周文朋 張國(guó)林 吳禎 高鋒 蘇勇

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000)

1 概述

1.1 工程概況

深圳城市軌道交通9號(hào)線，位于南海大道與工業(yè)六路站丁字路口，從海上世界站盾構(gòu)井始發(fā)，右線掘進(jìn)完成后在海上世界站二次始發(fā)掘進(jìn)海工區(qū)間左線，掘進(jìn)完左線后平移至右線吊出井吊拆退場(chǎng)，車(chē)站主體位于南海大道路面下，沿南海大道南北向布置。工業(yè)六路站南端頭井為左右線盾構(gòu)接收井。工業(yè)六路站為半幅蓋挖車(chē)站，東側(cè)(右線)明挖，西側(cè)(左線)蓋挖；左線盾構(gòu)機(jī)(蓋板范圍內(nèi))需平移至右線盾構(gòu)接收口范圍內(nèi)吊出，盾構(gòu)接收順序如圖1所示。

圖1 海工區(qū)間盾構(gòu)接收順序圖

1.2 盾構(gòu)機(jī)參數(shù)

采用海瑞克S810土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)施工作業(yè)，該盾構(gòu)機(jī)主要由刀盤(pán)、前盾、中盾、尾盾、連接橋、拼裝機(jī)、螺旋機(jī)和5節(jié)后配套臺(tái)車(chē)等部件組成，總重約475t，最重部件前盾約96t。具體盾構(gòu)機(jī)設(shè)備外形尺寸和重量如表1所示。

表1 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要部件參數(shù)表

2 平移施工準(zhǔn)備

2.1 施工場(chǎng)地找平

在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞前，將盾構(gòu)接收井(工業(yè)六路站南端頭)底板清理干凈，如圖2所示。

圖2 底板布置剖面圖

為了保證盾體在平移過(guò)程中平面的平整度，減少盾體在平移過(guò)程中的摩擦力，在混凝土底板面上鋪設(shè)20mm厚的鋼板(Q235B)，鋼板鋪設(shè)范圍為20.2m×12.2m(長(zhǎng)×寬)；鋼板接縫處每隔1m，開(kāi)坡口焊接，焊接完成后打磨至鋼板面平齊，鋼板鋪設(shè)注意事項(xiàng)：

(1)接收井底板需用水平尺校準(zhǔn)，在盾體平移方向每隔3m布置一個(gè)標(biāo)高基準(zhǔn)面，標(biāo)高基準(zhǔn)面采用型號(hào)為30mm×30mm、長(zhǎng)度為12m/根的方鋼，下面使用沖擊鉆打孔，插上直徑Φ16的螺紋鋼，然后，鋼筋與方鋼焊接牢固；嚴(yán)格控制填充后底板頂面的高程，保證填充底板頂面平整度，鋼板與鋼板接縫處應(yīng)平順。

(2)鋼板與鋼板之間緊密靠攏，鋼板之間縫隙進(jìn)行焊接，并打磨處理。

(3)將預(yù)留的鋼筋采用機(jī)械的方法壓倒，切勿采用火焰加熱。

2.2 接收基座安裝及加固

在安裝接收基座之前，在接收基座底部焊接20mm厚的鋼板，然后根據(jù)測(cè)量放線定位，在鋼板上安裝接收基座。接收基座在安裝時(shí)，接收基座的中心軸線應(yīng)與隧道設(shè)計(jì)軸線一致，接收基座的軌面標(biāo)高本應(yīng)按照設(shè)計(jì)軸線控制。為了使盾體更順利地步入接收基座上，軌面標(biāo)高在鋪設(shè)時(shí)，作適當(dāng)調(diào)整，設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)低于20mm。對(duì)接收基座進(jìn)行加固，利用鋼板等材料將接收基座牢牢與鋼板焊接成整體，對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，要求無(wú)裂縫、無(wú)氣泡、無(wú)夾渣等要求(具體如圖3所示)。特別要對(duì)接收基座縱向加固，保證盾構(gòu)機(jī)能順利到達(dá)接收基座上。

圖3 接收基座與鋼板焊接圖

2.3 盾體與基座固定

盾體進(jìn)入接收基座后，連接橋與拼裝機(jī)分離，以及連接在盾體內(nèi)的管線要完全斷開(kāi)。盾體與接收基座用鋼板連接焊接固定，盾體與接收基座兩側(cè)用20mm的鋼板連接固定，每側(cè)焊4道，焊縫要求無(wú)裂縫、無(wú)氣泡、無(wú)夾渣等缺陷。中間用鋼絲繩拉2道，確保盾體與基座連接牢固，如圖4～圖5所示。

