复杂周边环境超深盾构井盾构机吊装安全技术总结

复杂周边环境超深盾构井盾构机吊装安全技术总结

林超群

（广州轨道交通建设监理有限公司，510010）

摘  要 本文主要以南宁地铁3号线青竹立交站～青秀山站区间盾构机到达吊出井为例，分析和总结超深盾构井盾构机吊运安全控制措施，希望对今后的类似工况提供参考价值。

关键词复杂环境超深盾构井  盾构机吊装  安全控制 

1工程概况

1.1工程概况

青竹立交站（原竹溪大道站）～青秀山站区间（简称青青区间）线路由青竹立交站大里程端驶出后依次下穿竹溪大道、南宁第四中等职业学校，然后从青秀湖西南侧驶入青秀山站小里程盾构吊出井（1号风亭）。青秀山站1号风亭基坑埋深约58.7m，吊出井口尺寸为7.5m×5.5m，采用支护桩+混凝土内支撑的支护形式。支护桩采用直径为1500mm的钻孔灌注桩，间距为1900mm，桩顶设有1500mm×1500mm的冠梁；内支撑共有12道混凝土内撑。盾构吊出井基坑的平面示意图如图1。

因受周边环境和运输线路限制，本次盾构吊装分为两个步骤进行：白天将盾构机从1号风亭吊出，放置于风亭附近地面A处；晚上将盾构机从地面A处吊至下穿隧道B处的车辆上，然后将其运离青秀山站。对盾构机的后配套台车，采用电瓶车牵引整体回拉方法，由隧道内拖回始发井。

图1盾构吊出井（1号风亭）平面示意图

1.2周边建构筑物及地线管线情况

盾构吊出井位于凤岭南路与青山路交叉口东侧约180m，盾构机吊出影响范围内的建构筑物和地线管线有：凤岭南路下穿隧道（隧道结构形式见以下图文）、10KV电缆（埋深约1.5米）、给水管（PE材料、Φ110mm、埋深1米）、电信光缆（埋深约1.5米）。

凤岭南路下穿隧道工程呈西南-东北走向，以下穿隧道的形式穿越青秀山大门口，下穿隧道里程桩号K0+675.716～K0+94.07，全长318.35m，框架段长65m（K0+775～K0+840），其余段落为U型槽段，最大挖深约10.5m。平面图和立面图如图2和图3所示。起重机的站位约在U3段的范围。

图2 凤岭南路下穿隧道基坑支护平面布置图     图3 凤岭南路下穿隧道基坑支护纵断面布置图

1.3工程地质

根据勘察报告和设计图纸，接收端覆土自上而下依次为①2素填土、⑦1-1粉砂质泥岩、⑦2-3泥质粉砂岩、⑦1-3粉砂质泥岩、⑦2-3泥质粉砂岩，⑦3-2粉细砂岩，洞门主要地层上半部为粉（细）砂岩⑦3-3（E），下半部为泥岩、粉砂质泥岩⑦1-3（E）。

2盾构机吊装风险分析

1、盾构机从盾构井吊出过程若吊车的摆放位置不合理，则会影响盾构井基坑围护结构的稳定性。

2、接近60m超深盾构井盾构机吊装所需钢丝绳长度长，在吊装过程吊车钢丝绳的晃动易引起钢丝绳股打结摩擦，导致吊车钢丝绳受损断裂引发吊物坠落安全事故。

3、在盾构机吊装影响范围存在10KV电缆、D110给水管和电信光缆，在盾构机吊装时若地基承载力不满足要求，则会造成地下管线破损事故发生。

4、因受施工场地、运输线路和凤岭南路下穿隧道建筑物影响，盾构机吊出地面后不能直接从场地内装车转运，只能先把盾构机吊至地面临时存放，待晚上封锁凤岭南路下穿隧道交通后，再将盾构机吊放至下穿隧道的拖车后转运。在盾构机装车过程，吊车和盾体的荷载可能会引起凤岭南路下穿隧道围护结构破损开裂，甚至会引起坍塌后吊车倾倒的安全事故发生。

3盾构机吊装的技术控制措施

因为本次复杂周边环境超深盾构井盾构机吊运施工风险较大，我司监理部及业主单位特要求施工单位委托具有相关资质的第三单位对此次盾构机吊装对周边环境影响进行安全评估，安全评估报告也作为本次盾构机吊运安全专项施工方案的编制依据之一。具体吊运技术控制措施如下：

