SPMT门架系统在盾构吊运中的应用探索

李 斌

上海申通地铁集团有限公司 上海 200000

在城市轨道交通施工过程中，盾构机吊装孔不可避免的设置在有限高要求或场地狭小区域，特别是针对不同等级架空高压线、飞机航线等，导致采用常规吊装工艺无法完成盾构机吊装出井作业，本文以上海轨道交通15号线铜川路站南端头井毗邻220KV高压走廊盾构机吊装退场为例，介绍了一种新工艺——SPMT门架吊运系统吊装盾构机的吊装工艺。

1 工程概况

根据本工程施工总体筹划，梅岭北路站北端头作为梅岭北路站～铜川路站区间隧道盾构始发井，铜川路站南端头作为盾构接收井，而铜川路站位于大渡河路与铜川路交叉路口，与14号线呈T字型交叉，其中14号线沿铜川路道路下方呈东西向布置，为地下二层站；15号线沿大渡河路道路正下方呈南北方向布置，为地下三层站。

15号线铜川路站南端因管线回迁及道路翻改等需要仅保留东侧盾构机吊装工作井，该吊装孔毗邻220KV高压走廊，经现场实测220KV高压线距地面21m，距离上行线盾构吊装孔中心约12.7m，因220KV高压线保护需要（任何起重机械高度进入架空电力线6m保护区内，要求水平安全保护距离不得小于15m），致使在220KV高压线保护范围内，盾构不具备采用常规吊装工艺吊装出井的条件。

2 盾构吊装方案确定

针对铜川路站南端头井毗邻220KV高压线下盾构机吊装，我们结合施工经验、现场实际情况及走访调查，并对300t履带吊盾构吊装方案、100t履带吊盾构完全解体吊装方案、100t履带吊盾构完全解体吊装方案、SMPT门式系统吊装方案共计4种吊装方案进行了可行性分析，其中100t履带吊盾构完全解体吊装方案与SMPT门式系统吊装方案能满足吊装要求在施工现场进行实施。

我们针对施工现场能够实施的“100t履带吊盾构完全解体吊装方案”与“SMPT门式系统吊装方案”两种方案从工期、经济及安全等方面进行了综合评比，其分析结果如下：SMPT门架系统吊装方案不论从技术、工期、费用等方面均优于盾构机完全解体吊装方案，有利于总体投资控制，预计节省工期超过2个月，铜川路站盾构机快速吊装出井为轨道交通14号线、15号线总体工期策划提供可靠保障。综合，在本工程特殊工况条件下SMPT门架系统吊装方案更为合理，故本工程最终确定采用“SMPT门架系统吊装方案”。

3 施工工艺

编制SPMT门架吊运系统吊装盾构机施工方案→基础梁设计及施工→安装模板车→安装立柱→安装横梁→安装提升装置→调试提升架→穿钢索、装下锚头及穿钢索→挂钩、钢索预紧→试吊及试吊过程检查→正式吊装提升→行走装车。

盾构机吊装模拟效果图

4 方案实施

4.1 基础梁设计与施工

盾构吊装作业场地要求：（1）平整结实耐压能力需达到5.19t/m2；（2）提前施工SMPT门架基础梁，满足吊装盾构期间SMPT门架行走需要。

基础梁作为盾构机吊装及SPMT门架系统横向行走的主要承载结构，需要在吊装前根据盾构机吊装工作井结构形式及尺寸、吊装环境状况、交通情况、盾构机在地面的拆卸与装车位置等综合确定，其长度不得小于SPMT模块车长度，SPMT行走所需的基础梁一般设计为“T”型结构，在车站顶板施工前，请车站土建结构设计单位根据吊装荷载（盾构机最重部件+SPMT设备自重）确认基础梁配筋，以便随着顶板结构施工提前完成钢筋预埋等工作。车站施工盾构施工单位按照设计单位提供的设计方案施工基础梁。

4.2 安拆所需机具

SPM门架吊运设备主要由动力头、模板车、门架、纵横梁、液压提升装置，其中横梁重为17t，根据施工工机具重量尺寸及门架吊运系统组装需求，此次施工主要采用130t汽车吊进行设备组装施工。液压提升装置吊装高度达到了14m,最重件横梁重17t，根据130t汽车吊性能表工作幅度控制在10m以内可满足工机具卸车、设备组装。

4.3 组装与调试

（1）模板车及动力头安装：130t汽车吊提前到达指定位置站位，做好吊装卸车准备工作，装载模板车的平板车到达场内卸车指定位置，采用汽车吊将动力头+模板车卸车到指定组装位置，通过连接SPMT模块车的油管、插销拼装完成2台（1PPU+8×2）轴线模块车组装，组装完成后SPMT进行电器标定，确保电器可行，SPMT车组进行调试验收，确保SPMT性能良好投入使用，同时在SPMT上布置防滑胶皮。

