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异形高低差工作井内盾构机下井吊装施工技术要点分析

姜懿

上海隧道工程有限公司  200032

摘要：隧道施工是城市网络交通通行保障中的重要的一部分，而盾构机作为一种安全且有时效性的隧道掘进机械，在隧道推进种中得到了大范围的应用。由于上海市城市道路中心受各方面外部条件的制约，在市区的作业环境下基本采用上下层隧道设计，因此盾构机在南、北两个工作井先后下井吊装时存在高差，本文旨在探讨隧道项目中盾构设备下井吊装施工的技术要点，为相关工程提供参考。

关键词：GPST隧道施工项目，钢平台，盾构机下井吊装。

1工程概述

1.1项目总体情况

龙水南路越江隧道新建工程盾构机工作井位于浦东前滩公园内，工程分南、北两线，北线盾构推进至海阳西路耀龙路交叉口，全长1781m；南线至浦东新区高青西路耀龙路交叉口，全长2331m。隧道共设4座工作井，分别为浦西4号接收井、浦东1号工作井、浦东2号接收井及浦东3号接收井。在1号工作井以西，采用14.27m外径单管双层盾构越江，在1号工作井以东，转两个11.67外径盾构，南线接高青西路，北线接海阳西路。

浦东段盾构掘进长度分别为460米和280米，先安装南侧端头（460米段），盾构机始发后推进至2号接收井拆机，转场后返回始发井安装，推进北段（280米）至3号井接收。

图1 龙水南路浦东南、北线隧道平面图

1.2浦东南北线盾构吊装主要难点及解决思路

由于进入14m过江段圆隧道为上下层设计，在浦东1号工作井内，14m圆隧道转换为2条上下错层的11m圆隧道，由于1号井底板存在三段高低差，盾构车架及井下水平运输车辆无法直接行走在底板上，上述工况对南北双线11m圆隧道盾构机及车架安装造成困难。

图2 浦东1号井平面示意图

图3 浦东1号井纵剖面示意图

图4 浦东南、北线盾构高低差始发横断面示意图

为解决异形工作井（高低差）带来的影响，满足盾构安装及井下水平运输车辆通行的需要，在存在高低差的区域安装钢平台。钢平台总长约95m（盾构车架及后配套长度），最高3.6m，钢平台主体框架采用H型钢、工字钢、槽钢及钢板现场加工制作。本工程拟先推进深度较深的南线隧道，后推进北线隧道，因此在南线隧道推进完成后，可先完成始发井内部分结构板，在结构板上再进行北线盾构的安装工作。

图5 南线始发钢平台纵剖面示意图

图6 北线始发钢平台纵剖面示意图

2钢平台结构设计及安装

因钢结构较于混凝土结构有自身强度高，重较轻轻，拆卸方便，可重复利用，施工周期短等优点，所以选用钢结构平台用以弥补车架段的高低差，用以安装车架及后续车架行走及井下运输车辆行走。钢平台主体框架采用H型钢制作，每1.5m设置一品框架，框架之间用型钢相连接，钢平台柱子与底板通过植筋塞焊的方式连接，焊接完成后并用水泥进行包裹。

图7 始发钢平台单榀横剖面示意图

图8 始发钢平台单榀纵剖面示意图

车架按最重32t，单边车架按8个轮子考虑，单个车架轮子4t受力考虑，双头车自重35t，最大载重70t，双头车暂时按20个轮子考虑，单个轮子受力5.25t。按1.3恒载，1.5动载系数考虑。经验算钢平台构件最大位移5.254mm＜1500/250=6mm，满足扰度要求。

图9 始发钢平台位移验算

3钢平台上盾构吊装技术要点

3.1吊装前准备

在盾构机下井吊装施工前，需要进行吊装作业前的准备工作。首先，需要对施工现场进行勘察，了解现场的地形地貌、地质条件、水文情况等，以便确定合适的吊装方案。同时，还需要对吊装设备进行检查和调试，确保其性能良好、安全可靠。此外，还需要对施工人员进行专项的培训和安全技术交底，确保他们充分熟悉现场的情况和施工的步序。

盾构机下井吊装施工方法的选择需要根据施工现场的具体情况来确定。一般来说，常用的吊装施工方法有：竖井吊装法和水平吊装法。

竖井吊装法是指将盾构机通过竖井的方法来下井吊装。在施工作业面的区域先挖出一个竖井，并在井口的位置放置支架，将盾构机通过绳索和滑轮组挂在支架上，确保滑轮组及绳索的安全可靠后，再通过提升设备将机器吊到到竖井里。这个施工工法的优点是操作简单、安全性较高，适用于大部分井下作业。不过，由于需要先挖一个竖井，对于作业面周边的环境有较大的较大，不宜在城市中心范围内作业。

水平吊装法是指将盾构机通过水平运输的方式进行下井吊装。在施工作业面铺设一条水平的交通运输轨道，并将盾构机放到轨道，通过牵引设备将盾构机沿着轨道逐步移动到竖井口的位置。然后，使用吊装设备将盾构机竖立起来，并将他下放到竖井中。这个工法的优点是可以不用挖掘竖井，对作业周边的环境影响不大，适用于市中心等作业空间不大的地区施工。但是，由于需要铺设运输的轨道和配备牵引设施，作业难度较大，需要现场安排合理。

结合现场实际情况及考虑到安全性，本项目采用竖井法吊装。

3.2吊装施工技术要点

在盾构机下井吊装施工过程中，需要确定合理的吊点位置。一般来说，盾构机的重心位置是确定的，所以在考虑吊装机械的承载力的同时，还需要根据盾构机本身的大小来最终选择合理的吊点，以确保在吊装过程中不会发生安全生产事故。

