文/陳志權(quán) 羅澤宏

0 引言

長(zhǎng)距離的穿山隧道建設(shè)過(guò)程中，由于工程地域、水文地質(zhì)條件限制及隧道目標(biāo)節(jié)點(diǎn)工期要求，多采用兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)相向掘進(jìn)或者一頭鉆爆法、一頭盾構(gòu)法的施工方案。在這種特殊工況背景下，盾構(gòu)機(jī)完成隧道掘進(jìn)均面臨吊裝拆解及運(yùn)出需求，如石家莊市軌道交通2號(hào)線、北京地鐵14號(hào)線等既有項(xiàng)目中曾采用盾構(gòu)洞內(nèi)脫殼解體實(shí)施方案，即將盾構(gòu)主機(jī)外殼留在隧道內(nèi)，以盾殼為起吊點(diǎn)，將刀盤、盾體、拼裝機(jī)、螺旋輸送機(jī)、后配套拖車等進(jìn)行拆解吊運(yùn)。但由于操作空間狹小、盾殼起吊支撐能力有限，拆解過(guò)程多為“暴力拆機(jī)”，尤其刀盤和盾體等主要構(gòu)件多被零散分割，后續(xù)重復(fù)拼裝利用難度大，設(shè)備殘值損耗嚴(yán)重。

基于既有技術(shù)方案的局限性，本文結(jié)合韓江鹿湖隧洞引水工程施工項(xiàng)目山嶺隧道建設(shè)實(shí)例，在工法交接處通過(guò)設(shè)置拆解洞室和液壓吊裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)無(wú)損拆解及吊運(yùn)盾構(gòu)機(jī)的效果。該實(shí)施方案既需重點(diǎn)考慮山嶺地區(qū)大埋深富含水條件下施工拆解洞室過(guò)程的安全，同時(shí)，需結(jié)合盾構(gòu)機(jī)構(gòu)件尺寸、構(gòu)件質(zhì)量以及成型隧道截面尺寸對(duì)洞內(nèi)拆解和洞內(nèi)運(yùn)輸技術(shù)進(jìn)行研究。

1 山嶺地區(qū)拆解地下洞室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工

1.1 拆解洞室位置選擇設(shè)計(jì)

韓江鹿湖隧洞引水工程施工項(xiàng)目山嶺隧道全長(zhǎng)5.5km，按照隧道地質(zhì)條件劃分為硬巖區(qū)和軟巖區(qū)，隧洞埋設(shè)深度在65m～326m范圍，并含有14條斷層帶分布其中，其中硬巖區(qū)采用鉆爆法施工，軟巖區(qū)采用盾構(gòu)法施工；然而山嶺隧道施工作業(yè)常伴隨有裂隙水、地質(zhì)條件復(fù)雜等特殊情況，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)度與安全有極大影響，因此，施工過(guò)程采用地質(zhì)雷達(dá)法(ground penetrating radar method)提前探明地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況，根據(jù)判別的結(jié)果選擇合理的開挖和支護(hù)方式進(jìn)行施工，并選擇地層穩(wěn)定性好、裂隙水較少的位置施工拆解洞室（見圖1）。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)法

1.2 拆解洞室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝

考慮到山體大、高水壓、大斷面開挖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況、開挖方式和支護(hù)方法綜合分析，施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的方針，開挖前采用φ50小導(dǎo)管加固地層，在小導(dǎo)管超前支護(hù)后，立即壓注水泥漿液填充，漿液凝固后，土體集結(jié)成具有一定強(qiáng)度的“結(jié)石體”使周圍地層形成一個(gè)殼體，增強(qiáng)其自穩(wěn)性能，為施工提供一個(gè)安全環(huán)境；開挖采用I25a鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、250mm噴射混凝土方案，具體參數(shù)如表1所示。行回填，對(duì)拆解洞室外側(cè)空腔采用輕質(zhì)泡沫混凝土分層進(jìn)行回填，同時(shí)拱頂預(yù)留注漿管進(jìn)行壓漿。拆解洞室結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 拆解洞室結(jié)構(gòu)

表1 拆解洞室初期支護(hù)參數(shù)

