特殊工況下盾構(gòu)機(jī)出井吊裝施工技術(shù)研究

王曉嬋

(北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京 100089)

盾構(gòu)法施工以快速、安全、穩(wěn)定等特點(diǎn)在地鐵隧道施工中得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)出洞和盾構(gòu)吊裝是施工中既關(guān)鍵又容易發(fā)生事故的工序[1],若始發(fā)井、接收井設(shè)計(jì)不合理或措施考慮不足,盾構(gòu)吊裝過程可能發(fā)生嚴(yán)重的基坑垮塌事故、傷亡事故,以及造成不可估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失[2]。尤其在點(diǎn)多面廣、工期緊的施工組織中,難免會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)、工籌、搶險(xiǎn)等客觀因素出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)未完全完成(以下簡稱不完整接收井)情況下盾構(gòu)機(jī)吊裝作業(yè)。

對(duì)于主體結(jié)構(gòu)不完整情況下的盾構(gòu)吊裝,國內(nèi)已有相關(guān)技術(shù)研究。宋林等[2]對(duì)特殊環(huán)境下6 m盾構(gòu)提前吊裝下井時(shí)基坑的安全穩(wěn)定性進(jìn)行分析,同時(shí)提出一種合理的二維驗(yàn)算方法。桂林等[3]介紹了現(xiàn)場監(jiān)測在不施工車站主體結(jié)構(gòu)底板前提下提前吊裝盾構(gòu)機(jī)過程中的實(shí)施經(jīng)驗(yàn);陳麗娜[4]優(yōu)化了盾構(gòu)在臨時(shí)支護(hù)條件下的進(jìn)站吊出設(shè)計(jì)方案;張帥軍[5]總結(jié)了盾構(gòu)機(jī)在臨時(shí)支撐條件下的出洞吊出施工技術(shù)措施。

綜上,雖然國內(nèi)已有不完整主體結(jié)構(gòu)情況下盾構(gòu)吊裝進(jìn)出井的案例,但一般都是基于6.0 m和6.4 m的盾構(gòu)隧道,對(duì)盾構(gòu)機(jī)的拆解、吊裝經(jīng)驗(yàn)也主要基于此類設(shè)備型號(hào)。北京軌道交通新機(jī)場線盾構(gòu)區(qū)間采用管片外徑8.8 m的盾構(gòu)機(jī),盾構(gòu)機(jī)自重較大,對(duì)吊裝場地要求較高。考慮到工籌等因素,在盾構(gòu)接收井結(jié)構(gòu)施工未完成情況下對(duì)盾構(gòu)機(jī)拆解吊裝,技術(shù)要求更高、風(fēng)險(xiǎn)更大,增加了施工作業(yè)難度。在這種特殊情況下,應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)有針對(duì)性地進(jìn)行分析研究,制定合理的施工方案,在保證施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度情況下完成接收井在不完整狀態(tài)下的拆解吊裝。

1 工程簡介

1.1 工程概況

大興新機(jī)場線某盾構(gòu)區(qū)間工程,接收井尺寸為34.5 m×19 m,為地下2層3跨框架結(jié)構(gòu),頂板覆土為5.1～13.0 m,底板埋深為20.0～24.1 m。計(jì)劃采用1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行左、右線施工,先掘進(jìn)右線至接收井。該接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系,二襯為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)到達(dá)時(shí),盾構(gòu)接收井已完成地下二層結(jié)構(gòu)及中圈梁,地下一層的側(cè)墻及頂環(huán)框梁未完成,如圖1所示,虛線部分為未完成結(jié)構(gòu),剖面圖中顯示施工縫以上結(jié)構(gòu)未做,接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的2層鋼支撐未拆除。

圖1 不完整接收井結(jié)構(gòu)平面、剖面示意圖Fig.1 Schematic diagram of plan and section of incomplete receiving shaft structure

