盾构机吊装技术与风险控制

栗朝权LI Chao-quan

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450001）

1 工程概况

南流村站～五龙口西站区间起点里程DK24+091.093，终点里程DK26+184.663，左线长度2089.956（含断链3.614m），南流村站～五龙口西站区间线路出南流村站后，东行进入五龙口西站。

南流村站～五龙口西站区间为V坡，最大坡度为25‰，最小平曲线半径R=700m，线间距11.8～17.2m，隧道顶板埋深9.6～19.9m。区间隧道穿越主要地层为黏质粉土、粉质黏土。区间稳定水位埋深10.2～15.8m，稳定水位标高93.2～98.3m。

根据施工总体计划，南流村站～五龙口西站区间采用2台盾构机，由南流村站东端头始发，五龙口西站西端头接收。

2 吊装场地布置与周边环境

根据盾构机设备参数拟选择租赁三一320t履带吊1台，布置于盾构井附近，用于满足盾构机的吊装（拆）作业。

本次施工现场是封闭场地，起重机站位位于区间端头加固区范围内，地层已经过三轴搅拌桩和旋喷桩加固处理，且施工范围内地面已硬化，为约0.3m厚混凝土路基地面。设备吊装（拆）前铺设10000×2000×30mm厚钢板，保证履带吊与地面的接触面积。经计算，盾构吊装（拆）时，履带吊在最不利工况下的地基承载力需达142.13kPa；根据三轴搅拌桩和旋喷桩端头加固设计要求，加固后的土体抗压强度不小于800kPa，满足盾构吊装（拆）地基承载力要求。

南五区间左、右线盾构机吊装区域位于南流村站东端头，拆除区域位于五龙口西站西端头，均位于施工围挡范围内，盾构吊装（拆）区域范围内无市政管线。

吊装（拆）前，严格按照吊装方案布置起重机站位。现场测量放样标记出起重机站位标示，对吊装现场拉设警戒带，设置安全警示标志牌，非施工人员严禁进入吊装区域。

3 盾构吊装前准备工作

①认真学习设备拆装技术要求、施工图纸，并组织作业人员了解设备吊装（拆）的程序及工艺，作业前进行技术及安全交底。②提前设计好盾构组装方案，安装工作人员根据此方案对现场进行施工，并且需要对工作环境以及道路设施、电源和照明系统进行全方位检查，并根据规定对施工测量现场的净空尺寸和极限尺寸进行预估，结果表明极限尺寸达到了相关标准。③起重设备安全装置、机械性能需要满足设备吊装要求；核对设备主要部件的起吊就位半径尺寸，满足设备起吊的技术要求。④对设备以及部件的质量进行检查，具体包括它们是否具有裂纹、扭曲以及破损和缺陷等，这些设备和部件需要达到相关标准要求，发现问题要及时采取处理措施。⑤根据设备起吊程序提前选择合适的起吊钢丝绳及卸扣。吊装（拆）前，检查起重机保养维修记录，选定能够符合起吊能力的设备。⑥为了保证传输信号的准确性，需要建立精准便捷的传播方式，例如，指挥人员可以采用对讲机的方式与起重机司机进行沟通交流。⑦起重机进场后，由安全、机械等专业人员对钢丝绳、卸扣等吊装设备、工具进行详细检查，确认合格后方可使用。⑧现场根据平面布置图划定设备临时存放场地，设置安全警示标志，专人负责进场设备管理。⑨盾构吊拆前由专业焊工焊接吊耳，吊耳材质采用Q355B钢板，焊缝经专业探伤合格后方可实施吊装作业。⑩设备在吊装（拆）的过程中，由具有丰富经验的机械工程师、电气工程师、电焊工、司索工、起重指挥、起重机司机、安全员等组成。所有特种作业人员必须持证上岗。1○起重机站位位置处于端头加固区范围内，地层已按设计要求进行了加固处理，设备吊装（拆）前铺设30mm厚钢板，保证履带吊与地面的接触面积。12○为了进一步监测竖井结构的收敛状态，需要在始发井（到达井）口履带吊站位附近的框梁上进行监测，并布置三个监测点，而且也需要观察地表沉降情况，并把四个监测点放在履带吊工作区。13○盾构机后配套下井前，基座吊装下井，基座整体吊放在井下托台上。两段轨面必须在同一水平面上，基座下井后的中心与洞门的中心在一线上，与隧道中心线完全重合，符合盾构机始发定位的要求。在洞门口安装完毕的基座，经测量定位后固定牢固。在基座上及车站铺上间距为1m的轨枕100m，因为电瓶车和拖车的运行条件是需要钢轨具有一定的间距，最后把两节管片车和电瓶车吊入井下铺设好的轨道上，为后配套拖车下井做好准备。