拆解洞室施工關(guān)鍵參數(shù)及控制工藝包括：（1）根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果選擇合理的開挖和支護(hù)方式進(jìn)行施工，使用光面爆破和機(jī)械開挖相結(jié)合的施工方法，控制爆破振速在5cm/s，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，避免形成新的滲水裂隙通道；（2）堅(jiān)持監(jiān)控測(cè)量并及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，當(dāng)圍巖變形過(guò)大時(shí)進(jìn)行鋼拱架間距加密，如變形仍然難以收斂，設(shè)置臨時(shí)仰拱或橫撐；（3）開挖過(guò)程按照“漸變過(guò)渡、由上向下、先正后反、先外后內(nèi)再中間”進(jìn)行組織施工；（4）盾構(gòu)機(jī)完成拆解吊運(yùn)工作后，采用C30素混凝土對(duì)拆解洞室底板進(jìn)

2 盾構(gòu)機(jī)無(wú)損拆解吊運(yùn)空間設(shè)計(jì)

韓江鹿湖隧洞引水工程穿山段山嶺隧道采用直徑8.80m的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，在掘進(jìn)1.98km后在山嶺地區(qū)與鉆爆法段隧道對(duì)接。由于該盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)里程短、設(shè)備殘值高，因此決定將盾構(gòu)機(jī)在隧道內(nèi)完成無(wú)損拆解吊運(yùn)，因此需要有足夠的空間進(jìn)行大體量設(shè)備構(gòu)件整體吊運(yùn)。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)洞內(nèi)無(wú)損拆解及吊運(yùn)操作的空間需要，地下拆解洞室采用直墻城門形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)斷面尺寸寬為11.000m、高為11.625m、沿線方向長(zhǎng)度為23.000m；該拆解洞室位于埋深126.500m，地層為中風(fēng)化粉質(zhì)泥砂巖具體斷面尺寸如圖3所示。

圖3 拆解洞室剖面結(jié)構(gòu)

3 盾構(gòu)機(jī)無(wú)損拆解吊運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)

該工程土壓平衡盾構(gòu)機(jī)外徑為8.8m，盾體長(zhǎng)11.0m，1#～4#后配套拖車長(zhǎng)15m～28m。其主要構(gòu)件尺寸及質(zhì)量見表2。

表2 盾構(gòu)機(jī)主要構(gòu)件尺寸及質(zhì)量

根據(jù)拆解洞室的結(jié)構(gòu)尺寸、盾構(gòu)機(jī)配件的質(zhì)量、起重吊裝設(shè)備的選擇綜合分析，選“壓頂升塔+平移梁”組合而成的液壓龍門式吊裝系統(tǒng)，在拆解兩側(cè)的地面上鋪設(shè)行走軌道梁，兩組軌道梁中心為11688mm，軌道梁平整度控制在±10mm范圍內(nèi)；分別將頂升塔布置在軌道梁上方，前后中心距為6840mm，前后頂升塔通過(guò)兩根拉桿連接。連接泵站與頂升塔之間的油管和數(shù)據(jù)線后進(jìn)行調(diào)試，液壓龍門式吊裝系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的頂升塔泵站及操控臺(tái)進(jìn)行控制。頂升塔結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 頂升塔結(jié)構(gòu)

完成頂升塔調(diào)試后，在同一側(cè)（沿軌道梁）的兩頂升塔上架分別設(shè)置一根10m單梁，通過(guò)螺栓與頂升塔連接固定，在頂升塔兩側(cè)的單梁上架設(shè)1條10.5m雙梁，形成“井”字框架結(jié)構(gòu)，并且在單梁上方安裝4個(gè)60t的吊鉤，從而形成洞內(nèi)拆解吊裝系統(tǒng)。洞內(nèi)液壓龍門吊裝系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 洞內(nèi)液壓龍門吊裝系統(tǒng)

4 盾構(gòu)機(jī)洞內(nèi)無(wú)損拆解吊運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 盾構(gòu)機(jī)洞內(nèi)拆解吊運(yùn)流程

盾構(gòu)機(jī)出廠時(shí)已經(jīng)考慮并設(shè)計(jì)需要將各構(gòu)件運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)后組裝，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)由若干重達(dá)30t～90t的配件組合而成，各配件結(jié)構(gòu)尺寸較大，考慮到成型隧道洞徑較小，按照出廠時(shí)盾構(gòu)機(jī)組裝的位置將盾構(gòu)主機(jī)在拆解洞室進(jìn)行拆解后再運(yùn)輸出洞，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)的目的。盾構(gòu)機(jī)刀盤拆解成5小塊（刀盤上邊塊、刀盤下邊塊、刀盤左邊塊、刀盤右邊塊、刀盤中心塊），盾體拆解成5小塊（盾體上邊塊、盾體下邊塊、盾體左邊塊、盾體右邊塊、主驅(qū)動(dòng)），由于盾尾只是一個(gè)圓形的內(nèi)中空鋼結(jié)構(gòu)，只需拆解成4小塊（盾尾上邊塊、盾尾下邊塊、盾尾左邊塊、盾尾右邊塊），在完成拆解后通過(guò)運(yùn)輸車將個(gè)構(gòu)件運(yùn)出隧道（見圖6）。