盾構(gòu)機(jī)需要在盾構(gòu)接收井結(jié)構(gòu)不完整條件下進(jìn)行接收、拆解、吊裝出井,其不完整體現(xiàn)在2個(gè)方面:1)接收井地下一層側(cè)墻及頂環(huán)框梁未完成,接收井的上部缺少一層永久結(jié)構(gòu)的大剛度環(huán)向支撐;2)接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冠梁以下2層鋼支撐未拆除,盾構(gòu)機(jī)較大部件吊出井時(shí),為騰出吊裝孔需拆除部分鋼支撐,從而使圍護(hù)結(jié)構(gòu)也不完整。

1.2 盾構(gòu)機(jī)分塊及質(zhì)量情況

被吊物盾構(gòu)機(jī)直徑為9.04 m,主機(jī)總長約為11.66 m,外加后配套臺(tái)車整機(jī)總長約120 m。盾構(gòu)機(jī)的刀盤、主驅(qū)動(dòng)、鉸接環(huán)為此次吊裝三大件。盾構(gòu)主要大質(zhì)量部件及尺寸如表1所示。

表1 盾構(gòu)機(jī)主要部件質(zhì)量及尺寸表

1.3 盾構(gòu)施工場地及周邊環(huán)境條件

通過本標(biāo)段巖土工程勘察報(bào)告得知,地基自上而下為粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂-細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、粉土等。接收井現(xiàn)場有約20 m×50 m的空地,供盾構(gòu)機(jī)吊裝時(shí)吊車站位及盾體翻轉(zhuǎn)使用。吊裝作業(yè)現(xiàn)場無地下管線,地面有10 kV架空線,通過對(duì)吊車站位綜合考慮,可避開架空線對(duì)吊裝的影響。接收井現(xiàn)場平面圖見圖2。

2 吊裝不利情況分析及解決方案

2.1 盾構(gòu)吊裝最不利情況分析

2.1.1 起重機(jī)參數(shù)選擇

在接收井不完整情況下的吊裝作業(yè)優(yōu)先選用輪式汽車起重機(jī)。因此,本工程選擇1臺(tái)800 t輪式汽車起重機(jī)作為主力起重機(jī)械,自重加配重總質(zhì)量為296 t,行駛狀態(tài)下長17.91 m,寬3 m,工作時(shí)支腿間距縱向13 m,橫向13 m。選擇1臺(tái)200 t輪式汽車起重機(jī)作為輔助起重機(jī)械,自重加配重總質(zhì)量為137 t,行駛狀態(tài)下長16.2 m,寬3 m,工作時(shí)支腿間距縱向9.6 m,橫向8.7 m。

2.1.2 最大件吊裝吊車最不利情況分析

一般來說,大件吊裝最不利情況發(fā)生在以下5個(gè)時(shí)點(diǎn):1)吊裝最重部件時(shí);2)吊裝最遠(yuǎn)部件時(shí);3)單個(gè)支腿受力最大時(shí);4)被吊物位于吊車側(cè)面時(shí);5)最軟地基處支腿受力最大時(shí)。

本次吊裝中最重被吊件為盾構(gòu)機(jī)鉸接環(huán),質(zhì)量為140 t;最遠(yuǎn)被吊件為刀盤,質(zhì)量為120 t;吊車單腿受力不利工況隨著轉(zhuǎn)臂角度而變化,最不利時(shí)為吊起重物后吊車臂與支腿在同一個(gè)方向。

結(jié)合本工程現(xiàn)場實(shí)際情況,吊裝作業(yè)最不利情況為刀盤和鉸接環(huán)的起吊環(huán)節(jié)。

2.2 不完整接收井盾構(gòu)機(jī)吊裝解決方案

在結(jié)構(gòu)完整的接收井條件下,設(shè)計(jì)已對(duì)盾構(gòu)吊裝各因素作了充分考慮。但在結(jié)構(gòu)不完整的條件下,接收井受力情況不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)條件,在這種情況下進(jìn)行的吊裝作業(yè),需彌補(bǔ)不完整結(jié)構(gòu)帶來的缺陷,主要有以下3點(diǎn):

1)接收井需完成隧道層的二次襯砌結(jié)構(gòu),在盾構(gòu)隧道上方形成一道環(huán)形支撐梁,這樣才能拆除盾構(gòu)隧道層的鋼支撐;

