牛恒栓

【摘 要】在上海軌道交通14號(hào)線9標(biāo)靜安寺站站臺(tái)層頂管施工中，頂管管節(jié)采用全鋼管節(jié)制作，由于管節(jié)斷面較大，給運(yùn)輸帶來較大困難，因此將每節(jié)鋼管節(jié)分成兩個(gè)C型塊，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行再拼裝焊接成整體。由于頂管隧道對受力及防滲漏有著極高的要求，因此為保證管節(jié)現(xiàn)場拼裝的精度和平整度，專門設(shè)計(jì)一個(gè)鋼管節(jié)拼裝平臺(tái)，用于鋼管節(jié)在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝焊接，本文敘述的就是拼裝平臺(tái)的制作安裝及鋼管節(jié)拼接施工中的關(guān)鍵技術(shù)，以便以后類似工程進(jìn)行借鑒。

【關(guān)鍵詞】矩形頂管;鋼管節(jié);拼裝平臺(tái);焊接

中圖分類號(hào)： U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）18-0186-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.088

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模的建設(shè)，大城市尤其超大城市中地面及地下建構(gòu)筑物越來越多越來越密集，這使得在大城市城區(qū)建造地鐵車站面臨著更為復(fù)雜的施工環(huán)境。超大城市核心區(qū)域通常是地面交通量很大、車輛擁堵、地面建構(gòu)筑物密集、各類管線錯(cuò)綜復(fù)雜、甚至地面有高架道路，導(dǎo)致施工作業(yè)空間非常有限，很多施工方法工藝將受限。要想在這樣的環(huán)境下修建地鐵車站，最常用的明挖法恐怕無以為繼，如此一來采用暗挖法不失一種很好的解決途徑。軟土環(huán)境下的盾構(gòu)法及頂管法兩種暗挖施工方法已經(jīng)非常成熟，但這兩種工藝尚未在地鐵車站施工中采用過，頂管法相對盾構(gòu)法有投資較小、占用施工空間較小、工期容易掌握的優(yōu)勢，因此頂管法非常適合城市中復(fù)雜環(huán)境下車站的非開挖施工。對于超大斷面的矩形頂管，頂管管節(jié)的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)重要內(nèi)容，頂管管節(jié)一般可分為混凝土管節(jié)和鋼管節(jié)，前者剛度較大同時(shí)重量也要大很多，不可分塊，運(yùn)輸難度較大;后者強(qiáng)度較大重量較輕且可以分塊制作然后現(xiàn)場拼接成環(huán)，這樣運(yùn)輸難度大大降低。本文所討論的就是上海軌道交通14號(hào)線9標(biāo)靜安寺站站臺(tái)層頂管鋼管節(jié)的現(xiàn)場拼接問題。

1 工程概況

靜安寺站位于華山路與延安中路交叉路口的華山路下方，沿華山路南北向布置，為地下三層島式站臺(tái)車站，與已建成通車的2號(hào)線、7號(hào)線靜安寺站形成三線換乘樞紐。站臺(tái)中心處頂板覆土約3m，底板埋深約24m，車站長度約225m，凈寬20.54m，共設(shè)6個(gè)出入口，3組風(fēng)井。車站主體沿線路方向分A、B、C三個(gè)區(qū)，其中A區(qū)、C區(qū)均采用明挖順作法實(shí)施（西側(cè)半幅蓋挖），B區(qū)采用頂管法實(shí)施。B區(qū)分為站臺(tái)層及站廳層，站臺(tái)層采用兩條長度為82m、斷面尺寸為8700×9900mm的頂管隧道連接延安路南北兩側(cè)站臺(tái)，站廳層采用一條斷面尺寸4880×9500mm、長度為82m的頂管隧道連接延安路南北兩側(cè)站廳。站臺(tái)層頂管隧道埋深15.17～15.37m，設(shè)置4條聯(lián)絡(luò)通道。站臺(tái)層兩根頂管水平間距2.0m，站臺(tái)層頂管覆土為15.2m，頂管管節(jié)外徑為9.9m×8.7m，壁厚為525mm。

2 頂管管節(jié)設(shè)計(jì)