圖6 盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)機(jī)拆解過(guò)程遵循“從上至下，從前往后、先拆有阻礙的部件”的原則，按照以下拆解流程進(jìn)行洞內(nèi)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)、后配套拖車拆解：刀盤下邊塊→刀盤上邊塊→刀盤左邊塊→刀盤右邊塊→刀盤中心塊→四號(hào)拖車→三號(hào)拖車→二號(hào)拖車→一號(hào)拖車→連接橋→螺旋輸送機(jī)→拼裝機(jī)→盾體上邊塊→盾體左邊塊→盾體右邊塊→主驅(qū)動(dòng)→盾體下邊塊→盾尾上邊塊→盾尾左邊塊→盾尾右邊塊→盾尾下邊塊。

4.2 洞內(nèi)刀盤拆解吊運(yùn)

在盾構(gòu)破洞門后，向前頂伸到洞門口的接收托架后移動(dòng)至指定的拆解位置。洞內(nèi)刀盤拆解吊裝過(guò)程采用機(jī)械為主、人工為輔的原則，先在刀盤前面搭設(shè)作業(yè)腳手架，然后拆除刀盤面的刀具，在刀盤下邊塊上焊接吊耳和刀盤定位塊，然后對(duì)吊耳進(jìn)行超聲波探傷，確認(rèn)準(zhǔn)備工序無(wú)誤后，將刀盤下邊塊與吊裝系統(tǒng)錨頭連接后，焊工將刀盤按照劃分的位置對(duì)刀盤下邊塊進(jìn)行切割。對(duì)切割下來(lái)的刀盤下邊塊通過(guò)洞內(nèi)液壓龍門式吊裝系統(tǒng)的頂升、行走等動(dòng)作運(yùn)輸至自行試模塊運(yùn)輸車（SPMT）平板運(yùn)輸車上轉(zhuǎn)移出隧道。洞內(nèi)刀盤拆解吊運(yùn)如圖7所示。

圖7 洞內(nèi)刀盤拆解吊運(yùn)

為了防止刀盤受力不均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，刀盤拆解過(guò)程需要對(duì)稱進(jìn)行拆解。當(dāng)?shù)侗P下邊塊拆解后，其余邊塊按照上述的操作，對(duì)切割下來(lái)的刀盤上邊塊，通過(guò)液壓龍門式吊裝系統(tǒng)的頂升、行走等動(dòng)作運(yùn)輸至隧洞運(yùn)輸車上，轉(zhuǎn)移出隧道。刀盤拆解分塊如圖8所示。

圖8 刀盤拆解吊運(yùn)分塊

4.3 洞內(nèi)螺旋輸送機(jī)拆解吊運(yùn)

螺旋輸送機(jī)拆解過(guò)程主要利用事先預(yù)埋在管片上的預(yù)埋吊點(diǎn)，在吊點(diǎn)上安裝10t的手拉葫蘆吊，并且在螺旋出土器上焊接吊耳，然后對(duì)吊耳進(jìn)行超聲波探傷，確認(rèn)準(zhǔn)備工序無(wú)誤后，拆除螺旋出土器的連接螺栓和定位銷后，通過(guò)管片上安裝的手拉葫蘆緩慢下放至軌道上的平板車上；在做好加固措施后，通過(guò)45t電瓶車和卷?yè)P(yáng)機(jī)相互配合，將螺旋輸送機(jī)從成型的盾構(gòu)隧道反向牽引至盾構(gòu)始發(fā)井，利用在始發(fā)井口端頭布置350T的履帶吊，將拆解的螺旋輸送機(jī)吊裝出井（見圖9）。

圖9 螺旋輸送機(jī)洞內(nèi)拆解吊運(yùn)

4.4 洞內(nèi)拼裝機(jī)拆解吊運(yùn)

