地鐵盾構(gòu)機(jī)吊裝技術(shù)優(yōu)化分析

李勇波， 劉 露， 張 巖

(1. 中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司， 四川成都 610000；2. 中交第二航務(wù)工程局有限公司工程裝備分公司， 湖北武漢 430000)

何聰?shù)萚1]依托國(guó)內(nèi)自主研制的φ12.14 m最大土壓平衡盾構(gòu)機(jī)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了由上翻架和下翻架組成的主驅(qū)動(dòng)吊裝工裝。邵明月和陳勇華[2]針對(duì)某長(zhǎng)江公路隧道工程超大直徑盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)組裝技術(shù)重難點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)方案比選、技術(shù)論證等手段，明確組織分工，優(yōu)化吊裝工藝，合理進(jìn)行機(jī)具選型。李超峰[3]以成都地鐵6號(hào)線土建3標(biāo)建設(shè)項(xiàng)目為例，研究地鐵盾構(gòu)機(jī)吊裝施工的準(zhǔn)備工作和吊裝設(shè)備及吊具的選擇，并進(jìn)一步探討了安全施工措施。王飛等[4]針對(duì)在有限場(chǎng)地不能滿足施作吊裝設(shè)備基礎(chǔ)條件的情況，分析采用均衡載板作為整體吊裝設(shè)備基礎(chǔ)施工的安全性。杜鵬等[5]針對(duì)盾構(gòu)機(jī)單件重量大，吊裝風(fēng)險(xiǎn)高特點(diǎn)，從盾構(gòu)吊裝設(shè)備選型入手，以理論研究為依托，分析吊裝設(shè)備選型計(jì)算及吊裝施工關(guān)鍵控制點(diǎn)，進(jìn)而保障了盾構(gòu)吊裝施工安全。本文以福州濱?？炀€盾構(gòu)機(jī)吊裝為背景，對(duì)吊裝半徑、履帶吊吊裝設(shè)備的選擇、吊裝場(chǎng)地沖切承載力進(jìn)行了探討。

1 工程概況

中間風(fēng)井(濱海新城站—機(jī)場(chǎng)站區(qū)間)外包尺寸為32 m×50.8 m，開挖深度25.4 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚100 cm地下連續(xù)墻，插入比為1.03。樁頂施作冠梁，將所有圍護(hù)樁連接成一個(gè)整體?；娱_挖范圍內(nèi)的土層從上到下依次是：素填土、粉細(xì)砂、(泥質(zhì))粉細(xì)砂、(含泥)粉細(xì)砂。

濱海新城站—機(jī)場(chǎng)站區(qū)間采用4臺(tái)直徑8.6 m復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，因?yàn)I海新城站、機(jī)場(chǎng)站場(chǎng)地均不具備始發(fā)條件，而泥水盾構(gòu)設(shè)備總長(zhǎng)約為110 m，中間風(fēng)井長(zhǎng)度僅50.8 m，無(wú)法滿足泥水盾構(gòu)正常始發(fā)的需要，故4臺(tái)泥水盾構(gòu)均從中間風(fēng)井分體始發(fā)。

2 吊裝設(shè)備及吊具選擇

濱海新城站—中間風(fēng)井區(qū)間隧道盾構(gòu)機(jī)選型參照中交天和183#、184#盾構(gòu)機(jī)。由于該盾構(gòu)機(jī)尺寸大，重量重，盾構(gòu)機(jī)需要分件吊裝。單件最重設(shè)備以最大重量(驅(qū)動(dòng))為參照：m=135 t；幾何尺寸為：6 060 mm×3 429 mm×5 310 mm。經(jīng)過(guò)對(duì)徐工XGC300、中聯(lián)QYU450、徐工XGC400-I吊裝設(shè)備計(jì)算核算，在滿足可行性和成本最小化的前提，選擇中聯(lián)QUY350作為本次盾構(gòu)吊裝的設(shè)備。

2.1 吊裝作業(yè)半徑計(jì)算

根據(jù)QUY350履帶式起重機(jī)外形尺寸及現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地實(shí)際測(cè)量，作業(yè)半徑計(jì)算如下：

R=R1+L1+L2+L3+L4

=4.2+4.5+1.505+0.5+1=11.705 m

(1)

式中，吊車回轉(zhuǎn)中心距履帶外邊緣R1=4.2 m，履帶吊外邊緣至井口邊緣距離L1=4.5 m,主驅(qū)動(dòng)尺寸的一半為L(zhǎng)2=1.505 m,盾構(gòu)吊裝過(guò)程中考慮構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)之間安全距離為L(zhǎng)3=0.5 m,預(yù)留刀盤位置：L4=1 m。作業(yè)半徑本文取R=12 m。