3.1盾构机概况

本次吊装物件有盾构机刀盘和盾体，具体各吊件尺寸重量为：刀盘尺寸Φ6.28*1.603m、重55t，前盾尺寸Φ6.25*2.078m、重110t，中盾尺寸Φ6.24*2.806m、重95t，盾尾尺寸Φ6.24*3.89m、重32t。

3.2吊车选用

吊机工作时起重量验算参照盾构机部件主要尺寸重量及吊车基本技术参数和起重性能表。

1）起重机的单机起重量按下式计算：

Q≥K（Q1+Q2）；

Q：起重机的起重量（t），Q1：构件的重量（t），Q2：绑扎索重、吊钩及跑绳等的重量（t），K：动载系数，取1.1。

盾构机单体重量最大的为前盾110t，对其进行吊拆校核。320t履带式起重机如能满足前盾的吊拆要求，盾构机其它构件的吊拆亦能满足。

Q=K（Q1+Q2）=1.1（110+5）=126.5t。

2）翻身校核：

盾构机部件的翻身采用320吨履带吊自带额头副臂翻身。320t履带吊主臂L=24m，额头副臂长9m，作业半径R=7m（盾体翻身时），副钩作业半径14米。此工况下320t履带吊主钩最大起重量310(t)，副钩的吊重最大值为139t，主副钩最大值的80%均大于前盾重量的一半，所以满足翻身要求。

3）出井吊拆校核

计算荷载126.5t（动载荷系数取1.1）

320t履带式起重机工况：主臂L=24m，作业半径R=12.9m，按13米半径的额定起重量145t；荷载Q=126.5t﹤额定起重量145t（符合吊装安全规范要求）。

4）吊车钢丝绳长度计算

由于本次井口深度接近60米，所以需对吊车卷扬钢丝绳长度进行计算。井深60米，盾体直径6.25米，吊索长度8米，吊臂长度24米。则履带吊起吊盾体时吊钩以上钢丝绳长度为60-6.25-0.5-8+24=70米，即吊钩以上钢丝绳长度约90米。履带吊吊钩采用8倍率，即钢丝绳需绕8股（即从吊车杆头到吊钩之间钢丝绳缠绕4次，8倍的钢丝绳），则需要钢丝绳长度为70米×8=560米，吊臂杆头到卷筒的长度为26m，钢丝一股，卷筒上保证至少留5圈，就能保证吊车正常工作，卷筒直径为640mm。所以需要的钢丝绳总长度为560+26+（0.64m×3.14）×5=596米，而三一320t履带吊主卷扬钢丝长度为800米，所以能满足60m井深的吊拆要求。                                    

3.3盾构机从盾构井吊出位置选择

盾构井基坑周边设有一厚为300mm的挡墙，位于冠梁之上，而冠梁的宽度为1500mm，那么仍有宽约1200mm的部分冠梁位于挡墙之外。SCC3200A履带起重机的有效履带宽约1200mm，因此，吊装方案选择将起重机的一侧履带平行放置于冠梁上，可以保证吊装过程中传至该履带的压力垂直传递到支护桩上，最大限度地减小超载的偏心影响，提高吊装安全度，具体平面布置如图4所示。

图4 盾构机吊装平面布置图（单位：m）

经采用理正深基坑进行验算得：坑外超载对围护结构的影响深度约14.5m，支护桩桩顶的最大水平位移约4.3mm；基坑围护结构的实际配筋满足超载情况下的内力要求。

3.4盾构机装车吊装位置选择

为了保证盾构机装车过程中凤岭立交下穿隧道围护结构的稳定性，合理的吊装点是一个非常关键的因素。下穿隧道U3段的围护结构为灌注桩，支护桩与现有工地挡墙的距离约为1.5m。d表示履带边缘距隧道内侧壁的距离，由于隧道侧墙厚度和支护桩直径均为1.0m，为模拟超载位于基坑外的情况，d取值分别为2m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.3m、4.5m、5.0m和5.5m（其中d=4.3m为吊车公司给出的方案，即履带距围挡3.5m的工况）。通过计算不同工况下盾构机吊装对隧道围护结构的影响，对比总结出安全距离。

经采用理正深基坑进行验算：认为当d≥4.3m（即履带距围挡3.5m）时，吊装过程对隧道围护结构的影响较小，围护结构能够保证工程的安全稳定性，具体平面布置图如图5所示。