待螺旋輸送機(jī)運(yùn)輸出洞后，拆除拼裝機(jī)的連接螺栓，利用事先預(yù)埋在管片上的預(yù)埋吊點(diǎn)上安裝10T的手拉葫蘆，將拆解下來(lái)的拼裝機(jī)緩慢下放至軌道上的平板車上；采用型鋼做好加固措施后，通過(guò)45t電瓶車和卷?yè)P(yáng)機(jī)相互配合，將拼裝機(jī)從成型的盾構(gòu)隧道反向牽引至盾構(gòu)始發(fā)井，利用在始發(fā)井口端頭布置350T的履帶吊，將拆解的螺旋出土器吊裝出井（見圖10）。

圖10 拼裝機(jī)洞內(nèi)拆解吊運(yùn)

4.5 洞內(nèi)盾體拆解吊運(yùn)

拆解洞室總體高度只有11.625m，盾體高度已達(dá)8800mm，接收托架高880mm，盾構(gòu)吊裝系統(tǒng)的吊鉤距離拱頂235mm，10.5m單梁距離拱頂剩余668mm（見圖11），無(wú)法滿足吊裝空間，需要將盾構(gòu)機(jī)下降至接收坑內(nèi)，并且在盾體上塊拆解前，在盾體上邊塊焊接轉(zhuǎn)換梁（見圖12）。

圖11 盾體拆解數(shù)據(jù)模擬

圖12 盾體上邊塊拆解吊裝

盾體上邊塊轉(zhuǎn)換梁焊接完畢后，拆除盾體上邊塊的連接螺栓和定位銷，由專人操作隧洞液壓龍門式吊裝系統(tǒng)，通過(guò)頂升塔頂升功能，兩組頂升器同步頂升接觸至轉(zhuǎn)換梁后，使盾體上邊塊緩慢受力。施工過(guò)程中，安排專人檢查盾體上邊塊受力是否均勻，使轉(zhuǎn)換梁水平偏差控制在±10mm范圍內(nèi)。通過(guò)頂升塔頂升轉(zhuǎn)換梁，使盾體上邊塊提升脫離盾體接觸面，通過(guò)洞內(nèi)液壓龍門式吊裝系統(tǒng)的行走、下降動(dòng)作，將盾體上邊塊吊放至SPMT平板運(yùn)輸車上，轉(zhuǎn)移出隧道。

當(dāng)盾體上邊塊拆解后，其余盾體邊塊就有足夠的空間進(jìn)行拆解。在其余盾體邊塊焊接吊耳，只需通過(guò)吊裝橫梁上的兩組吊鉤和鋼絲繩共同受力，使盾體邊塊脫離接觸面，通過(guò)液壓龍門式吊裝系統(tǒng)的行走、下降動(dòng)作，將其余盾體邊塊和主驅(qū)動(dòng)逐一下吊放至SPMT平板運(yùn)輸車上，轉(zhuǎn)移出隧道。盾體其他邊塊和主驅(qū)動(dòng)拆解吊運(yùn)如圖13所示。

圖13 盾體其他邊塊和主驅(qū)動(dòng)拆解吊裝

4.6 洞內(nèi)盾尾拆解吊運(yùn)

盾尾上邊塊拆解過(guò)程與盾體上邊塊拆解類似，由于無(wú)法滿足吊裝空間，需要在盾尾上塊拆解前，在盾尾上邊塊焊接轉(zhuǎn)換梁（見圖14）。

圖14 盾尾上邊塊拆解吊裝

盾尾上邊塊轉(zhuǎn)換梁焊接完畢后拆除盾尾上邊塊的連接螺栓和定位銷，參照洞內(nèi)盾體上邊塊拆解的步驟，將盾尾上邊塊下吊放至SPMT平板運(yùn)輸車上轉(zhuǎn)移出隧道。盾尾其他邊塊拆解吊運(yùn)如圖15所示。

圖15 盾尾其余邊塊拆解吊裝

5 盾構(gòu)機(jī)洞內(nèi)運(yùn)輸關(guān)鍵技術(shù)

5.1 盾構(gòu)機(jī)主體洞內(nèi)運(yùn)輸

盾構(gòu)機(jī)主體拆解后的構(gòu)件，從連接盾構(gòu)法隧道的鉆爆法隧道運(yùn)出（見圖16），主體構(gòu)件洞內(nèi)運(yùn)輸采用SPMT平板運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，平板車自重23.5t，合計(jì)6軸，每軸4個(gè)輪子、共計(jì)24個(gè)輪子，每個(gè)輪子最大承受重量為10t，整車最大載重量為216.5t，縱向軸距為1.40米，橫向軸距為1.48米，輪胎直徑760mm，寬度270mm。本次洞內(nèi)運(yùn)輸重量最大的構(gòu)件為主驅(qū)動(dòng)86t，其他構(gòu)件重量均比主驅(qū)動(dòng)輕，主驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中受力如下：23.5+86=109.5t，單個(gè)輪子承重為：109.5t/24=4.57t，SMPT滿足最大載重質(zhì)量要求。