圖4 盾體與基座固定示意圖

圖5 盾體與鋼板焊接大樣圖

3 盾體平移

盾體平移是利用千斤頂把盾體與接收基座緩慢地從接收井左線平移到接收井右線，然后進(jìn)行盾體拆卸吊裝出井。具體步驟如圖6所示。

圖6 盾構(gòu)機(jī)平移流程圖

3.1 平移盾體摩擦阻力

盾體由刀盤(pán)、前盾、中盾尾盾、人倉(cāng)、管片拼裝機(jī)等主要部件組成，盾體整體放在基座上，總體重量為282.6t。盾體平移所需要克服的摩擦阻力(即推力)：

f=μmg≈0.2×282.6×103×10=565.2kN

依照理論值需要565.2kN(56.5t)的推力就能把盾體移動(dòng)，為了能夠順利把盾體從左線平移到右線，選擇兩個(gè)100t的液壓千斤頂推盾體。

3.2 安裝千斤頂

盾體的重量均勻地分布在接收基座上，根據(jù)接收基座的結(jié)構(gòu)，千斤頂擺放位置具體如圖7所示，在千斤頂后面焊接后頂座。后頂座的面積大于千斤頂?shù)拿娣e，使用300mm×300mm×20mm的鋼板做接觸面，面板后面用20mm厚鋼板做加筋板。

圖7 千斤頂位置示意圖

3.3 盾體平移

盾體加固完成，平移千斤頂擺放到位后，在平鋪的鋼板上涂抹一層潤(rùn)滑油脂。各工序完全到位后，啟動(dòng)平移千斤頂，千斤頂慢慢伸出并且要同步；隨著千斤頂?shù)木徛斐龊?，盾體也會(huì)隨著慢慢移動(dòng)。

千斤頂伸出一個(gè)行程(1m)后，縮回千斤頂；然后把后頂座割除，往前移動(dòng)，位移量為千斤頂回縮后的實(shí)際長(zhǎng)度。然后，焊接牢固，重新擺放千斤頂，伸出油缸，慢慢地把盾體推移一個(gè)行程，這樣循環(huán)的工作，把盾體安全順利地移動(dòng)到右線接收井口。盾體水平方向(從左線移到右線)之后，在軸線上，使中、前盾在吊裝半徑內(nèi)，便于吊裝。

4 后頂座受力驗(yàn)算

盾體平移，千斤頂油缸對(duì)稱伸出作用在基座上，反作用力在后頂座上；油缸實(shí)際長(zhǎng)度為1100mm，直徑為Φ250mm。后頂座如圖8～圖9所示。

圖8 后頂座大樣圖

圖9 焊縫詳圖

后頂座所受壓力即為摩擦力：

f=μmg≈0.2×282.6×103×10=565.2kN

頂推油缸受力面積為：

s=π·r2314×0.1252=0.049m2

后頂座抗剪強(qiáng)度為：

τ=f/2s=5.652×105/2×0.049=5.77×106Pa=5.77MPa

4.1 焊腳尺寸確定

焊腳尺寸確定，是為了兩個(gè)目的：①避免焊縫處局部過(guò)熱，減少焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形；②避免焊縫由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織焊導(dǎo)致母材開(kāi)裂。相應(yīng)焊腳尺寸應(yīng)滿足以下構(gòu)造要求條件：

①hf,max≤1.2δ；

②δ>6mm，hf,max≤δ-(1～2)mm；

③hf,min≥1.5×δ1/2(計(jì)算數(shù)值進(jìn)位取整)

此處取最大焊腳尺寸hf,max=10mm，最小焊腳尺寸取7mm，鋼板δ=20mm；

顯然，①(hf,max=10mm)≤(1.2δ=24mm)；

②(hf,max=10mm)≤{δ-(1～2)mm=18～19mm}；

③(hf,min=7mm)≥(1.5×δ1/2=7mm)。

后頂座焊縫焊腳尺寸滿足要求。

4.2 確定焊縫長(zhǎng)度

后頂座焊縫主要為側(cè)面角焊縫，主要承受剪力，應(yīng)力狀態(tài)較為單一。在彈性階段，剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻，兩端大中間小，且焊縫越長(zhǎng)越不均勻，應(yīng)力越集中，但側(cè)縫塑性好。因后頂座內(nèi)力沿焊縫全長(zhǎng)分布，故焊縫最大長(zhǎng)度不予限制，但對(duì)焊縫最小值有所規(guī)定：

lw≥8hf(且不得小于40mm)

lw=(60mm)≥(8hf=56mm)不小于40mm，焊縫長(zhǎng)度滿足要求。

4.3 焊縫強(qiáng)度計(jì)算

規(guī)范中指出，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45°截面作為計(jì)算截面，然而實(shí)際計(jì)算當(dāng)中截面的各應(yīng)力分量計(jì)算較為繁雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范假定，焊縫在有效界面處破壞，則直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：

綜上所述，后頂座焊縫強(qiáng)度滿足要求。

5 結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用以上方法較好地完成了盾構(gòu)機(jī)的平移吊出任務(wù)，后頂座及其焊縫通過(guò)實(shí)際運(yùn)用完全滿足頂推受力要求。對(duì)于地鐵類似工程有一定借鑒作用，并希望對(duì)盾體平移技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮一點(diǎn)成效[1-4]。