2)由于隧道層上方的二襯結(jié)構(gòu)未完全完成,相應(yīng)的鋼支撐不能全部拆除,使盾構(gòu)吊裝孔尺寸不足,影響吊裝作業(yè);

3)在吊裝作業(yè)時(shí),起重設(shè)備自重及吊重對(duì)基坑產(chǎn)生的側(cè)壓力可能超過設(shè)計(jì)允許值,需要克服。

2.2.1 不完整接收井鋼支撐替換措施

因盾構(gòu)機(jī)單件體積較大,接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼支撐之外的空間無法滿足單體大件吊裝作業(yè),需進(jìn)行鋼支撐拆除置換。經(jīng)吊裝模擬需拆除基坑最長的2根斜撐,如圖3所示,虛線表示鋼支撐,同時(shí)在圖4中A區(qū)域現(xiàn)澆鋼筋混凝土角撐,以此補(bǔ)償長斜撐拆除后對(duì)冠梁的支撐削弱。因吊車站位主要集中在盾構(gòu)前體部位對(duì)應(yīng)的基坑側(cè),盾構(gòu)后體對(duì)應(yīng)的基坑側(cè)暫不采取補(bǔ)強(qiáng)措施,但需對(duì)冠梁位移進(jìn)行監(jiān)測。

圖3 起重機(jī)站位圖Fig.3 Crane location map

圖4 加固區(qū)域位置及范圍示意圖Fig.4 Schematic diagram of location and scope of the reinforcement area

2.2.2 吊車站位及支腿地基處理

1)吊車站位

根據(jù)接收井現(xiàn)況、被吊物質(zhì)量、位置及吊車的整體性能確定主吊800 t輪式汽車起重機(jī)的站位。如圖3所示,吊車近基坑側(cè)支腿支在圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁頂[2],即A,B區(qū)域,使質(zhì)量通過2個(gè)支腿作用在冠梁上,并通過冠梁傳遞到樁,通過樁再傳遞到接收井下部地層。吊車遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿,支在基坑遠(yuǎn)側(cè),即C,D區(qū)域。

2)吊車支腿處地基處理

在不完整接收井處進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的拆解吊裝作業(yè),結(jié)合施工現(xiàn)場情況,對(duì)800 t輪式汽車起重機(jī)站位區(qū)域采取加固措施,見圖4,白色區(qū)域?yàn)樾龂姌都庸虆^(qū)域,陰影部分為鋼筋混凝土加固區(qū)域。

A(5 500 mm×6 000 mm)、B(4 000 mm×8 000 mm)、C(5 000 mm×8 000 mm)、D(5 000 mm×8 000 mm)支腿區(qū)域內(nèi)土體進(jìn)行深為8 500 mm,Φ800@800的旋噴樁加固。此措施既能對(duì)支腿周圍下方土體進(jìn)行加固,又能對(duì)基坑側(cè)可能存在的空洞進(jìn)行填滿灌實(shí)。

參考吊車支腿下路基箱尺寸進(jìn)行旋噴樁加固范圍的確定。施作吊車近基坑側(cè)支腿加固時(shí),首先將吊車支腿影響范圍內(nèi)的擋水墻進(jìn)行破除并清理浮渣。將A,B陰影區(qū)域(3 000 mm×6 000 mm)冠梁外的土方進(jìn)行開挖,深2 500 mm。基礎(chǔ)主筋為12根Φ32鋼筋,分2層通長布置,每層6根,箍筋采用Φ10@200,雙肢箍。用C40混凝土澆筑至與地面硬化齊平。

對(duì)吊車遠(yuǎn)側(cè)支腿處基礎(chǔ)進(jìn)行加固,開挖C,D區(qū)域(3 000 mm×6 000 mm)深至1 500 mm。基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋布置采用Φ32×Φ20雙層雙向配筋,用C40混凝土澆筑至與地面硬化齊平。

2.2.3 盾構(gòu)機(jī)其他部件的吊裝

對(duì)于不在吊點(diǎn)范圍內(nèi)的其他盾構(gòu)機(jī)部件,使用千斤頂將在基座上的盾構(gòu)機(jī)機(jī)體頂推移位[6]至吊車吊點(diǎn)范圍內(nèi)拆解吊出。