圖16 盾構(gòu)機(jī)主體構(gòu)件洞內(nèi)運(yùn)輸

5.2 盾構(gòu)機(jī)后配套洞內(nèi)運(yùn)輸

盾構(gòu)機(jī)后配套拖車、連接橋、螺旋輸送機(jī)和管片拼裝機(jī)，均通過(guò)45t電瓶車和卷?yè)P(yáng)機(jī)逐一從成型的盾構(gòu)法隧道牽引至始發(fā)井，轉(zhuǎn)移出隧道。本次洞內(nèi)運(yùn)輸質(zhì)量最大的構(gòu)件為螺旋運(yùn)輸機(jī)43t，其他后配套構(gòu)件質(zhì)量均比螺旋運(yùn)輸機(jī)輕，電瓶車最大牽引重量45t＞螺旋輸送機(jī)43t，電瓶車滿足最大載重量要求。

6 洞內(nèi)無(wú)損拆解吊運(yùn)盾構(gòu)機(jī)經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）山嶺地區(qū)拆解洞室的設(shè)置可充分發(fā)揮設(shè)備起吊能力，隧洞液壓龍門式吊裝系統(tǒng)對(duì)超大直徑盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行整體無(wú)損拆解，減小以往“暴力拆機(jī)”對(duì)盾構(gòu)殘值的損害。該工程中盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)2km后，采用整體拆解方案將相對(duì)“暴力拆機(jī)”方案節(jié)省投資約167.5萬(wàn)元（按掘進(jìn)壽命10km考慮，并納入拆解洞及吊裝費(fèi)用）。

（2）施工過(guò)程中采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的手段選擇合適的位置施工拆解洞室，并且通過(guò)對(duì)拆解洞室設(shè)置里程的調(diào)整，既可以在盾構(gòu)掘進(jìn)順利時(shí)充分發(fā)揮盾構(gòu)工法的優(yōu)勢(shì)，又可以在盾構(gòu)頻繁換刀停機(jī)等情況下彌補(bǔ)其進(jìn)度滯后的不足，從而保證隧道按時(shí)貫通。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行洞內(nèi)無(wú)損拆解，與傳統(tǒng)的棄殼拆解方式相比，可最大程度保留設(shè)備殘值、降低工程投資造價(jià)，確保盾構(gòu)到達(dá)后實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移出隧道的目的。

（2）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的手段提前判別前方地質(zhì)情況，據(jù)此選擇合適的位置設(shè)置盾構(gòu)拆解洞室，同時(shí)實(shí)施合理的施工開挖工序并結(jié)合有效的支護(hù)系可有效降低地下洞室變形風(fēng)險(xiǎn),并且通過(guò)發(fā)揮地下洞室位置靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，能有效確保隧道按時(shí)貫通。

（3）針對(duì)成型隧道結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)、盾構(gòu)機(jī)配件的重量、起重吊裝設(shè)備的選擇綜合分析，在地下洞室采用特種吊裝設(shè)備，基于不同位置、尺寸、重量的構(gòu)件專項(xiàng)拆解工藝，通過(guò)頂升塔、平移梁、葫蘆、平板車的相互配合拆解吊運(yùn)盾構(gòu)機(jī)，在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)無(wú)損拆解吊運(yùn)作業(yè)。

（4）采用洞內(nèi)運(yùn)輸盾構(gòu)機(jī)技術(shù)、洞內(nèi)運(yùn)輸盾構(gòu)機(jī)配件的運(yùn)輸車輛，克服復(fù)雜環(huán)境下大構(gòu)件運(yùn)輸困難，以保證將拆解下來(lái)的盾構(gòu)機(jī)配件在超大重量、大形體尺寸、復(fù)雜環(huán)境下仍能快速運(yùn)輸出洞；同時(shí)結(jié)合盾構(gòu)機(jī)后配套反向牽引技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)需拆解后配套設(shè)備,可將盾構(gòu)機(jī)后配套設(shè)備整體、快速運(yùn)輸出洞。