在盾构机下井吊装施工过程中，首当其中的是保证所有作业人员的安全。施工作业人员必须听从指挥，按照事先的交底内容施工，同时必须牢记安全操作规程和相应的规范，自身佩戴好劳防用品。同时，现场应该指派专员 对整个吊装作业进行指挥和监控，在作业过程中如果发现安全隐患 ，应当及时发现并处理。

在盾构机起吊的过程时，必须掌握好稳定性和起吊速度。起吊速度应当缓慢，以免对吊装设备造成过大的晃动和对盾构机本身造成碰撞。此外，应当采取措施确保盾构机的平稳下降，防止起吊过程中出现晃动或倾斜的情况。

车架安装完毕后利用双头车及土箱做试跑实验，在不断向土箱内增加重量，控制荷载，模拟各种荷载情况下钢平台实际稳定性，直至达到满荷载情况下的工况。根据试操作的情况结果，对局部变形比较大的地方增加肋板进行补加固。在正式作业前时对钢平台进行日常的巡视，做好相应记录，保证钢平台结构不发生破坏和失稳。

3.3主要吊装流程

工作井中在盾构始发胎架上做好准备工作。400t履带吊进场并行驶到工作井边，完成吊机本体的组装。刀盘部件、拼装机部件同时间运输到作业点，放置在工作井旁，将整圆器车架下井，放在暗埋段内，并在地面完成刀盘本体和拼装机本体的拼接安装工作。将螺旋机后半部拖入暗埋段内临时放在A环2、B环3吊装入井，调整好相应位置后进行拼装并安装止转装置将牵引梁、步廊等车架与主机的连接部件吊下井，将主驱动、驱动电机吊装入井并进行组装。将A环1、B环2、B环4吊装入井，调整位置后进行拼装并安装止转装置。将B环1，B环5吊装入井并进行拼装。将A环1吊装入井并进行拼装。将刀盘整体吊下井并进行组装。将下部盾尾、拼装机、拼装平台依次吊装入井并进行拼装。将螺旋机从暗埋段中拉出，吊装螺旋机。将后拼装平台、上部盾尾依次吊装入井并进行组装。搭设满堂脚手架，个盾构的焊接和盾尾整形提供作业平台。按要求焊接全部扇块、盾尾拼缝。割除刀盘、扇块、盾尾外周所有吊耳并打磨平整。

图10履带吊吊装盾体A环2#下井

图11吊装盾体B环3#下井

图12主驱动吊装下井

图13吊装盾体B环2#下井

图14履带吊吊装盾体B环4#下井

3.2后配套车架吊装流程

车架依次按照整圆车架、1#、2#、3#、4#、5#、6#的顺序运输进入现场。井下铺设车架行走轨道。利用场地行车，从场地上吊装口将牵引梁和皮带机斜段等吊装下井，随后前移就位

4.利用工作井现有的行车，将整圆车架下半部吊装入井，随后将上半部吊装入井，组装完成后向前移动停在指定位置。利用场地行车，从场地上吊装口将车架左半侧、右半侧、上部连接处依次下井，井下拼装车架。车架拼接装完成后，利用卷扬机将车架前移就位。重复以上步骤，直到6节车架全部吊装下井并完成连接安装。盾构部件吊装施工技术。施工用大型起重设备外形及技术参数及钢丝绳配置

3.3主吊设备

大件设备主吊机械：400t带超起履带起重机（负责盾构机刀盘拼装、刀盘翻身、吊装、盾体分块、主驱动、拼装机、盾尾等吊装）

超起主要使用工况：42m主臂；超起桅杆30m；上车配重120t；中心配重40t；吊钩400t级。超起配重范围0t~240t。（超起半径工作范围9m~15m）

吊钩选用400t级，重量6t。

图15 400T履带吊外形尺寸图

4盾构吊装安全和质量保障措施

开工前，施工技术人员应认真做好图纸资料会审，总工程师协同安全总监编制施工方案，对作业人员进行细致的安全技术交底，同时在会议室模拟演练整个操作过程。施工的作业时，现场必须安全一个总指挥长，对运输，上扣，转向，吊装，下放等全过程进行统筹协调，现场作业人员应听从指挥，按照事先的交底内容进行作业，同时必须遵守安全技术交底的要求操作，每个施工工序安排专人记录并形成施工日志，对容易老化、磨损的配件加强巡检次数，发现不达标准的材料设施进行更换，指挥人员、电焊工等应必须持证作业。施工作业前应当开具吊装令及动火证，配备灭火器，现场设置专职安全员，在施工过程种对整个现场进行巡逻，及时发现安全隐患，开具整改通知单，作业班组加强质量等重要环节的管理，吊装作业半径范围内严禁站人。由于地处市中心位置，作业过程中必须保证现场的文明施工满足相应要求，焊接作业完成后清理焊渣、按要求相应要求进行防腐措施。技术人员需对现场的作业过程进行监管，施工做到技术先行，通过技术的合理规划，在保证安全的情况下提高施工效率及施工质量。放样员在施工前应对现场进行二次复核，确保施工的安全。测量放样资料由技术主管审阅后签字才可以批准施工。施工作业完成后，应当建立起工程质量档案，确保竣工文件的完整性。

结束语：

通过本文的探讨，我们可以了解到隧道施工项目中盾构机下井吊装施工的安全和技术要点包括诸多方面。在现场的操作吊装过程中，必须配备现场总指挥，同时按照交底内容进行作业，保障安全的同时也提高了施工的质量。同时，随着科技的不断进步，盾构机下井吊装施工技术也将不断发展和完善，为隧道施工提供更加有效、安全的保障。

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