卜壯志，靳連杰，李海洋

(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450416)

盾構(gòu)在施工結(jié)束后必須進(jìn)行拆除，盾構(gòu)的拆機(jī)分為洞內(nèi)拆機(jī)以及接收井拆機(jī)?，F(xiàn)代工程施工中盾構(gòu)洞內(nèi)拆機(jī)的需求越來(lái)越多，而洞內(nèi)的拆機(jī)條件卻不盡相同，合理的洞內(nèi)拆機(jī)方法是盾構(gòu)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目施工要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題[1]。洞內(nèi)拆機(jī)涉及的工裝多，工況較為危險(xiǎn)，施工難度較大；在洞內(nèi)進(jìn)行拆機(jī)不影響盾構(gòu)接收地面的正?；顒?dòng)，且省去了接收井口的制作成本以及空間。尤其是小直徑盾構(gòu)，大多是市政項(xiàng)目，要求盡量減少對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆畹挠绊?。因此洞?nèi)拆機(jī)技術(shù)應(yīng)用極為重要。以新加坡CR116 項(xiàng)目為例，采用我公司1臺(tái)?7 220mm的泥水平衡盾構(gòu)進(jìn)行施工，由于接收?qǐng)龅叵拗?，必須進(jìn)行洞內(nèi)拆機(jī)，且1 臺(tái)盾構(gòu)需要掘進(jìn)4 條隧道，需要多次拆機(jī)。因此該泥水盾構(gòu)的主機(jī)盾體設(shè)計(jì)為雙層盾殼，客戶購(gòu)買了4 套外殼以應(yīng)對(duì)拆機(jī)。基于以上條件，確定了拆機(jī)的思路，首先需要將后配套拖車依次拖拉至洞外，再將主機(jī)部分結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行拆除并運(yùn)至洞外[2]，后再進(jìn)行二次組裝。

本文將具體闡述洞內(nèi)拆機(jī)工序，并對(duì)施工過(guò)程中的重難點(diǎn)進(jìn)行研究。其中主驅(qū)動(dòng)重量約為73t，在洞內(nèi)拆除需要借助工裝，工裝的制作以及使用具有一定的難度；后配套拖車最重為50t，需要在洞內(nèi)對(duì)其進(jìn)行支撐，并且更換輪對(duì)，然后運(yùn)出，具有一定的難度。

1 盾構(gòu)拆除工序

拆卸過(guò)程分為兩部分：拆卸盾構(gòu)和拖車以及TBM 部件的清潔和包裝。盾構(gòu)完成掘進(jìn)后進(jìn)行停機(jī)準(zhǔn)備，首先拆除刀盤(pán)上的各種刀具，利用拼裝機(jī)將管片小車分段運(yùn)送到管片吊機(jī)位置，后由管片吊機(jī)將其運(yùn)到電瓶車上運(yùn)出洞外。完成后，將拼裝機(jī)旋轉(zhuǎn)至正下方，并貼近米子梁固定、回收所有推進(jìn)油缸，放出主液壓油箱中的液壓油，主驅(qū)動(dòng)箱中的齒輪油、系統(tǒng)中的水；斷電并拆除所有管線和電纜，斷開(kāi)主機(jī)與一號(hào)拖車的連接。根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作拆除工裝，將拖車與主機(jī)部件依次進(jìn)行拆除。詳細(xì)步驟如圖1 所示。

圖1 拆除工序示意圖

2 盾構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)洞內(nèi)拆機(jī)技術(shù)研究

2.1 主驅(qū)動(dòng)洞內(nèi)拆除關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1.1 主驅(qū)動(dòng)洞內(nèi)拆除方案介紹

該盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)重約73t，由于受隧道內(nèi)空間限制需要提前制作拆除工裝。在將后配套拖車、拼裝機(jī)、米子梁以及人倉(cāng)全部拆除后，可以開(kāi)始準(zhǔn)備拆除主驅(qū)動(dòng)。首先需要在刀盤(pán)與前盾之間焊接七字板固定刀盤(pán)，然后將軌道延伸至主驅(qū)動(dòng)下方，主驅(qū)動(dòng)拆除工裝前進(jìn)至主驅(qū)動(dòng)位置，如圖2 所示。

圖2 拆除工裝與主驅(qū)動(dòng)固定示意圖

將主驅(qū)動(dòng)拆除工裝上的絲杠與提前在主驅(qū)動(dòng)上安裝的法蘭板進(jìn)行連接，可利用絲杠將主驅(qū)動(dòng)逐漸拉出。同時(shí)將HW200的Q355B 型鋼伸入到主驅(qū)動(dòng)下方進(jìn)行支撐，并用法蘭將型鋼與前盾進(jìn)行連接。

拆除主驅(qū)動(dòng)與刀盤(pán)的螺栓，將主驅(qū)動(dòng)向后拖拉600mm，利用固定在前盾上的千斤頂借助支撐塊1 對(duì)主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行支撐，如圖3 所示。

圖3 主驅(qū)動(dòng)后退600mm示意圖

主驅(qū)動(dòng)繼續(xù)后退500mm，并在主驅(qū)動(dòng)與前盾間隙處安裝支撐塊2，對(duì)主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行支撐，如圖4 所示。此時(shí)完成了對(duì)主驅(qū)動(dòng)與刀盤(pán)的斷開(kāi)工作，再將主驅(qū)動(dòng)繼續(xù)后退，直至完全脫離盾體，利用該工裝將主驅(qū)動(dòng)運(yùn)出洞外。在運(yùn)輸過(guò)程中，要盡量勻速，防止主驅(qū)動(dòng)對(duì)工裝造成沖擊。在轉(zhuǎn)彎時(shí)要進(jìn)行減速防止與隧道內(nèi)其他物體干涉。

圖4 主驅(qū)動(dòng)后退至1100mm示意圖

2.1.2 主驅(qū)動(dòng)洞內(nèi)拆除工裝建模及受力分析

圖5 所示為主驅(qū)動(dòng)完全脫離盾體后，在洞內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程的示意圖。

如圖6 所示，2 個(gè)邊支撐的與垂直中心線的角度θ為31.6°，假設(shè)邊支撐對(duì)主驅(qū)動(dòng)的支反力為F1，中間支撐對(duì)主驅(qū)動(dòng)的支反力為F2，主驅(qū)動(dòng)重力為G，可得

圖6 主驅(qū)動(dòng)支撐示意圖

已知主驅(qū)動(dòng)重量為73t，代入公式可得

2.1.3 主驅(qū)動(dòng)洞內(nèi)拆除工裝建模及強(qiáng)度校核

通過(guò)主驅(qū)動(dòng)洞內(nèi)運(yùn)輸示意圖可以看出，主驅(qū)動(dòng)的重力全部由拆除工裝的支撐梁承受，且接觸長(zhǎng)度為圖中標(biāo)注的1 023mm?？膳袛喈?dāng)主驅(qū)動(dòng)位于兩支撐梁中間時(shí)，支撐梁的受力最大。因此根據(jù)以上條件利用ANSYS 軟件對(duì)拆除工裝進(jìn)行強(qiáng)度校核。

考慮到實(shí)際情況，將主驅(qū)動(dòng)與工裝的接觸定義為面接觸，認(rèn)為主驅(qū)動(dòng)位于兩豎梁中間位置時(shí)為最危險(xiǎn)位置。首先對(duì)危險(xiǎn)位置受力面施加壓力，對(duì)工裝底部進(jìn)行固定，如圖7 所示。