4 盾构机吊装工艺

4.1 后配套拖车吊装下井

皮带支架及风管固定在拖车上部→拖车起吊→轮对安装→拖车下井→拖车后移。在地面上用起重机把6号拖车顶部的附属部件安装好并固定；同时把拖车轮对安装好。将6号拖车吊入始发井口，使6号拖车缓慢地降落在基座上面铺设的临时轨道上。通过已经吊入井内的电瓶车的牵引，将6号拖车牵引到车站内。依次类推，分别吊入5号拖车、4号拖车、3号拖车、2号拖车、1号拖车，并与前面的拖车连接。

后配套拖车采用起重机单机吊装，为了保证安全可靠，并且顺利将拖车吊起，需要合理利用拖车上的四个吊耳装置，并挑选四根长8m的钢丝绳辅助吊起，起吊前需要全方位检查以保证安全。拖车一般都重量非常大，吊起时非常困难，所以需要注意在吊装时要使拖车的四个挂点单独受力，不能前后左右晃动，保持力的均匀。如果受力不均，需要及时调整。

设备桥长度最长，全长达到12.558m，比始发井口长度还要长，并且选择履带吊主钩和副钩配合斜吊。一旦车站终版结构比拖车最低端高的情况下，通过调整主、副钩的高度，最后使拖车呈水平状态吊放到轨道上，吊装示意图见图1所示。

4.2 螺旋机吊装下井

螺旋机长度为13m，大于始发井口长度尺寸，利用螺旋机上的2个吊耳，采用2根L=8m的6×37-φ36mm-1770MPa的钢丝绳，利用履带吊主、副钩配合斜吊。当螺旋机最高端低于车站中板结构时，通过调整履带吊主、副钩的高度，最后使螺旋机呈水平状态吊放到井底预存支架上。

螺旋机先吊装下井，然后将推放在车站内部的螺旋机推进盾尾，但是需要注意的是，为了以后反力架的顺利安装，需要把反力架的下部横梁进行井底预存，然后再将螺旋机推入井底。

在螺旋机开始吊起前，用2个25t弓形卸扣及2根6×37-φ36mm-1770MPa的钢丝绳。通过履带吊主、副钩将螺旋机设置为大约22°的倾斜角，然后插入到前盾进行准备，而且螺旋机上方吊耳与中盾上米字梁连接，吊装示意图见图2所示。

螺旋机安装好之后，拆除基座上面的临时轨道，清理场地，并按照技术要求再一次对始发基座的位置和固定情况进行检查、校核。

在盾构机将要落座的基座的钢轨表面涂以足够的润滑脂（按落座的顺序分段涂抹），降低盾体滑动时的摩擦力，为下一步盾构机的吊装做好准备工作。

4.3 前盾中盾吊装下井

盾体包括前盾、中盾、尾盾，提前吊装中盾下井、然后吊装前盾和尾盾，因盾体水平放置在平板车上运输，吊装下井前需先将盾体竖立，再吊放下井就位，故需用履带吊将盾体进行翻身操作。采用履带吊主臂与副臂配合翻身，主钩上挂4根长度L=6m的6×37-φ60mm-1770MPa的钢丝绳、4个55t弓形卸扣用于盾体翻身和下井，副钩上挂2根长度L=6m的6×37-φ60mm-1770MPa的钢丝绳、2个55t弓形卸扣用于盾体翻身。在盾体翻身前先对设备内部进行检查，确保其内部无零散件。

中盾重量为100t，在地面上首先进行翻身，合理利用疏散履带，并将回转半径内地面和井下工作人员吊起，还可以利用履带把回转、变幅等动作吊起，并将中盾准备好，进一步调整盾体方位，安全平稳地放到井下基座上。

中盾放到基座上后，为了使以后的工作顺利开展，为盾体提供足够的吊装空间，可以在盾体两边进行焊接，安装牛腿，基座上同样可以焊接活动牛腿，然后再利用100t千斤顶把盾体推到合理的工作位置。

