验算

350 t履带吊需要场地尺寸为10 m×32 m装场地范围均浇筑30 cm厚C35钢筋混凝土。

根据GB 5001-2010《混凝土结构设计规范》，在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的板的受冲切承载力应符合下列规定：

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为局部荷载设计值或集中反力设计值(kN)；βh为截面高度影响系数;当h不大于800 mm时，取βh为1.0；σpc,m为计算截面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值，σpc,m=1 N/mm2；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值(kPa),C35混凝土取1.57×103kPa;μm为计算截面的周长，取距离局部荷载或集中反力作用面积周长h0/2处板垂直截面最不利周长；h0为截面有效高度，为0.275 m；βs为局部荷载或集中反力作用面积为矩形的长边与短边的比值，本文取8；αs为柱位置影响系数：αs=30。

由式(5)可得：

R2≤(0.7×1×1570+0.25×1000)×

0.55×23.4×0.275=4774.45 kN

结果验算符合要求。

3.3 钢筋配置

根据GB 5001-2010《混凝土结构设计规范》，受压构件纵向全部采用强度等级400 MPa的钢筋，最小配筋百分率为0.55 %。

本文纵向钢筋下部采用φ18@200，上部采用φ16@200；横向钢筋上下都采用φ16@200；

=0.71%>0.55%

(8)

钢筋配置满足规范要求。

4 注意事项

(1)对于盾构机吊装履带吊选型时，应考虑盾构吊装场地布置情况、龙门吊走道梁布置高度、盾构机运送过来时的吊装站位。

(2)应对盾构机分件吊装中的每个构件进行吊装验算，确保盾构机选型的精确性。

(3)特别注意履带吊在回转，升降臂时的工况。

5 结束语

本文对盾构机分件吊装重量和工作半径进行了计算，根据计算结果进行履带吊吊装设备的选择、吊装场地冲切承载力计算探讨。盾构机吊装施工在满足可行性及安全性的前提下，控制了吊装施工的成本，可为类似工程提供借鉴。