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（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511458）

隨著城市發(fā)展和地下空間的開發(fā)與利用，中心城區(qū)建筑密度越來越大，受制于大型市政管線、商業(yè)補(bǔ)償和交通堵塞等諸多條件限制，地鐵建設(shè)施工中可能無法在接收區(qū)域設(shè)置盾構(gòu)接收井，或者設(shè)置接收井的成本較高。盾構(gòu)隧道內(nèi)解體將會越來越多，如何將比盾體直徑大的刀盤在隧道內(nèi)解體回收再利用成為一個亟待解決的問題。目前已有很多關(guān)于盾構(gòu)隧道內(nèi)解體的實(shí)例及研究，但很少有詳細(xì)的盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)拆解回收再利用的全面系統(tǒng)性介紹。

本文以某地鐵施項(xiàng)目盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)解體，回收再利用為例，圍繞盾構(gòu)設(shè)計(jì)、土建施工及刀盤隧道內(nèi)拆解等方面，闡述盾構(gòu)刀盤在隧道內(nèi)可恢復(fù)性拆解技術(shù)。

1 工程概況

某地鐵項(xiàng)目位于城市中央商務(wù)區(qū)，區(qū)間隧道沿高架橋向西連接接收端車站，隧道由內(nèi)外環(huán)兩條線組成，線路總長2 006 延米。隧道始發(fā)端部分（約683m）為上下重疊隧道，之后逐步變化為水平形式到達(dá)接收端車站，其中始發(fā)端線間凈間距2.815m～6.812m，始發(fā)端上部（內(nèi)環(huán)方向）隧道埋深10.394m，到達(dá)端埋深20.099m，最小曲線半徑350m，最大縱坡2.8%。采用1 臺土壓平衡盾構(gòu)鉆挖施工，先期施工下部隧道，因接收端不具備接收條件，完成后需洞內(nèi)拆解，地面重新組裝后，二次始發(fā)掘進(jìn)下部隧道。盾構(gòu)開挖直徑6 680mm，額定扭矩6 000kNm，脫困扭矩7 500kNm，最大推力47 420kN，盾構(gòu)長約98m，總重約600t。管片襯砌的設(shè)計(jì)內(nèi)徑5 800mm，外徑6 350mm，厚度275mm，環(huán)寬1 400mm，由1 塊封頂塊+7 塊標(biāo)準(zhǔn)塊組成。

2 隧道內(nèi)刀盤拆解的重難點(diǎn)

2.1 空間小，吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)高

刀盤作為盾構(gòu)的關(guān)鍵部件，不僅結(jié)構(gòu)尺寸大，而且重量也比其它部件重。受制于隧道內(nèi)部條件和盾構(gòu)結(jié)構(gòu)影響，無法采用起重設(shè)備拆卸，只能根據(jù)盾構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析設(shè)計(jì)拆解方案，利用輔助工裝以及在盾殼上設(shè)計(jì)吊耳，用手拉葫蘆進(jìn)行拆解，作業(yè)空間狹小，拆解效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2.2 水平運(yùn)輸工作量大

拆機(jī)所需要的各種材料，及拆解后部件的運(yùn)輸均依靠有軌運(yùn)輸設(shè)備，合理的調(diào)度及電瓶機(jī)車的保養(yǎng)是確保拆解進(jìn)度的重要保障。

2.3 動火作業(yè)多，消防隱患大

由于刀盤拆解過程中需要對盾殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)件及各種臨時支撐進(jìn)行割除，隧道內(nèi)屬于密閉空間，動火作業(yè)消防隱患大。

3 刀盤可回收拆解措施

3.1 盾構(gòu)的針對性設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目隧道在始發(fā)端為疊形隧道，盾構(gòu)需先掘進(jìn)下部隧道，貫通后隧道內(nèi)拆機(jī)，除盾殼留置在隧道內(nèi)外，其它部件均需重復(fù)利用，地面上新盾殼組裝后，二次始發(fā)進(jìn)行上部隧道的施工。

為此，在盾構(gòu)的設(shè)計(jì)階段，就對刀盤的可拆解形式進(jìn)行研究。結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)狀況，充分考慮刀盤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、破巖的高效性，出渣的流暢性，工地再組裝的簡易性等諸多因素。運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)及仿真分析的方法最終選擇了便于設(shè)計(jì)加工且強(qiáng)度較高的1+1 的分塊方式，其中上分塊25t，下分塊36t，上下分塊間設(shè)計(jì)法蘭，通過高強(qiáng)度螺栓連接。同時在刀盤上對稱布置可伸縮式超挖刀2 把，在盾構(gòu)到達(dá)接收端后，適當(dāng)擴(kuò)挖，以刀盤足夠的活動空間，配合解體工作。刀盤的分塊設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 刀盤分塊設(shè)計(jì)圖