图5 盾体现吊下下穿通道装车的平面示意图（单位：m）

3.5如何进行地基加固才能避免地下管线破损

根据勘察报告，各地层承载力特征值从上至下分别为：素填土层90kPa、泥质粉砂岩层300kPa、粉砂质泥岩400kPa。

未避免地下管线受压破损，地基加固方式为：在两条履带下部施作两根a×b为12m×1.8m的地梁，使两条履带分别作用在两根地梁上。地梁埋深暂定3m，以泥质粉砂岩层为地基。考虑到吊装荷载的不均匀分布情况，地梁方案也分为两种工况分别计算其承载力和沉降。

工况一：吊装荷载平均分配在两条履带上(轴心受力)

吊装荷载通过两条履带作用于地梁上再传递至下部泥质粉砂岩层。承载力验算如下所示：

①吊机自重：315t；前盾重量：110t（最重）；

合计载荷：315t+110t×1.1（动载系数）+2×2.5t/m3×12m×1.8m×3m（地梁重量）=760t；

②地梁基础面积：2×12×1.8=43.2m2；

③所需地基承载力：760t/43.2m2=17.6t/m2=176kPa；

工况二：吊装荷载全部作用在单条履带上

荷载通过单条履带作用于地梁上再传递至下部泥质粉砂岩层。承载力验算如下所示：

①吊机自重：315t；前盾重量：110t（最重）；

合计载荷：315t+110t×1.1（动载系数）+2.5t/m3×12m×1.8m×3m（地梁重量）=598t；

②地梁基础面积：12×1.8=21.6m2；

③所需地基承载力：598t/21.6m2=27.7t/m2=277kPa；

经验算得到单根地梁中心点的沉降值为18.26mm，由于地梁埋深大于管线埋深，故对管线影响较小。

4盾构机吊装的安全控制措施

1、审查盾构机吊装作业队伍单位资质，作业队伍单位必须有相应的资质证书，并具备盾构机吊装施工经验。

2、审查起重吊装司机、司索和指挥等特种作业人员证件，所有特种作业人员必须持证上岗，上岗作业前必须经过安全教育和技术交底。

3、做好起重吊装设备进场验收，起重吊装设备各部件系统必须完好无损，设备进场必须提供产品合格证、起重机械定期检验报告和安全检验合格证等相关证件。

4、检查地基加固混凝土强度是否达到要求，通过混凝土抗压试块检测报告或通过现场混凝土强度回弹检测等方式，检验地基加固混凝土强度，强度达到要求后方可进行吊装作业。

5、盾构机吊装前，所有吊耳焊缝必须经有相应资质的检测单位进行探伤检测，检测合格后方可实施吊装作业。

6、本次盾构井深度接近60m，为避免吊装过程吊物晃动引起钢丝绳打结，需在吊物吊装前安装好牵引绳，并在盾体吊出时安排人员在每上升两层进行一次牵引绳传控，尽可能的减少吊物摆动的幅度。

7、每次吊装前必须检查施工单位值班领导、专职安全员是否在岗履职，指挥人员、司索人员、起重机司机是否到位且配备通讯器材。吊装时司索挂钩完毕后，检查卸扣、钢丝绳的状态情况，由现场指挥人员、安全人员确认后，方可起吊。起吊时必须先试吊，离地不高于0.1m，保持吊物静止5~10分钟。经检查确认稳妥，并用围绳牵住吊物保持平稳，方可指挥起吊运行。

8、盾构机吊装过程监测措施：在盾构吊拆施工期间监测点采用基坑开挖期间各类监测点进行监测，主要有基坑四周地表沉降监测点10个、基坑收敛4对、墙体水平（竖向）位移监测点4个、第一道支撑轴力3组。各项监测项目必须在盾构机吊拆前采取稳定的初始值，在履带吊机进行吊拆作业时进行实时监测。

9、盾构机吊运装车过程安全控制措施：①严格控制履带吊与下穿隧道围护结构的安全距离；②拟定运输线路并与相关交通管理部门沟通协调，同时提前做好夜间下穿隧道交通封锁的工作安排，做好封锁路段交通指引警示标识，所有作业人员必须佩戴反光衣，确保盾构机转运施工安全。

5小结

随着各大城市地下轨道交通和地面高架桥、立交桥等交通网络密度的进一步发展，区间盾构始发和到达的吊装环境也将会受到更大影响。本次盾构机吊装经过对施工风险全面的分析和评估，并对风险采取的控制措施进行了严谨验算，安全顺利的完成了本区间复杂周边环境超深盾构井盾构机吊装转运工作。

参考文献

[1]《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》（JGJ276-2012）

[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

[3]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）(2015年版)