（2）立柱的安装固定：模板车+动力头调试完成后，将2.43米钢板焊接到圆筒底部，在圆筒与钢板之间均布焊接8块限位钢板。而后使用汽车吊依次进行门架第一节立柱进行吊装安装至SPMT车板指定位置。最后将SPMT车板通过焊接钢板与圆筒底部钢板进行限位焊接。整个安装过程中，使用扳手将立柱与立柱之间的连接螺栓紧固。每列SPMT车组立柱间距5.6m。调整两列SPMT车组横向中心距为16430mm，车板内空为14000mm。

（3）纵、横梁及劳辛格油缸安装：使用吊机进行门架纵梁进行吊装。吊装16.6m横梁至圆筒第二节顶部，调整好横梁位置后，并将第二节圆筒顶部过渡钢板与横梁焊接固定；然后将SPMT门架拉杆、吊耳进行吊装配焊；横梁焊接好后，在横梁上布置4条28#槽钢，槽钢中心对称焊接在横梁上，每条槽钢里面布置4个重物移动器，重物移动器上垫好胶皮，在胶皮上面架4条纵梁（纵梁中心距为活动的，可以通过重物移动器在槽钢内滑动，纵梁下两个重物移动器一个点），在双梁上表面布置4条油缸座梁，并在油缸座梁上布置一台劳辛格油缸。

（4）穿钢索及劳辛格接油管调试：劳辛格油缸布置好后，进行穿钢索；在纵梁上采用架子管布置劳辛格导向架，搭设导向架需要6m长架子管12条，4m长架子管20条，2.5m长架子管30条，扣件一批；劳辛格接油管调试：穿好钢索之后分别连接穿入下锚头，并挂入4条钢丝绳，在其中2个锚头挂入4条86mm×4m钢丝绳，在另2个锚头上挂上2条65mm×1.7m钢丝绳用于盾体翻身，锚头销上装上钢丝绳限位。吊装系统组装完成后，空载试验起升和下井，待一切正常后，将SPMT行驶到盾构机出井口两侧，操作劳辛格，将吊装钢丝绳下降至井下。

4.4 盾构吊装出井

（1）刀盘出井：刀盘尺寸φ6760mm×1545mm重37t。拆机人员将刀盘推出洞口，为刀盘焊接吊耳。下井劳辛格，2条65mm×1.7m钢丝绳连接2个35t卡环，然后将2个55t卡环分别连接到刀盘已焊接好的2个吊耳上（吊耳通过了探伤检测），另外将另一个下锚头上的钢丝绳用卡环兜住刀盘底部；钢索预紧：操作劳辛格提升使钢丝绳预紧受力，用预紧器卡住钢索挂在1t手拉葫芦上，对每根钢索进行预紧，加力200-300kgf，反复多次逐根预紧，使每一根钢索均匀受力。再操作劳辛格微微起升，使钢索张紧，确认钢索的张紧度，保证每根钢索均匀受力，如有受力不均则再次对钢索进行预紧。预紧之后，操作劳辛格将刀盘整体提升（2个劳辛格侧提升慢，另一端提升快），在提升过程中，使用3t葫芦平稳拉动双梁，使刀盘在空中翻身过程中始终保持劳辛格受力垂直，直至刀盘整体平放；

（2）盾构主体出井：分为前盾、中盾、盾尾。其中，前盾尺寸为φ6770mm×3290mm，重99t；中盾尺寸为φ6760mm×3360mm，重109t，下井劳辛格，2个劳辛格侧的4条86mm×4m钢丝绳挂腰连接4个55t卡环，然后将4个55t卡环分别连接到盾体已焊接好的4个吊耳上（吊耳通过了探伤检测），另外将另一端通过65mm×1.7m和2个55t卡环连接盾体底部的一个吊耳；操作劳辛格将盾体提升（两个劳辛格端提升慢，另一端提升快），在提升过程中，使用3t葫芦平稳拉动双梁，使盾体在空中翻身过程中始终保持劳辛格受力垂直，直至盾体平放，提出井口之后装车运走。盾尾重32t，出井过程和盾体类似；

（3）螺旋机出井：螺旋机长10.88m，重20t，采用劳辛格直接将其平放提着出井，采用四个35t卡环连接吊耳和钢丝绳，钢丝绳采用4条28mm×2m钢丝绳。

4.5 后配套设备出井

（1）台车出井：后配套台车长度均为8m，小于井口尺寸，直接采用两条32mm×4m钢丝绳要挂在锚头的大销上，另外再同样也用两条32mm×4m的钢丝绳挂在另外一端的锚头的大销上，用4个35t卡环连接台车的4个吊耳。同步提升两台劳辛格，保持台车在起升过程中水平，直至提出井口装车。