隨后劃分網(wǎng)格并進(jìn)行計(jì)算，得到變形以及受力結(jié)果如圖8～圖10 所示。

圖8 網(wǎng)格劃分示意圖

圖9 變形結(jié)果示意圖

圖10 受力結(jié)果示意圖

根據(jù)結(jié)果顯示，最大形變?yōu)?.57mm，受力最大值為197MPa，滿足強(qiáng)度條件。

2.2 拖車后退關(guān)鍵技術(shù)研究

2.2.1 拖車拆除特殊工裝設(shè)計(jì)

后配套拖車拆除應(yīng)先拆除連接銷，同時(shí)在拖車的4 個(gè)豎梁位置焊接支撐座，將千斤頂固定在支撐座上，利用千斤頂將拖車抬升50mm，將提前準(zhǔn)備好的拖車拆除工裝與拖車通過(guò)法蘭連接。以一號(hào)拖車為例，如圖11 所示。

圖11 拖車拆除工裝示意圖

拖車支撐工裝由4 根長(zhǎng)度為490mm 的HW250 的Q355B 型鋼以及2 根長(zhǎng)度為2 160mm的HW250 的Q355B 型鋼組成，每根豎梁下方對(duì)應(yīng)有1 個(gè)鋼輪對(duì)。

2.2.2 拖車拆除工裝受力計(jì)算

已知一號(hào)拖車重約50t，可算出豎梁對(duì)橫梁的支反力F1=125kN。利用Ansys 軟件對(duì)兩根橫梁進(jìn)行校核，結(jié)果顯示，最大形變?yōu)?.001mm，受力最大值為148MPa，滿足強(qiáng)度條件。

對(duì)橫梁與拖車的連接螺栓進(jìn)行校核，已知連接法蘭上均勻布置8 個(gè)M30-10.9 級(jí)螺栓，8 顆螺栓所受的最大軸向工作載荷為635 417N，采用M42-10.9 級(jí)螺栓，單個(gè)螺栓的保證載荷為1 026 225N，則螺栓安全系數(shù)n≈1.615，可得螺栓滿足強(qiáng)度要求。

2.2.3 拖車后退

根據(jù)拆機(jī)要求，拆機(jī)時(shí)需要將拖車退回至始發(fā)井口，再吊至地面，進(jìn)行下一次的裝機(jī)工作。拖車拆除時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行支撐固定，然后在拖車尾部焊接吊耳，利用電瓶車將拖車依次向后拉，在移動(dòng)之前，應(yīng)檢查隧道內(nèi)是否有障礙物，如若有要及時(shí)清理。拖車在電瓶車的作用下緩慢向后行駛，在前后方分別配備1 名觀察員，當(dāng)拖車一定發(fā)生異常時(shí)及時(shí)匯報(bào)給司機(jī)，并進(jìn)行停車處理，以免發(fā)生危險(xiǎn)，造成不必要的損失。

3 結(jié)論與展望

1）關(guān)鍵部件洞內(nèi)拆機(jī)時(shí)都要配備相應(yīng)的工裝，是否可將工裝設(shè)計(jì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與系列化，這樣可將工裝用于多個(gè)設(shè)備，同時(shí)節(jié)省大量成本。

2）主驅(qū)動(dòng)拆除是洞內(nèi)拆除施工中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，通過(guò)制作帶有底部支撐以及絲桿結(jié)構(gòu)的工裝可將主驅(qū)動(dòng)拆除并運(yùn)送至洞外。

3）通過(guò)更換輪對(duì)并輔助以電瓶車拖拉的方式可解決后配套拖車后退難度大的問(wèn)題，此方案不會(huì)對(duì)管片造成任何損壞，且提高了拖車拆除的效率，使得業(yè)主增加了方案的接受度。

本文涉及的洞內(nèi)拆機(jī)拖車后退、主驅(qū)動(dòng)拆除解決方案，可用于多種類型、大小的盾構(gòu)。對(duì)于部件結(jié)構(gòu)不同的情況，可相應(yīng)調(diào)整工裝結(jié)構(gòu)。利用工裝可以大大減少洞內(nèi)吊耳的使用，使施工條件更加的安全，能更好地保證操作人員的安全。