盾構(gòu)后配套的每節(jié)臺(tái)車的長度為10.6～16.6 m,因不完整井存在未拆除的鋼支撐,吊裝孔的尺寸不能滿足后續(xù)盾構(gòu)臺(tái)車的吊裝出井,為此,采用通過隧道內(nèi)電瓶車組逐節(jié)馱運(yùn)臺(tái)車退回始發(fā)井的方法解決,螺旋輸送機(jī)、皮帶機(jī)等尺寸較長整體構(gòu)件也用此方法退回始發(fā)井吊出。

3 解決方案的驗(yàn)證

3.1 有限元模擬及結(jié)果分析

3.1.1 數(shù)值模型的建立

利用有限元分析軟件Midas GTS NX對(duì)2種工況下盾構(gòu)吊裝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。因該不完整接收井結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜,設(shè)計(jì)體量較大,為便于進(jìn)行更精細(xì)化模擬和分析研究,選取具有代表性的盾構(gòu)接收側(cè)的半個(gè)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,建立三維數(shù)值模型。

依據(jù)施工地點(diǎn)工程地質(zhì)勘察結(jié)果,整個(gè)區(qū)域地層自上而下為粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂-細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、粉土等共14個(gè)土層,將各土層視為理想的彈塑性體,簡化地層和地表,認(rèn)為土層呈勻質(zhì)水平層狀分布,數(shù)值模擬中各土層采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型,支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件、二襯側(cè)墻結(jié)構(gòu)采用彈性模型進(jìn)行彈性模擬。表2為相應(yīng)的土層參數(shù)。

表2 土層參數(shù)

根據(jù)不完整井深基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響范圍和深度確定模型區(qū)域,為滿足此模型的計(jì)算精度要求和減小尺寸效應(yīng)的影響,確定數(shù)值模型的幾何尺寸為115 m×80 m×44 m(長×寬×高)。

數(shù)值模擬中設(shè)置2種工況,工況1 為不完整井不采取任何措施,工況2為本工程采取的吊裝解決方案。2種方案的具體情況如下。

1)工況1 接收井地下一層側(cè)墻及頂環(huán)框梁未完成;接收井的上部缺少一層永久結(jié)構(gòu)的大剛度角撐;對(duì)起重機(jī)站位區(qū)域及吊車支腿下基礎(chǔ)不采取加固措施。

2)工況2 接收井地下一層側(cè)墻及頂環(huán)框梁未完成;另在接收井上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土角撐;對(duì)起重機(jī)站位區(qū)域及吊車支腿下基礎(chǔ)采取旋噴樁加固與鋼筋混凝土加固。

2種工況下計(jì)算模型均劃分成403 514個(gè)節(jié)點(diǎn)、403 905個(gè)單元,基坑模型網(wǎng)格劃分如圖5所示。

圖5 模型網(wǎng)格劃分示意圖Fig.5 Schematic diagram of model mesh division

數(shù)值分析時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件均遵循彈性本構(gòu)關(guān)系,其中二襯側(cè)墻結(jié)構(gòu)采用2D板單元模擬;環(huán)梁、冠梁、鋼支撐以及圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)均采用1D梁單元模擬。各支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)如表3所示。

表3 支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)

3.1.2 結(jié)果分析

3.1.2.1 地表沉降影響分析

在盾構(gòu)接收井基坑工程中,基坑外地表沉降量是最直觀體現(xiàn)周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的參數(shù)。

工況1與工況2的地表沉降影響范圍大致相同,最大沉降發(fā)生處均在距基坑盾構(gòu)接收側(cè)邊緣17 m處;工況1的地表沉降最大值為31.95 mm,已超過現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]規(guī)定的報(bào)警值(30 mm),而工況2的地表沉降最大值為27.23 mm,未超過國家標(biāo)準(zhǔn)允許值,可見本工程采取的吊裝解決方案(對(duì)吊車支腿下地基和起重機(jī)站位區(qū)域采取一定加固措施,并對(duì)不完整接收井采用一定鋼支撐替換措施)可以有效限制地表沉降變形。