站臺(tái)層頂管管節(jié)為矩形管節(jié)，若采用混凝土管節(jié)，每節(jié)重量較大且不宜分塊給吊裝運(yùn)輸帶來極大不便，而采用鋼管節(jié)，能大大降低管節(jié)的重量至47t，且可以分塊制作和運(yùn)輸，便于運(yùn)輸和吊裝，但成型隧道剛度較差，綜合考慮本工程采用鋼-砼復(fù)合管節(jié)（鋼管節(jié)+混凝土內(nèi)襯），外徑為9.9m×8.7m，壁厚為525mm（鋼管節(jié)400mm厚，內(nèi)襯125mm厚），頂管施工階段為鋼管節(jié)，待鋼管節(jié)完全貫通沉降穩(wěn)定后再于內(nèi)部現(xiàn)澆鋼筋砼形成復(fù)合管節(jié)。鋼管節(jié)分為兩個(gè)C型塊，運(yùn)輸至在現(xiàn)場后拼接成環(huán)，縱縫內(nèi)外側(cè)均采用焊接方式連接，環(huán)縫為承插口接頭。

3 管節(jié)拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)

站臺(tái)層頂管管節(jié)兩個(gè)C型塊在工廠加工好后運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝焊接成環(huán)，由于頂管隧道對受力以及防滲漏有著極高的要求，因此需保證管節(jié)現(xiàn)場拼裝的精度和平整度。為此本工程設(shè)計(jì)了一個(gè)鋼管節(jié)拼裝平臺(tái)，該平臺(tái)由鋼平臺(tái)、導(dǎo)向底支承、地坦克、電液推桿、電控箱及安全護(hù)欄組成。拼裝時(shí)先將第一塊C形塊安裝固定在一側(cè)，并由導(dǎo)向底支承固定牢靠;接著安放另一塊C形塊，使用電液推桿及地坦克進(jìn)行姿態(tài)微調(diào)，并結(jié)合輔助水平和高程測量儀器，能保證兩段管節(jié)拼裝精度的要求，拼裝完成后，在平臺(tái)上完成焊接。

3.1 拼裝平臺(tái)各部分組成

1）鋼平臺(tái)

拼裝平臺(tái)平面尺寸為11.6m×11.6m，由上、下兩層組成，詳見圖5。

下層由3根鋼梁組成，鋼梁為安裝在預(yù)埋基礎(chǔ)埋件上的工字形梁（工字鋼32a，材質(zhì)Q235B，并經(jīng)局部加強(qiáng)），預(yù)埋基礎(chǔ)埋件間距為1.0m，單根支承梁設(shè)12個(gè)預(yù)埋基礎(chǔ)埋件（支承板厚度25mm，錨栓直徑20，材質(zhì)均為Q345B），鋼梁之間的間距為4.75m。鋼梁與埋件之間采用螺栓、壓板固定，其安裝的平整度可通過預(yù)埋件、鋼梁之間加設(shè)墊板進(jìn)行調(diào)整，預(yù)埋件及鋼梁詳見圖6。

上層平臺(tái)由4件支承平臺(tái)板組成，為同一規(guī)格，可互換，每件支撐平臺(tái)板由頂部鋼板（厚度20mm，材質(zhì)Q345B）、支承梁（槽鋼32a，材質(zhì)Q235B）、勁板（厚度12mm，材質(zhì)Q235B）組成。為便于與相鄰構(gòu)件之間的連接，設(shè)有燕尾卡槽，各件之間可互換，詳見圖7。

2）電液推桿

電液推桿是機(jī)電液一體化的新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它以液壓缸、油泵、電動(dòng)機(jī)、油箱、液壓控制閥組合而成。電動(dòng)機(jī)、油泵、液壓控制閥和液壓缸安裝在同一軸線上，接通電機(jī)的控制電源，通過電機(jī)正反轉(zhuǎn)，使液壓油經(jīng)過雙向齒輪油泵輸出壓力油，以液壓控制閥將壓力油送至工作油缸，實(shí)現(xiàn)活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

3）地坦克

重心低，操作安全，適合于重物器具的搬運(yùn)工作。鋼平臺(tái)上的地坦克采用鋼輪型材料的滾輪，不易損壞。在旋轉(zhuǎn)盤與機(jī)體之間采用了平面推力軸承，360度可旋轉(zhuǎn)。該地坦克每個(gè)可以支撐移動(dòng)二十噸的設(shè)備。多個(gè)地坦克組合使用可以移動(dòng)重達(dá)上百噸的大型設(shè)備，該地坦克使用方便，省時(shí)省力，可隔斷鋼管節(jié)與平臺(tái)的接觸。

