履带起重机超起工况在盾构机吊装中的应用

贾 琼

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 100000）

0 引言

盾构施工在地铁项目建设中应用较为广泛，施工过程中盾构机吊装作业工作量大，吊装频率平均在4次/km。吊装过程存在较大的安全风险，特别是在主城区，建筑拥挤，管线复杂，交通繁忙，用于吊装的空间有限，吊装难度加大。本文以苏州轨道交通5号线花苑路站-枫瑞路站盾构机吊装施工为例，分析在复杂环境、有限空间内的吊装施工，分析盾构机吊装设备的选择、地基处理、安全管理方面的控制要点。

1 工程概况

苏州市轨道交通5号线花苑路站-枫瑞路站区间工程场地位于苏州市吴中区，左右线区间均采用盾构法施工，花枫区间从花苑路站东端头井始发，沿二号河及花苑东路向东推进，依次下穿沈巷桥，二号河2、3、4号桥后到达枫瑞路站,盾构接收为西端头井接收。区间线路纵坡为双向坡，区间左线长914.579m，区间右线长912.600m。区间右线采用铁建重工ZTE6410，左线采用辽宁三三罗瓦特6440盾构机施工作业。盾构机在枫瑞路站西端头井接收，接收井南侧为爱车行洗车库（单层钢结构彩钢瓦房，无基础），距基坑端头侧面最近约1.6m,洗车库西侧为污水提升泵站配电房（砖混结构，条形基础），距基坑约13.6m。端头井端头正上方为24根220kV高压架空线（金狮线及金阊线），其架空线距端头井距离约为10.1m～13.4m（保护区距端头井约4.1m～7m）。端头井北侧为二号河，该河在车站围护结构施工前已封堵回填完成。周边环境具体工况，如图1所示。

图1 枫瑞路站西端头井周边环境工况图

2 周边环境对盾构机吊装的影响以及针对性措施

一般常规盾构机吊装场地为端头井加固区域（端头井西侧），由于枫瑞路站西端头井接收受到高压线、厂房以及河道等诸多因素的影响，不具备盾构机常规吊装场地条件。

（1）接收井西侧的220kV高压线保护区距接收井4m～7m，该空间内不具备盾构吊装机械站位施工条件。南侧钢结构厂房因无法拆迁，也不具备盾构吊装条件。只有北侧二号河河道回填区域具备盾构吊装场地条件。但综合分析发现该场地基本满足左线盾构常规吊装方式，距离右线水平距离较远，右线需要跨井吊装，其距离已超过盾构常规吊装的安全距离。最终经过方案比选，计划采用一台400t的履带吊进行盾构吊装。吊装场地布置在端头井东北侧。经过验算，吊装左线盾构机满足安全要求，而在吊装右线盾构机时则须启动超起工况才能满足作业要求。

（2）经现场实地勘察，确认接收井北侧场地为原河道换填土，地面硬化约25cm厚现浇混凝土路面，由于当时换填土密实度不足，承载力方面无法满足现场施工作业要求，需进行二次加固。经查阅资料，河道换填深度约6m，计划采用单重管旋喷桩进行地基加固，加固深度为7m。加固完成后破除原浇筑的老路面，重新浇筑厚度30cm标号C30的钢筋混凝土路面。

（3）吊装场地位于花苑路与枫瑞路十字交叉口处，旁边临近小学商业中心，交通量大，地下管线复杂，且临近高压架空线以及工业厂房，风险性较大，现场安全管控较难。

3 吊装场地处理方案及吊装机具选择

（1）吊装场地以及设备选择按照以下几点原则：①右线吊装（中盾）水平距离尽可能短；②吊车兼顾左线吊装（前盾构件）；③占地面积尽可能小，占用河道尽可能少；④场地尽可能远离高压线及工业厂房。综合以上原则，吊车站位选择在接收井的西北侧。右线中盾水平距离26.29m，左线前盾水平吊装距离20.89m，吊车站位如图2所示。

图2 吊车站位图

（2）本次拆卸、吊装采用的徐工XGC400履带起重机，其履带长度10.75m，宽度1.2m，整机宽度8.7m，吊装时主臂长度36m，配重120t。超起工况：徐工XGC400型履带吊，主吊钩选用200t钩（吊钩自重5.5t）穿五轮十一股绳；用36m主臂吊装，副臂与主臂成10°，副钩选用80t钩（吊钩自重1.5t）穿三轮七股绳。按照最大、最远、最不利工况计算，盾构机大件重量右线中盾为95t，最大件吊装工作半径取27m，吊车最大吊装负荷102t（含绳索具及吊钩自重计7t），此时吊车额定负荷162t，为吊车吊装能力的75%,吊装最大荷载为121t，符合要求。徐工XGC400t履带吊车起重性能如表3所示。