3.1.2.2 側(cè)墻水平位移影響分析

擋土結(jié)構(gòu)的變形信息往往能夠直接體現(xiàn)基坑的變形及其穩(wěn)定性。本文以該區(qū)間工程超深盾構(gòu)井接收基坑為研究對(duì)象,對(duì)該22.2 m深基坑開挖支護(hù)后的側(cè)墻深層側(cè)向變形模擬結(jié)果進(jìn)行分析,旨在探討2種工況下該不完整井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形性狀。該不完整井側(cè)墻不同位置水平變形模擬值云圖如圖6所示。

圖6 2種工況下側(cè)墻水平位移模擬值云圖Fig.6 Cloud maps of simulated horizontal displacement values of side walls under two working conditions

由圖6可以看出,由于處于基坑的長邊方向,工況1和工況2中側(cè)墻受基坑開挖的“坑角效應(yīng)”影響較小,從而造成更大的撓曲變形,但水平位移數(shù)值均較小,未超過允許控制值;工況2中由于進(jìn)行了一定措施,單側(cè)水平位移最大值較工況1中側(cè)墻水平位移最大值減少約3%;此外,提取2種工況單側(cè)最大水平位移處豎直方向上的云圖數(shù)據(jù),利用Origin軟件整理成水平位移曲線,如圖7所示。由圖7可以看出,2種工況下的水平位移變化規(guī)律相似,但最大位移發(fā)生位置不同:工況1中最大位移發(fā)生在距側(cè)墻頂部3.8 m的位置,而工況2側(cè)墻水平位移最大處在距側(cè)墻頂部2 m的位置,位移值為2.37 mm。

圖7 2種工況下側(cè)墻水平位移曲線圖Fig.7 Horizontal displacement curves of side wall under two working conditions

3.1.2.3 冠梁水平位移影響分析

對(duì)于2種工況施工完畢后的冠梁(樁頂)水平位移進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果見圖8。

圖8 2種工況下冠梁水平位移模擬值云圖Fig.8 Cloud maps of simulated horizontal displacement values of crown beam under two working conditions

從圖8可以看出,2種工況下施工完畢后基坑的冠梁水平位移變化規(guī)律相似,冠梁(樁頂)傾向于向基坑內(nèi)移動(dòng),水平位移值均在可控范圍內(nèi),未超過現(xiàn)行GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]規(guī)定的報(bào)警值,但工況2由于對(duì)部分土體以及基坑角部進(jìn)行了加固,順盾構(gòu)掘進(jìn)方向和垂直盾構(gòu)掘進(jìn)方向的冠梁水平位移值較工況1均有所減小,表明本文所提出的對(duì)起重機(jī)站位區(qū)域及吊車支腿下基礎(chǔ)進(jìn)行加固、現(xiàn)澆鋼筋混凝土角撐等措施起到了很好的控制變形的作用,該施工技術(shù)設(shè)計(jì)方案是安全可靠的。

3.2 盾構(gòu)吊裝對(duì)不完整井影響的驗(yàn)算

3.2.1 吊車支腿對(duì)不完整井支腿地基承載力驗(yàn)算

為確保施工現(xiàn)場安全,本文對(duì)800 t吊車在工況2及支腿墊路基箱情況下吊裝140 t鉸接環(huán),且按最不利條件考慮對(duì)遠(yuǎn)、近支腿作用在不完整井基坑的地基承載力、側(cè)壓力等進(jìn)行分析和驗(yàn)算[8-10]。

1)吊車近基坑側(cè)支腿地基承載力驗(yàn)算

以接收井基坑圍護(hù)樁為排樁,排樁內(nèi)側(cè)為未完成的主體結(jié)構(gòu),排樁外側(cè)為土,圍護(hù)樁的單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值按所得R的50%進(jìn)行取值。近基坑側(cè)支腿處單樁承受荷載為119.5 t,小于圍護(hù)樁的單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值385.8 t,近基坑側(cè)支腿地基承載力滿足要求。

