成形隧道上方盾构机出井吊装对隧道的影响

李增业

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

目前已有众多学者针对盾构机出井吊装对工作井结构、盾构隧道结构的影响进行研究，此研究亦成为近年来的热点。本文采用常规的受力变形分析，对盾构机出井吊装时，起重设备站位在成形隧道上方进行吊装作业的工况进行分析，通过成形隧道变形监测数据整理，浅析盾构机出井吊装对成形隧道产生的影响。

1 概述

1.1 项目概况

上海市江浦路越江隧道新建工程衬砌为单层预制钢筋混凝土管片，外径11 360 mm，内径10 400 mm，管片厚480 mm、宽1 500 mm。隧道内部结构采用预制与现浇相结合的结构形式，其中，口字件、车道板、防撞墙为预制结构，牛腿、压重混凝土为现浇结构（图1）。

图1 隧道断面示意

盾构隧道分东、西两线。东线长785.166 m，采用φ11 580 mm小松泥水平衡盾构机掘进；西线长781 m，采用φ11 630 mm铁建重工气垫式泥水平衡盾构机掘进。

2台盾构机均从浦东工作井始发，在浦西工作井接收。浦西工作井周边环境较为复杂，施工场地狭小，盾构机出井吊装时，吊机需站位于成形隧道上方。盾构机吊装采用起重能力为400 t的徐工履带吊（图2）。

图2 履带吊站位示意

1.2 成形隧道受力分析的必要性

在盾构机出井吊装施工中，一般会避免在成形隧道上方进行吊装，而是选择在工作井的边侧进行作业，尽量避免或减小对成形隧道的影响。目前城市内的隧道工程越来越多，不可避免地会受到场地因素的限制，必须在成形隧道上方进行盾构机出井吊装作业。本文中受力分析均根据履带吊受力最不利条件下的工况进行计算。

2 履带吊及其站位区域场地概况

2.1 履带吊站位区域地面加固情况

吊车行走和作业区域的场地必须平整（要求吊装区域地面平整度≤0.5%）、坚实。主吊车作业区域为工作井的加固区域，地面已完成厚40 cm的混凝土施工。

地下连续墙及冠梁与吊车地面基本平齐，满足吊车行走和吊装需要。吊装现场地面处理及布置需充分考虑履带吊组装及配重的运输拆装、刀盘分割、存放装车、刀盘整体翻身、主驱动组件翻身及拼装机翻身上井的需求。

2.2 履带吊荷载

地面载荷按400 t履带吊装载最大质量部件时所承受的最大载荷计算。起吊时地基承载力验算（按最大件盾构机刀盘组件质量150 t计算）：主机质量218 t、车身配重20 t、转台配重110 t、超起悬挂配重230 t、刀盘质量150 t，合计为728 t（即7 280 kN）。根据加固土取芯报告，加固土的无侧限抗压强度均大于1 MPa，此处按1 MPa计算。地面为厚40 cm钢筋混凝土结构。

3 最不利工况管片受力分析

3.1 最不利工况分析

刀盘起吊时履带吊作业半径最大，起重量最大（图3），此时履带吊整体受力最大。

图3 履带吊受力分析

3.2 硬地坪承载力计算

为安全起见，本次计算最不利工况按单条履带承受总重一半荷载的1.2倍计算。同时考虑活载系数1.4，单条履带最大受荷为6 115 kN。按此最不利情况验算厚400 mm硬地坪抗冲切承载能力。根据现场实际硬地坪配筋、混凝土强度、混凝土厚度，按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》进行计算，结果显示，受冲切截面满足荷载承载要求。为安全起见，对于徐工400 t履带吊，其每条履带下方分别加垫5个6 000 mm×2 200 mm×40 mm的路基箱以进一步分散荷载，避免地坪集中受力。

3.3 地基土承载力验算

单条履带下路基箱面积为6×2.2×5＝66（m2），考虑单条履带最不利荷载为6 115 kN，按均布荷载6 115÷66≈92.7（kPa）考虑。根据加固土取芯报告，加固土的无侧限抗压强度均大于1 MPa，此处按1 MPa计算。考虑最不利工况时，地基土均布荷载为92.7 kPa＜1 MPa。加固土抗压能力满足要求。

根据地基承载力报告，承载力约为140 kN/m2，即140 kPa。考虑最不利工况时单条履带受力，地基土均布荷载为92.7 kPa＜140 kPa，地基承载力亦能满足要求。

3.4 地基土下部软土承载力计算

地基土下部存在软弱④层土，结合地勘报告数据，经计算，软弱下卧层承载力满足要求。

3.5 加固土下卧管片受力验算

采用圆环管片受力分析软件进行核算，结果如下：

1）弯矩验算：弯矩设计允许值为451.6 kN·m，验算值为423.41 kN·m，满足要求。

2）轴力验算：轴力设计允许值为2 041.6 kN，验算值为2 191.2 kN。计算时所选模型为通缝管片模型，本工程中管片为错缝拼装，设计值取1.3倍系数，故2 191.2 kN＜2 041.6 kN×1.3＝2 654.08 kN。满足要求。

3）位移验算：位移设计允许值为－22.7 mm，验算值为－20.66 mm，满足要求。

4 分析结果验证

为确保施工过程中的绝对安全，在理论分析后又进行了实测验证。实测验证主要针对管片变形方面进行实测实量，实测实量根据吊装前、后进行分析。实测数据如表1、表2所示。根据实测验证，管片横向、纵向变形均在设计允许范围内。

表1 隧道管片横向收敛值

表2 隧道管片纵向收敛值

5 结语

依托上海市江浦路越江隧道新建工程盾构上井吊装实例，根据此项目实施前的验算和实施前后及实施过程中的收敛监测情况，可知成形隧道管片的变形量满足设计及规范要求，但因变形量数值较大，施工过程中还应增加监测频率。后续工程可按此方法对成形隧道进行变形分析，在施工过程中加强监测，避免对成形隧道造成不良影响，影响结构安全。