（2）设备桥出井：设备桥长15.27m，重12t，由于其尺寸大于井口11.5m尺寸，因此采用劳辛格打斜出井方式，直接采用两条2条32mm×4m钢丝绳要挂在销轴上，另外用2个17t卡环连接设备桥一端的2个吊耳，另一端端用两条32mm×4钢丝绳挂在锚头销上，然后用两个17t卡环连接设备桥另外2个吊耳。操作提升劳辛格，单锚头端先不起，打斜至设备桥尺寸比井口尺寸小时（控制劳辛格提升速度和用葫芦调节6m双梁位置），再同步提升两台劳辛格，直至设备桥提出井口，提出井口之后再用葫芦调整6m双梁位置，使设备桥平放，然后行走SPMT车本进行装车。

4.6 吊装出井装车

盾构出吊装出井之后，启动动力头，转换手柄至平移状态，操作顶升塔行走，直到预定位置后。快速完成刀盘、中盾等进行装车，装车的车板停放在SPMT内空中间，停放时，摘掉车头，装好车之后，SPMT车板行走开，然后装车车板再装上车头，行驶离开。然后将装盾体的车板倒进装车区域，同样拆掉车头，SPMT车组开到吊装区域在进行吊装。

4.7 相关计算

（1）SPMT门架吊运设备负荷率计算

以最重件中盾109t吊装出井进行计算。采用2×（PPU-103+8×4）门架吊运系统，工装重约100t，中盾重109t,该车组额定承载=16*36=576t。

（2）130t汽车吊负荷率

吊机型号徐工QY130，工况：主臂17.8m，吊装最重件横梁重约17t，吊钩+吊索具重量1t，吊装过程中最大作业半径控制在14m内，14m作业半径额定起重量20t，则130t汽车吊机负荷率为：η2=(17+1)/20×100%=90%

（3）劳辛格负荷率

中盾吊装提升开始时由尾端两劳辛格受力，所受载荷为20条钢索+2锚头+4条钢丝绳+盾体，吊具重约5t,吊装中盾及吊具总重量5+109t=114t，2台劳辛格提升能力700t。

则劳辛格负荷率=114t÷700t=16.28%。

中盾吊装翻身过程尾端劳辛格受载荷逐渐减小，前端劳辛格受载荷逐渐增加，中盾吊装翻身完毕后由4台劳辛格受力负荷率约为（114t+5t）÷1400t=8.50%。

（4）钢索负荷率

两台劳辛格单独提升时钢索负荷率最大，1台劳辛格10条钢索，按每条钢索最大提升能力10t计算,共计20条钢索受力，此时尾端钢索负荷率为（109+5）÷200=57.00%

翻身完成后钢索负荷率为（109+5+5）÷400=39.75%

（5）钢丝绳负荷率

5 施工效果

本次铜川路站南端头井盾构机进洞接收后，采用SPMT门架吊运系统安全顺利完成吊装退场作业，不仅规避了220KV高压线下吊装风险，同时为铜川路站南端管线回迁、道路翻交及14号线铜川路站基坑施工等争取了宝贵的时间，同时SPMT门架吊装盾构机施工工艺在上海轨道交通领域首次使用，效果较好，为类似复杂工况条件下盾构机整体或分段吊装提供了宝贵的施工经验。

SPMT门架吊运系统吊装盾构机较盾构机大解体吊装，能有效缩短盾构吊装施工工期，同时在节省施工管理费、场地使用费及盾构施工管理费和设备摊销费方面效果明显。

结束语

铜川路站南端盾构机进洞接收后，通过SPMT门架吊运系统在白天将盾构机起吊至井口，晚上装车的方式稳步推进。上行线盾构于2019年4月1日～2019年4月6日顺利完成退场，下行线盾构于2019年4月29日～2019年5月6日顺利完成退场。实践证明采用SPMT门架吊运系统吊装盾构机较为高效的解决了毗邻220KV高压电线的施工难题，破解了节点瓶颈，既保证了220KV高压线的安全、又确保了盾构吊装施工安全，又节约工期约65天，同时降低了成本，在开拓创新方面得到了较高评价，可以为以后其他盾构机吊装出井工艺的选取提供借鉴。另外，如果盾构机运输路线的路面承载力、架空线路净高、交通通行以及接收场地等如果满足要求，采用此工艺还可对盾构机整体进行吊装及运输，这样还可继续节省工期约20天。