成形隧道上方盾構(gòu)機(jī)出井吊裝對(duì)隧道的影響

李增業(yè)

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

目前已有眾多學(xué)者針對(duì)盾構(gòu)機(jī)出井吊裝對(duì)工作井結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究，此研究亦成為近年來的熱點(diǎn)。本文采用常規(guī)的受力變形分析，對(duì)盾構(gòu)機(jī)出井吊裝時(shí)，起重設(shè)備站位在成形隧道上方進(jìn)行吊裝作業(yè)的工況進(jìn)行分析，通過成形隧道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理，淺析盾構(gòu)機(jī)出井吊裝對(duì)成形隧道產(chǎn)生的影響。

1 概述

1.1 項(xiàng)目概況

上海市江浦路越江隧道新建工程襯砌為單層預(yù)制鋼筋混凝土管片，外徑11 360 mm，內(nèi)徑10 400 mm，管片厚480 mm、寬1 500 mm。隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，其中，口字件、車道板、防撞墻為預(yù)制結(jié)構(gòu)，牛腿、壓重混凝土為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 隧道斷面示意

盾構(gòu)隧道分東、西兩線。東線長(zhǎng)785.166 m，采用φ11 580 mm小松泥水平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)；西線長(zhǎng)781 m，采用φ11 630 mm鐵建重工氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。

2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均從浦東工作井始發(fā)，在浦西工作井接收。浦西工作井周邊環(huán)境較為復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹小，盾構(gòu)機(jī)出井吊裝時(shí)，吊機(jī)需站位于成形隧道上方。盾構(gòu)機(jī)吊裝采用起重能力為400 t的徐工履帶吊（圖2）。

圖2 履帶吊站位示意

1.2 成形隧道受力分析的必要性

在盾構(gòu)機(jī)出井吊裝施工中，一般會(huì)避免在成形隧道上方進(jìn)行吊裝，而是選擇在工作井的邊側(cè)進(jìn)行作業(yè)，盡量避免或減小對(duì)成形隧道的影響。目前城市內(nèi)的隧道工程越來越多，不可避免地會(huì)受到場(chǎng)地因素的限制，必須在成形隧道上方進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)出井吊裝作業(yè)。本文中受力分析均根據(jù)履帶吊受力最不利條件下的工況進(jìn)行計(jì)算。

2 履帶吊及其站位區(qū)域場(chǎng)地概況

2.1 履帶吊站位區(qū)域地面加固情況

吊車行走和作業(yè)區(qū)域的場(chǎng)地必須平整（要求吊裝區(qū)域地面平整度≤0.5%）、堅(jiān)實(shí)。主吊車作業(yè)區(qū)域?yàn)楣ぷ骶募庸虆^(qū)域，地面已完成厚40 cm的混凝土施工。

地下連續(xù)墻及冠梁與吊車地面基本平齊，滿足吊車行走和吊裝需要。吊裝現(xiàn)場(chǎng)地面處理及布置需充分考慮履帶吊組裝及配重的運(yùn)輸拆裝、刀盤分割、存放裝車、刀盤整體翻身、主驅(qū)動(dòng)組件翻身及拼裝機(jī)翻身上井的需求。

2.2 履帶吊荷載

地面載荷按400 t履帶吊裝載最大質(zhì)量部件時(shí)所承受的最大載荷計(jì)算。起吊時(shí)地基承載力驗(yàn)算（按最大件盾構(gòu)機(jī)刀盤組件質(zhì)量150 t計(jì)算）：主機(jī)質(zhì)量218 t、車身配重20 t、轉(zhuǎn)臺(tái)配重110 t、超起懸掛配重230 t、刀盤質(zhì)量150 t，合計(jì)為728 t（即7 280 kN）。根據(jù)加固土取芯報(bào)告，加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于1 MPa，此處按1 MPa計(jì)算。地面為厚40 cm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3 最不利工況管片受力分析