2)吊車遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿地基承載力驗(yàn)算

將方形基礎(chǔ)寬3 m、長度6 m、埋置深度1.50 m主筋Φ32、輔筋Φ20的雙層鋼筋網(wǎng)片結(jié)構(gòu)作為理想的方形基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)本標(biāo)段巖土工程勘察報(bào)告,采用太沙基極限承載力公式計(jì)算吊車遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿地基承載力為231.6 kPa,大于吊車需要的最大地基承載力90.8 kPa,故遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿地基承載力滿足要求。

3.2.2 吊車支腿對(duì)不完整井基坑側(cè)壓力影響分析

吊車近基坑側(cè)支腿支在了圍護(hù)樁的中心,從受力角度分析,近基坑側(cè)支腿對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的力是垂直向下的,對(duì)接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生側(cè)向力[2]。

對(duì)吊車遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿基礎(chǔ)進(jìn)行了旋噴樁+鋼筋混凝土加固措施,遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿距離接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)墻大于14 m,基坑側(cè)壓力以45°角分散到中板結(jié)構(gòu)處,中板結(jié)構(gòu)完整,可承受后支腿對(duì)基坑的側(cè)壓力[2]。

輔助汽車起重機(jī)布置在遠(yuǎn)離接收井?dāng)U大端的位置,其對(duì)應(yīng)的基坑已完成隧道結(jié)構(gòu)施工,基本符合設(shè)計(jì)工況,不再對(duì)其采取額外的措施。

經(jīng)過分析驗(yàn)算,不完整接收井盾構(gòu)吊裝作業(yè)安全性滿足要求。

3.3 不完整接收井盾構(gòu)接收施工過程驗(yàn)證

3.3.1 盾構(gòu)拆解順序

在不完整井盾構(gòu)機(jī)出井吊裝情況下的盾構(gòu)機(jī)拆解順序:盾構(gòu)接收→主機(jī)與后配套分離→斷開后配套各節(jié)拖車之間連接→拆解刀盤→拆解盾尾→拆除螺旋輸送機(jī)→拆除管片拼裝機(jī)→拆除推進(jìn)油缸→拆除鉸接環(huán)→拆除前中盾頂部塊→拆除前中盾右部塊→拆除前中盾左部塊→拆除主驅(qū)動(dòng)→拆除前中盾下部塊。

3.3.2 盾構(gòu)主要部件吊裝

吊裝時(shí)的主吊為800 t吊車,支腿支在接收井加固區(qū)域保持不動(dòng),陸續(xù)吊裝盾構(gòu)機(jī)部件。輔助吊車為200 t吊車,幫助800 t吊車對(duì)刀盤、主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行翻身。起鉤時(shí)800 t吊車的作業(yè)半徑為14 m,200 t吊車輔助翻身時(shí)工作半徑為5 m。

盾構(gòu)后配套臺(tái)車等設(shè)備可通過隧道電瓶車馱運(yùn)退回盾構(gòu)始發(fā)井,再吊出地面。

3.3.3 吊裝過程中的基坑監(jiān)測

為保障吊裝過程中的安全,根據(jù)盾構(gòu)吊裝過程中現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)布置[3,11-13]。

在吊車站位外延1～2 m范圍內(nèi),每隔4 m布置沉降監(jiān)測點(diǎn),其中一排沉降監(jiān)測點(diǎn)布置在接收井冠梁上,見圖9。利用沉降監(jiān)測點(diǎn)與圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)施工時(shí)布置的測斜管對(duì)基坑安全進(jìn)行人工監(jiān)測[14-15]。

圖9 監(jiān)測點(diǎn)布置及對(duì)比曲線Fig.9 Layout and comparison curves of monitoring points

鋼支撐上布設(shè)表面位移計(jì),配合鋼支撐軸力計(jì),監(jiān)測圍護(hù)樁的位移情況。在盾構(gòu)部件吊裝間隙進(jìn)行監(jiān)測。

同時(shí)采用自動(dòng)化測斜儀,布置在基坑吊裝側(cè)的南側(cè)。在吊裝過程中每2 min取1次數(shù)值,以監(jiān)測數(shù)值為參考,對(duì)吊裝作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