3.2 土建的針對性設(shè)計(jì)

根據(jù)到達(dá)端的地質(zhì)資料顯示，軸線方向巖石較風(fēng)化破碎，地下水比較發(fā)育，存在涌水可能，刀盤解體時風(fēng)險(xiǎn)較大。根據(jù)設(shè)計(jì)采用裂隙壓漿的形式，對盾構(gòu)到達(dá)端頭1.5 倍直徑約10m 長范圍內(nèi)土體進(jìn)行注漿止水。將水泥漿注入巖體的裂隙和接縫處，以降低巖層的滲透性。注漿水灰比1∶1，最大注入壓力15bar。注漿結(jié)束后進(jìn)行滲透性測試。

3.3 盾構(gòu)到達(dá)前的準(zhǔn)備工作

盾構(gòu)進(jìn)入加固區(qū)后，將所有鉸接油缸行程調(diào)節(jié)一致。到達(dá)最終停機(jī)位置前2 環(huán)，開始逐漸伸出鉸接油缸，至停機(jī)位置時，鉸接油缸全部伸出。

在到達(dá)最終停機(jī)位置前1 400mm 處，開始伸出超挖刀，超挖范圍為全斷面，在到達(dá)1 200mm 處時（刀盤厚度800mm，鉸接油缸行程235mm），確保超挖刀全部伸出。在超挖10mm后，伸出探針進(jìn)行檢查實(shí)際超挖值。繼續(xù)掘進(jìn)并超挖至最終停機(jī)位置后，邊旋轉(zhuǎn)刀盤邊收回鉸接油缸，此操作是為確保刀盤與掌子面之間有200mm 的間隙，后續(xù)刀盤的拆解留出足夠空間。

盾構(gòu)到達(dá)接收端地連墻后，清空土倉內(nèi)及刀盤上的渣土，斷高壓電停機(jī)前，確保盾構(gòu)刀盤停機(jī)位置是否合適，滿足洞內(nèi)拆機(jī)要求，即：刀盤連結(jié)法蘭面處于水平位置。

3.4 盾構(gòu)到達(dá)后的加固工作

1）在盾構(gòu)到達(dá)既定位置后，通過盾殼膨潤土孔注雙液漿，防止盾構(gòu)后部水土涌入土倉，造成刀盤拆解的安全問題。

2）將最后一環(huán)與尾盾的間隙立模用混凝土填充密封，防止拆機(jī)期間盾尾密封失效漏水。

3）將最后20 環(huán)用槽鋼拉緊，并對縱向和環(huán)向螺栓進(jìn)行復(fù)緊，防止推進(jìn)油缸回收后管片縱向移動。

4）在盾體內(nèi)部利用超前鉆機(jī)通過盾構(gòu)內(nèi)部預(yù)留的超前注漿孔，進(jìn)行鉆孔直至刀盤前方，檢測刀盤上方水壓情況，如無水則注漿封堵注漿孔，并用端蓋封堵超前注漿孔，如果有承壓水則需要采取針對止水措施。

3.5 拆解的具體步驟

3.5.1 刀盤的固定

在隧道內(nèi)將盾構(gòu)依次解體至主軸承時，需要對刀盤進(jìn)行加固。沿前盾切口環(huán)位置，均勻焊接8 塊L 形鋼板，對刀盤進(jìn)行固定，防止在主軸承拆解后，刀盤失去支撐而失穩(wěn)。如圖2 所示。

圖2 L形鋼板固定

3.5.2 刀盤拆解吊耳的設(shè)計(jì)與布置

1）吊耳的設(shè)計(jì) 根據(jù)盾構(gòu)設(shè)計(jì)知，刀盤面板分為2 塊，上分塊重25t，下分塊重36t。拆解時每個分塊起吊至少2 個吊點(diǎn)，故單個吊點(diǎn)許用應(yīng)力至少為18t。由于吊裝中所用的最大手拉葫蘆的吊裝能力為20t。故此處取單個吊耳的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力為20t，考慮吊裝的安全性，設(shè)計(jì)時吊耳取1.35倍的安全系數(shù)。結(jié)合盾構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布局，吊耳采用兩種形式：①新制吊耳焊接在盾構(gòu)殼體頂部；②利用盾構(gòu)內(nèi)部現(xiàn)有結(jié)構(gòu)筋板，割制吊耳。吊耳設(shè)計(jì)如圖3、圖4 所示，吊耳厚40～50mm，焊縫高度12mm，材料采用Q235 以上等級。