2.2 吊裝重量計(jì)算

驅(qū)動(dòng)吊裝實(shí)際重量G：

G=K×m+g+g1=1.1×135+5.7+1=155.2 t

(2)

式中:K為動(dòng)載系數(shù)，取1.1；g為吊鉤重量，取5.7 t；g1為索卡具重量，取1 t。

2.3 起重機(jī)配置及吊裝起重量核算

選擇超起配重幅度11 m，主臂30 m，副臂7.5 m，后配重85 t，車身壓重50 t，副臂安裝角度15 °，超起配重110 t。工作半徑R=12 m時(shí)，起吊重量為220 t，滿足起重吊裝要求。

3 盾構(gòu)機(jī)吊裝場(chǎng)地地基承載力驗(yàn)算

3.1 履帶受力計(jì)算

地面載荷按中聯(lián)QUY350計(jì)算選擇最吊裝大重量部件時(shí)所承受的最大載荷計(jì)算。

主機(jī)質(zhì)量：189 t；車身壓重：50 t；后配重：85 t；超起配重110 t；驅(qū)動(dòng)：135 t；吊鉤、索卡：6.7 t；合計(jì)：575.7 t。

靠近基坑側(cè)履帶為前履帶，履帶吊履帶長(zhǎng)度為8.76 m，履帶中心寬度7.2 m，履帶寬1.2 m。吊臂工作半徑為12 m，吊車重心距前履帶中心距離為3.6 m，吊點(diǎn)距前履帶中心距離為12 m-3.6 m=8.4 m，配重距后履帶中心距離為2.575 m，超起配重距后履帶中心距離為7.4 m。設(shè)后履帶中心承受荷載為R1，前履帶中心為R2。

圖1 吊車基礎(chǔ)承載力計(jì)算圖(單位：m)

對(duì)作用點(diǎn)R1、R2分別求彎矩可得：

R1=2.77×103kN

(3)

R2=3.12×103kN

(4)

3.2 混凝土板沖切承載力驗(yàn)算

350 t履帶吊需要場(chǎng)地尺寸為10 m×32 m裝場(chǎng)地范圍均澆筑30 cm厚C35鋼筋混凝土。

根據(jù)GB 5001-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，在局部荷載或集中反力作用下，不配置箍筋或彎起鋼筋的板的受沖切承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：

Ft≤(0.7βhft+0.25σpc,m)ημmh0

(5)

(6)

μm=(9.95+0.275)×2+(1.2+0.275)×2=23.4 m

(7)

式中：Ft為局部荷載設(shè)計(jì)值或集中反力設(shè)計(jì)值(kN)；βh為截面高度影響系數(shù);當(dāng)h不大于800 mm時(shí)，取βh為1.0；σpc,m為計(jì)算截面周長(zhǎng)上兩個(gè)方向混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力按長(zhǎng)度的加權(quán)平均值，σpc,m=1 N/mm2；ft為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa),C35混凝土取1.57×103kPa;μm為計(jì)算截面的周長(zhǎng)，取距離局部荷載或集中反力作用面積周長(zhǎng)h0/2處板垂直截面最不利周長(zhǎng)；h0為截面有效高度，為0.275 m；βs為局部荷載或集中反力作用面積為矩形的長(zhǎng)邊與短邊的比值，本文取8；αs為柱位置影響系數(shù)：αs=30。

由式(5)可得：

R2≤(0.7×1×1570+0.25×1000)×

0.55×23.4×0.275=4774.45 kN

結(jié)果驗(yàn)算符合要求。

3.3 鋼筋配置

根據(jù)GB 5001-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，受壓構(gòu)件縱向全部采用強(qiáng)度等級(jí)400 MPa的鋼筋，最小配筋百分率為0.55 %。

本文縱向鋼筋下部采用φ18@200，上部采用φ16@200；橫向鋼筋上下都采用φ16@200；

=0.71%>0.55%

(8)

鋼筋配置滿足規(guī)范要求。

4 注意事項(xiàng)

(1)對(duì)于盾構(gòu)機(jī)吊裝履帶吊選型時(shí)，應(yīng)考慮盾構(gòu)吊裝場(chǎng)地布置情況、龍門吊走道梁布置高度、盾構(gòu)機(jī)運(yùn)送過(guò)來(lái)時(shí)的吊裝站位。

(2)應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)分件吊裝中的每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行吊裝驗(yàn)算，確保盾構(gòu)機(jī)選型的精確性。

(3)特別注意履帶吊在回轉(zhuǎn)，升降臂時(shí)的工況。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)盾構(gòu)機(jī)分件吊裝重量和工作半徑進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行履帶吊吊裝設(shè)備的選擇、吊裝場(chǎng)地沖切承載力計(jì)算探討。盾構(gòu)機(jī)吊裝施工在滿足可行性及安全性的前提下，控制了吊裝施工的成本，可為類似工程提供借鑒。