通過人工監(jiān)測和自動(dòng)化監(jiān)測可以隨時(shí)掌握土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化情況,及時(shí)分析出現(xiàn)的問題,為及時(shí)有效地采取保護(hù)措施提供依據(jù)。選取部分點(diǎn)位部分時(shí)段,對(duì)工況2的數(shù)值模擬沉降結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,見圖9。圖9 b)表示吊裝最大構(gòu)件后各監(jiān)測點(diǎn)的地表沉降量對(duì)比,圖9 c)為樁體水平位移模擬與實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比曲線。因?yàn)閿?shù)值模擬是在假設(shè)的理想情況下進(jìn)行的,而現(xiàn)場施工中各種因素疊加使得情況更加復(fù)雜,所以會(huì)出現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)不一致的情況,但是本模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)基本符合,可認(rèn)為該數(shù)值計(jì)算模型與工程實(shí)際吻合較好。吊裝過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,在吊裝施工中,地表沉降不大于30 mm,樁頂水平位移不大于20 mm,樁體水平位移不大于25 mm。整個(gè)吊裝工程中的樁體位移、速率及地表總沉降量、速率可控。

3.3.4 工程實(shí)際效果

按照本文所給的處理方案,完成了管片外徑8.8 m盾構(gòu)機(jī)拆解、出井吊裝工作,歷時(shí)35 d,工程實(shí)際效果表明:接收井變形可控,可操作性強(qiáng),說明本文所提措施對(duì)于不完整井盾構(gòu)吊裝出井是安全可靠的。

4 結(jié) 語

依托北京軌道交通新機(jī)場線工程,對(duì)管片外徑8.8 m盾構(gòu)機(jī)在結(jié)構(gòu)不完整情況下的吊裝作業(yè)進(jìn)行了研究。將Midas有限元分析軟件模擬驗(yàn)算結(jié)果與實(shí)際施工監(jiān)測結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了施工技術(shù)措施的安全性與可行性,解決了工籌沖突,縮短了施工時(shí)間,節(jié)約了施工成本。主要研究結(jié)論如下。

1)對(duì)不完整盾構(gòu)井的吊裝作業(yè),提出“角撐補(bǔ)償長斜撐、近基坑側(cè)支腿支在圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁頂、吊車站位區(qū)域高壓旋噴樁加固+鋼筋混凝土加固”措施。

2)有加固措施時(shí),數(shù)值模擬地表沉降最大值為27.23 mm;側(cè)墻水平位移最大處在距側(cè)墻頂部2 m的位置,位移值為2.37 mm;土體以及基坑角部的加固使冠梁水平位移值較未加固情況下有所減小。無加固措施吊裝的最大地表沉降量超出允許值,有加固措施施工時(shí)各變形均未超過允許值,且均比無加固措施吊裝變形小,說明采取加固措施,可使吊裝更加安全可靠。

3)采取加固措施,近基坑側(cè)支腿處單樁承受載荷為119.5 t,小于圍護(hù)樁的單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值385.8 t;遠(yuǎn)基坑側(cè)支腿地基承載力為231.6 kPa,大于吊車需要的最大地基承載力90.8 kPa;均滿足地基承載力的要求。采取加固措施后,不完整接收井盾構(gòu)吊裝作業(yè)的安全性滿足要求。

4)實(shí)際工程監(jiān)控量測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果的變形規(guī)律基本一致。吊裝過程中的樁體位移及速率、地表總沉降量及速率均可控,加固措施安全可靠。

本次吊裝作業(yè)安全性高、工期短,造價(jià)低,所采用的加固措施可為由技術(shù)、工籌、搶險(xiǎn)等客觀因素造成的特殊工況下的吊裝作業(yè)提供借鑒,但其是在接收井隧道層的二次襯砌及盾構(gòu)隧道頂部上方的環(huán)框梁已完成情況下應(yīng)用的,對(duì)于二次襯砌完成程度未達(dá)到此要求的吊裝作業(yè)的輔助安全措施,還需作進(jìn)一步研究。