3.1 最不利工況分析

刀盤起吊時(shí)履帶吊作業(yè)半徑最大，起重量最大（圖3），此時(shí)履帶吊整體受力最大。

圖3 履帶吊受力分析

3.2 硬地坪承載力計(jì)算

為安全起見，本次計(jì)算最不利工況按單條履帶承受總重一半荷載的1.2倍計(jì)算。同時(shí)考慮活載系數(shù)1.4，單條履帶最大受荷為6 115 kN。按此最不利情況驗(yàn)算厚400 mm硬地坪抗沖切承載能力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際硬地坪配筋、混凝土強(qiáng)度、混凝土厚度，按GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示，受沖切截面滿足荷載承載要求。為安全起見，對(duì)于徐工400 t履帶吊，其每條履帶下方分別加墊5個(gè)6 000 mm×2 200 mm×40 mm的路基箱以進(jìn)一步分散荷載，避免地坪集中受力。

3.3 地基土承載力驗(yàn)算

單條履帶下路基箱面積為6×2.2×5＝66（m2），考慮單條履帶最不利荷載為6 115 kN，按均布荷載6 115÷66≈92.7（kPa）考慮。根據(jù)加固土取芯報(bào)告，加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于1 MPa，此處按1 MPa計(jì)算。考慮最不利工況時(shí)，地基土均布荷載為92.7 kPa＜1 MPa。加固土抗壓能力滿足要求。

根據(jù)地基承載力報(bào)告，承載力約為140 kN/m2，即140 kPa。考慮最不利工況時(shí)單條履帶受力，地基土均布荷載為92.7 kPa＜140 kPa，地基承載力亦能滿足要求。

3.4 地基土下部軟土承載力計(jì)算

地基土下部存在軟弱④層土，結(jié)合地勘報(bào)告數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，軟弱下臥層承載力滿足要求。

3.5 加固土下臥管片受力驗(yàn)算

采用圓環(huán)管片受力分析軟件進(jìn)行核算，結(jié)果如下：

1）彎矩驗(yàn)算：彎矩設(shè)計(jì)允許值為451.6 kN·m，驗(yàn)算值為423.41 kN·m，滿足要求。

2）軸力驗(yàn)算：軸力設(shè)計(jì)允許值為2 041.6 kN，驗(yàn)算值為2 191.2 kN。計(jì)算時(shí)所選模型為通縫管片模型，本工程中管片為錯(cuò)縫拼裝，設(shè)計(jì)值取1.3倍系數(shù)，故2 191.2 kN＜2 041.6 kN×1.3＝2 654.08 kN。滿足要求。

3）位移驗(yàn)算：位移設(shè)計(jì)允許值為－22.7 mm，驗(yàn)算值為－20.66 mm，滿足要求。

4 分析結(jié)果驗(yàn)證

為確保施工過程中的絕對(duì)安全，在理論分析后又進(jìn)行了實(shí)測(cè)驗(yàn)證。實(shí)測(cè)驗(yàn)證主要針對(duì)管片變形方面進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量，實(shí)測(cè)實(shí)量根據(jù)吊裝前、后進(jìn)行分析。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。根據(jù)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，管片橫向、縱向變形均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

表1 隧道管片橫向收斂值

表2 隧道管片縱向收斂值

5 結(jié)語(yǔ)

依托上海市江浦路越江隧道新建工程盾構(gòu)上井吊裝實(shí)例，根據(jù)此項(xiàng)目實(shí)施前的驗(yàn)算和實(shí)施前后及實(shí)施過程中的收斂監(jiān)測(cè)情況，可知成形隧道管片的變形量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，但因變形量數(shù)值較大，施工過程中還應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻率。后續(xù)工程可按此方法對(duì)成形隧道進(jìn)行變形分析，在施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，避免對(duì)成形隧道造成不良影響，影響結(jié)構(gòu)安全。