4）導(dǎo)向底支承

支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求和運(yùn)動(dòng)方向直線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，底部導(dǎo)軌內(nèi)安裝調(diào)節(jié)螺栓，導(dǎo)向精度高，剛性好。能有效固定鋼管節(jié)。兩端上側(cè)分別安裝三個(gè)導(dǎo)向滾輪，能起到定位準(zhǔn)確、導(dǎo)向準(zhǔn)確、承受一定的側(cè)向壓力，并具有一定的強(qiáng)度，耐磨性。

3.2 鋼管節(jié)拼裝

管節(jié)拼裝焊接質(zhì)量直接關(guān)系到管節(jié)成環(huán)質(zhì)量甚至頂管隧道的成型質(zhì)量，所以要做好充足準(zhǔn)備，完善質(zhì)量保證措施，然后嚴(yán)格按照施工方案步驟進(jìn)行操作，鋼管節(jié)拼裝施工步驟如下：

1）在未放置管節(jié)前，采用油漆或其他材料將管節(jié)在平臺(tái)上的位置標(biāo)記正確，以便吊裝管節(jié)大致位置正確，防止調(diào)整度過大。

2）使用吊具將管節(jié)平穩(wěn)放置。利用直尺測量管節(jié)兩端距離，保持管節(jié)兩端平行。

3）打開操作臺(tái)控制箱電源開關(guān)、觀察操作臺(tái)上指示燈是否點(diǎn)亮。

4）將管節(jié)吊放置平臺(tái)上，套入導(dǎo)向支承內(nèi)。利用萬象地坦克，調(diào)節(jié)位置，導(dǎo)向底支承具有導(dǎo)向作用，底部地坦克具有自動(dòng)回位功能，可就地旋轉(zhuǎn)。

5）觀察管節(jié)就位情況，先啟動(dòng)管節(jié)位置正確的電液推桿，慢慢推進(jìn)，抵位管節(jié)，使其平穩(wěn)不走型。

6）對于管節(jié)面位置有偏差的，先調(diào)整最近的推桿，差不多位置時(shí)，再調(diào)節(jié)有空隙的電液推桿，或同時(shí)推進(jìn)，直至管節(jié)面平整無錯(cuò)口。

7）鋼管節(jié)對接吻合后，整體進(jìn)行檢驗(yàn)。

8）檢驗(yàn)合格后點(diǎn)焊，最后整體焊接。

3.3 管節(jié)防變形措施焊接

1）焊前控制好裝配尺寸，符合焊前尺寸檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2）各焊縫間隙控制在1mm以內(nèi)，局部最大間隙不超過2mm，可以有效減少焊縫收縮變形。

3）焊前進(jìn)行加固支撐，外圈板拼縫處用一定數(shù)量的定位馬板進(jìn)行加固和定位。

4）整體施焊前進(jìn)行加固焊，并檢查加固焊的焊接質(zhì)量。

5）嚴(yán)格控制整體施焊的焊接電流、電壓和焊接速度。

6）根據(jù)殼體形狀和焊縫位置，合理分配焊工數(shù)量、焊位，原則上同一條焊縫應(yīng)有2名焊工同時(shí)同序同速進(jìn)行施焊。

7）整體施焊過程中必須有1次以上的尺寸檢查，隨時(shí)觀察變形情況，并隨時(shí)進(jìn)行焊工焊位焊序的調(diào)整。

8）焊后8小時(shí)之后進(jìn)行尺寸檢查，根據(jù)情況調(diào)整支撐、馬板的拆除順序，并進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查。

9）如需焊后整形，可以使用機(jī)械外力加火攻等方法進(jìn)行局部整形，前提必須是殼體在自由狀態(tài)下進(jìn)行。

10）為防止起吊和運(yùn)輸過程中的二次變形，起吊時(shí)注意吊裝位置，必要時(shí)可進(jìn)行加固支撐。

4 結(jié)束語

本工程中鋼管節(jié)拼裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，為鋼管節(jié)現(xiàn)場拼裝焊接提供了一個(gè)良好的施工操作環(huán)境，拼裝平臺(tái)操作簡單、定位精確、固定牢靠，大大降低了鋼管節(jié)現(xiàn)場拼裝的難度，也能很好的保證管節(jié)拼裝的精度和平整度，從而保證了國內(nèi)首次頂管法地鐵車站的成型質(zhì)量，為以后國內(nèi)更多類似工程提供一個(gè)不錯(cuò)的借鑒方案。