圖3 焊接吊耳設(shè)計(jì)圖

圖4 割制吊耳圖

2）吊耳的布置 盾體內(nèi)部吊耳的布置為，在盾構(gòu)殼體內(nèi)部11 點(diǎn)、12 點(diǎn)、1 點(diǎn)鐘3 個點(diǎn)位，沿前盾切口環(huán)后部，中前盾連接法蘭處，尾盾油缸固定筋板處，尾盾油缸行程1.6m 的位置，分別布置吊耳4 排，每排吊耳3 個。其中第一排和第四排吊耳為焊接形式，第二排、第三排吊耳為利用盾體內(nèi)部既有結(jié)構(gòu)筋板，割制而成。刀盤面板上分塊吊耳全部采用焊接形式，共5 個。刀盤面板下分塊，其中2 個采用法蘭連接的形式，其它4 個采用焊接的形式，共6 個。吊耳布局如圖5所示。

圖5 刀盤吊耳布置圖

3.5.3 刀盤連接法蘭的拆解

法蘭拆解前，先檢查刀盤面板上部的4 塊L形鋼板，確保其焊接穩(wěn)定狀態(tài)，然后用2 個20t的手拉葫蘆，分別掛在刀盤面板下分塊的中上部左右兩個吊耳上，調(diào)整手拉葫蘆的漲緊度，使手拉葫蘆處于受力的狀態(tài)。此時割除刀盤下部4個L 形固定鋼板，依次對稱拆除刀盤法蘭連接螺栓，待螺栓全部拆除后，慢慢調(diào)整手拉葫蘆，此時刀盤面板上分塊在L 形鋼板的固定作用下，固定不動，刀盤面板下分塊在自得的作用下緩慢下降，落入底部超區(qū)域，從而完成連接法蘭的拆解。刀盤面板分開后，重新焊接下分塊4 個L 形鋼板，固定刀盤。

3.5.4 刀盤面板上半塊的拆解

如圖6 所示，用2 個20t 手拉葫蘆掛在刀盤上部左右2 個吊耳，用1 個10t 葫蘆掛在刀盤左下部吊耳，待扣葫蘆調(diào)整到位后，切除固定刀盤的4 塊L 形鋼板。調(diào)整10t 葫蘆使刀盤在側(cè)拉力的作用下，向右進(jìn)入擴(kuò)挖位置，繼續(xù)調(diào)整10t 葫蘆使刀盤緩慢傾斜進(jìn)入盾體內(nèi)部。

圖6 刀盤上分塊拆解

在刀盤下部法蘭位置再安裝另外2 個20t 手拉葫蘆，通過不斷調(diào)整葫蘆使刀盤法蘭面與隧道軸線平行，最終放置在電瓶機(jī)車上，運(yùn)出洞外。

3.5.5 刀盤面板下半塊的拆解

如圖7 所示，用2 個20t 手拉葫蘆掛在刀盤上部左右2 個吊耳，用1 個10t 葫蘆掛在刀盤左下部吊耳，待2 個20t 手拉葫蘆漲緊到位后，切除固定刀盤的4 塊L 形鋼板。調(diào)整10t 葫蘆使刀盤在側(cè)拉力的作用下，向右進(jìn)入擴(kuò)挖位置，繼續(xù)調(diào)整10t 葫蘆使刀盤傾斜進(jìn)入盾體內(nèi)部。在刀盤下部左右吊耳安裝另外2 個20t 手拉葫蘆，通過不斷調(diào)整手拉葫蘆使刀盤沿水平面旋轉(zhuǎn)90°，最終放置在電瓶機(jī)車上，運(yùn)至井底，用門式起重機(jī)吊至地面。

圖7 刀盤下分塊拆解

3.5.6 刀盤的恢復(fù)

如圖8 所示，將刀盤上分塊放置在水平堅(jiān)硬的地面上，用吊車輔助使刀盤下分塊法蘭面緩慢靠近上分塊法蘭面，使定位銷就位后，以對稱的方式安裝法蘭面連接螺栓。螺栓分三階段進(jìn)行緊固，扭矩分別為設(shè)計(jì)值的50%，75%，100%。刀盤連接后補(bǔ)焊耐磨層，并更換磨損的刀具?；謴?fù)再利用的刀盤如圖9 所示。

圖8 刀盤恢復(fù)組裝圖

圖9 刀盤再利用下井吊裝圖

4 結(jié)語

通過對盾構(gòu)刀盤隧道內(nèi)拆解回收再利用問題的研究，圓滿地解決了刀盤在隧道內(nèi)受拆解空間狹小、自身重量重大，常規(guī)割除法拆解難以回收再利用的問題。該工法不僅避免隧道內(nèi)切割刀盤，改善作業(yè)環(huán)境，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，并且提高了盾構(gòu)固定資產(chǎn)的利用效率，同時也為類似工程的開展提供了詳細(xì)的技術(shù)支持。