表3 XGC400t履带吊起重性能表

（3）因吊装场地部分在河道内，河道回填土不实，且与道路地基承载力不同，极易造成吊车失稳。吊车自重为400t，地基承载力按中盾最大起吊重量100t时计算，若起吊100t重物地基承载力满足要求，则其余均满足。根据验算，天然地基及河道填土无法满足地基承载力要求，需进行加固。换填深度约6 m，采用单重管旋喷桩加固，加固深度为7m。加固完成后浇筑30cm厚的钢筋混凝土路面。吊车站位时，履带下采用5cm钢制走道板，增加安全储备。

（4）前盾、中盾、尾盾起吊吊耳各四个，并于盾体重心对称布置，每个吊耳设计载荷40t。根据盾构机重量参数表，盾构机中盾吊耳载荷最大，若中盾吊耳满足吊装安全要求，则其他满足。吊装吊耳按照受力40t，建立1：1吊耳几何模型进行分析。吊耳耳板受力结果分析得知，吊耳最大等效应力为287MPa，位于筋板附近，属于典型的应力集中，吊耳耳板的应力均在120MPa以下；焊缝最大应力在45MPa以下，吊耳基体材料为Q345B，材料的屈服强度345MPa，抗拉极限510MPa～600MPa，且焊缝强度大于吊耳材料本身强度，故安全余量充足。吊耳吊装受力模型如图3所示。

图3 吊耳吊装受力模型图

4 吊装施工

（1）试吊：在开始正式吊装工作之前，按如下程序进行试吊试验。

①空载试验。检查吊机运转情况和各限位开关是否可靠。空载试验进行如下动作：吊钩的起升和下降（高、中、低速）及其制动和起升限位；变幅（高、中、低速）及其制动和限位；回转及其制动。

②静载和动载试验。根据现场条件，用最重构件中盾进行静载和动载试吊，按相关作业程序要求绑扎固定好中盾后，缓慢匀速将构件平稳吊离地面约200mm后，停止起钩，悬停5min。仔细检查起重机主臂、滑轮组、卷扬机构、钢丝绳、吊钩、索具等各部有无裂纹、变形、松动以及其它对起重机性能和安全有影响的异常情况；检查起重机力矩限制器工作是否正常；并通过测量仪器进行监测起重机站位承载地基有无沉降、开裂等情况。确定无异常后，对吊物进行起钩、落钩、变幅、回转等动作，注意控制动作加速度和减速度，使其在起重机正常工作范围之内，检查和静载相同的项目（动作和地基监测）是否正常，确认无异常后方可开始正式吊装。

（2）吊装在超起工况下将中盾吊出井口，并抬臂将吊装半径回拉至12m，卸下超起配重，进入标准工况模式。旋转吊车将吊物吊至安全区域。

（3）翻转：XGC400履带吊具有独立翻转能力，自行翻转时主钩升起，副钩下落，直到机身完成90°翻转。用4根主绳索与盾体连接，2根副钩绳索与盾体外侧两个吊耳连接，主钩副钩同时起升，离开地面200mm时，主钩以0.5m/min起钩，副钩以0.5m/min落钩，保持均匀速度，盾体翻身过程中始终与地面保持200mm，直到机身完成90°翻转。

（4）吊装过程中需进行两项监测工作：①对地基进行不间断沉降观测，保证地基稳定，观测频率不低于2次/h。②地面设置高压线保护区警戒线，吊车大臂顶部安装高压感应报警器，对高压线进行绝对保护。盾构机的卸点布置在吊车的东侧，以保证吊车在吊起后向远离高压线的方向旋转。

5 吊装方案实施效果

苏州轨道交通5号线花苑路站-枫瑞路站盾构区间左线盾构机于2019年9月10日顺利完成吊装，右线盾构机于2019年10月10日顺利吊装完成，吊装过程安全可控。本次吊装也是苏州轨道交通首次采用履带吊超起工况吊装方式进行盾构机吊装。为后续复杂环境下的盾构机吊装积累了一定的经验。但是相对于传统吊装，本次吊装机械组装时间长，占地面积大，需要进行临时交通导改,并且增加了吊装成本。现场吊装施工如图4所示。

图4 现场吊装施工图

6 结束语

随着城市现代化发展越来越快，地铁工程的质量要求不断提高，盾构施工作业已成为地铁工程的关键部分。盾构机是重要施工设备，盾构机吊装作业工作量较大，平均每公里需要4次吊装，40km的地铁隧道需要近160次吊装。吊装工作频率高、风险大，特别在主城区，建筑拥挤、管线复杂，交通繁忙，用于吊装的空间有限,一旦发生事故将造成巨大的经济损失及社会负面影响。因此，近几年来盾构机吊装安全越来越引起重视。特别是在复杂有限空间内如何安全、有效地完成盾构机吊装，需要很多成熟的工艺去解决。苏州轨道交通花苑路站-枫瑞路站盾构机吊装施工，初步形成一套完整的有限空间环境下盾构机吊装施工技术经验，为以后类似工程提供参考。