前盾重量为98t，吊装时采用4根L=6m的6×37-φ60mm-1770MPa的钢丝绳、4个55t弓形卸扣进行吊装，合理利用疏散履带，并将回转半径内地面和井下工作人员吊起，还可以利用履带把回转、变幅等动作吊起，并将中盾准备好，进一步调整盾体方位，放到井下基座上并与中盾进行组装。

前盾与中盾组装完后，为了使以后的工作顺利开展，为刀盘提供足够的吊装空间，可以在盾体两边进行焊接，安装牛腿，基座上同样可以焊接活动牛腿，然后再利用100t千斤顶把盾体推到合理的工作位置。

4.4 盾构机刀盘吊装下井

刀盘重量为55t，吊装时采用4根L=6m的6×37-φ60mm-1770MPa的钢丝绳、4个55t弓形卸扣进行吊装，合理利用疏散履带，并将回转半径内地面和井下工作人员吊起，还可以利用履带把回转、变幅等动作吊起，并将中盾准备好，进一步调整盾体方位，放到井下基座上并与前盾进行组装。刀盘与前盾组装完后，可以在盾体两边进行焊接，安装牛腿，基座上同样可以焊接活动牛腿，然后再利用100t千斤顶把盾体推到合理的工作位置。为拼装机、尾盾提供吊装空间。

4.5 尾盾吊装下井

尾盾重量为35t，采用履带吊主臂与副臂配合，主钩上挂4根长度L=8m的6×37-φ36mm-1770MPa的钢丝绳、4个25t弓形卸扣，副钩上挂2根长度L=8m的6×37-φ36mm-1770MPa的钢丝绳、2个25t弓形卸扣，利用履带吊主钩、副钩配合，倾斜着将盾尾穿过拼装机。盾尾下放到基座上时需与中盾之间预留0.5m左右的距离，先不对接，预留螺旋机前端辅助安装条件。

5 盾构机吊装安全保证措施

5.1 施工安全技术措施

①盾构吊装（拆）工程在开工前必须编制有安全措施的施工方案，且必须严格审核批准手续、程序。②盾构吊装（拆）工程现场除应设置安全宣传标语牌外，危险地点挂按照《安全色》（GB2893）和《安全标志》（GB 2894）规定的标牌，夜间有人经过的施工区等还应设红灯示警。③施工现场实施机械安全管理及安装验收制度，机械安装要按照规定的安全技术标准进行检测，所有操作人员要持证上岗。使用期间定机、定人，保证设备完好率。

5.2 起重机作业注意事项

①对安装人员的要求：参加安装的人员必须经过专业培训和考核，持有效的操作证上岗；安装人员严格按安装方案和操作规程中的有关规定、程序进行安装；安装作业人员严格遵守施工现场安全生产的有关制度，正确使用劳动保护用品。②安装过程中的安全要求：安装区域设立警戒区，派专人进行值班。必须在班组长的统一指挥下进行，专职安全员必须在场监控设备安装全过程。③索具挂扣合理、牢固，保证起吊作业过程中不滑扣、不脱扣。④盾构机吊装司索工及起重指挥都要持证上岗，严禁无证乱操作、乱指挥，起重机进场后都要进行司机及起重指挥人员的入场教育，统一思想、统一认识、统一指挥方式。起重机司索工及起重指挥应尽量保持人员的固定，如因其它原因需要调换人员，必须经盾构施工队队长同意，更换同等水平或更高水平持证人员上岗，上岗前重新教育。对危险性较大的工序，必须选用有经验的起重机司机和起重指挥人。

5.3 盾构吊装要点

①试吊要求，起吊大型重吨位物件时，必须先试吊，离地不高于0.5m，经检查确认稳妥，并用揽风绳牵住吊物保持平稳，方可指挥起吊运行。大型物件及分段翻身吊运前，应划出警戒区，检查各点受力情况及吊耳的焊接质量，并经试吊，确认安全可靠，方可指挥起吊翻身。

②地面监测，盾构吊装（拆）作业区主要集中在盾构井端头区域，吊装（拆）期间应加强对盾构井端头周边环境监测。盾构吊装（拆）主要在起重机履带四周地面布设4个地面沉降监测点，在盾构井围护结构挡土墙上布置3个水平位移兼沉降监测点。

6 施工小结

本项目依托郑州市轨道交通8号线01标段05工区施工项目，南流村站～五龙口西站区间盾构机吊装下井，通过对盾构机后配套拖车、螺旋机、盾体、刀盘等吊装下井的关键技术的管控，有效降低了盾构机吊装的施工风险控制。