电缆隧道泥水平衡顶管机洞内组装技术*

吴发展

(中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

顶管施工属于非开挖施工的一种，可以在不搬迁管线、不封闭交通、小噪声、少尘土等条件下施工，广泛应用于市政管道、给排水、电力等工程。顶管机组装是将分散的部件重新组合安装成一个统一的顶管机整体，郭卫社在台山核电站取水隧洞组装盾构机时，考虑了起重机、吊索具的选择和井口地基承载力，并对组装后的整机进行调试，主要对液压和电气等关键部件进行功能检测。黄金光在隧道施工空间狭小的场所根据部件质量和吊装高度，研究在隧道拱部安设小车式电动葫芦和倒链的起重方式开展吊装作业。范磊等研究分体组合式矩形顶管机关键技术，顶管机需要满足组合后的整体设备施工，探究分体组合式矩形顶管适应性。北环电网中航支线顶管隧道因顶进方式改变，需要将顶管机拆解后通过已成型隧道，在隧洞内重新组装，以满足现场施工需要。

1 工程概况

深圳电网北环110kV架空线改造入地电缆隧道中航支线顶管隧道从SJ4工作井始发，穿越中心公园，沿振兴路至福田区供电局营业中心旁SJ4-1接收井。顶管机以24.03‰上坡曲线顶进，平面最大转弯半径R=2 700m。原设计采用人工顶管法(敞开式顶管)施工至SZ1K0+108.6处，实际开挖揭露显示地层中风化花岗岩、地下水丰富，且地表为城市主干道(振兴路)，继续使用敞开式顶管施工存在较大风险。经设计单位同意，SZ1K0+108.6—SZ1K0+166.74段采用矿山法人工开挖；将洞内原有手掘式顶管机和既有DN3 200泥水平衡顶管机改造为DN3 500泥水平衡顶管掘进机，剩余区段改为洞内组装泥水平衡顶管机掘进。在扩挖洞室内扩径改造原敞开式顶管，洞内重新组装泥水平衡式顶管机。

2 顶管机隧洞内组装可行性

为保证泥水平衡式顶管机在隧洞内组装时刀盘能自由翻转并且有足够的操作空间，在SZ1K0+166.74—SZ1K0+172.54段采用矿山法工艺施工顶管机组装作业洞室。作业洞室尺寸的确定考虑顶管机在隧洞内维修、改造、组装的需要，其最大构件刀盘外径为4 180mm，左右两侧预留80cm空间，取作业洞室宽为5.8m；为保证后续吊运桁架与吊运平台搭设，顶部预留80cm、底部预留30cm空间，取作业洞室高为5.3m。顶管机隧洞内组装的作业洞室断面尺寸为：宽5.8m、高5.3m、长6.5m。

3 顶管机洞内组装的起重装置

因顶管机各部件多为大体积、大自重构件，为便于洞内组装，需要在扩挖的作业洞室内先施工起吊顶管机内构件的起重装置。基于顶管机改造扩挖洞室施工完成，配合顶管机洞内组装的起重吊装装置，主要包括支架、吊装横架、起重吊点(配合手拉葫芦)、起吊平台几个构件。

支架采用双拼I22施工，支架形式为三角形式(扩挖洞室尾端与扩挖洞室前端)(见图1)。其中扩挖洞室尾端支架基础与初支格栅拱架连接满足其基础稳定性；扩挖洞室前端与原敞开式工具管(钢结构)连接满足稳定性。

图1 起重支架

吊装横架采用双拼I22施工，横架上间距1m预埋吊点(见图2)。

图2 吊装横架

吊装平台采用马凳形式，材料为I22。马凳间距1.2m，顶面铺设2cm厚钢板(见图3)。起重装置(见图4)解决了顶管机洞内组装大型构件起重吊装问题，为顶管机洞内改造、组装提供了可行依据。

图3 吊装平台

图4 起吊装置总装

4 顶管机内壳安装

顶管机壳体前方锥体段加长475mm，并增加前端密封中隔板(40mm厚钢板)，在中隔板上方开设600mm×500mm人孔，以保证封闭仓施工完成后能进入前端安装刀盘与辅助设备拆除。在壳体前段斜锥体内安装冲洗管路，锥体破碎泥水仓在洞内焊接，焊前清理焊缝坡口20mm范围内的氧化皮并打磨出金属光泽，焊缝完成24h以后采用超声波进行内部质量无损检测。

5 刀盘洞内拼装精度控制

为便于刀盘在成型隧洞内运输，刀盘在工厂被分割为3部分(见图5)，厂内试拼装合格，施工时将刀盘各部分运至作业洞室内重新拼装刀盘(见图6)，要求刀盘外弧各点至刀盘中心距离与理论刀盘半径公差控制在5mm以内。测量是确保拼装质量的关键，本工程采用预制外弧直径4 180mm，宽度50mm，外弧长度500mm的钢板卡具对刀盘拼装精度进行卡控。弧形卡具外沿紧贴拼装后刀盘外弧，配合游标卡尺精确测量卡具与刀盘外弧差距，通过焊缝进行纠偏，保证拼装成型刀盘圆整度符合要求(见图7)。

图5 刀盘拆解块示意

图6 刀盘洞内拼装示意

图7 刀盘拼装精度控制示意

6 齿轮箱基座安装

采用全站仪确定齿轮箱基座安装位置的线路中心点，全站仪在中隔板上放样出上下左右4个里程相同、偏距相同的点装上激光测距仪。根据激光测距仪从四周测量数据微调行星减速器基座位置然后固定，再使用全站仪反复复核及调整位置，确保后续行星减速器中心、刀盘中心、线路中心在同一位置。

7 试运转

泥水平衡顶管机附属设备(动力设备、电气设备、纠偏设备、泥水循环设备)安装后，进行顶管机试运转。

1)连接进回水管、压浆管道，打开工作井进回水阀、压浆阀。

2)根据线路布置图将动力、通讯、机头控制等各类型电缆进行连接，注意洞口预留电缆必须超过管节长度的1.5～1.7倍，各电缆接头连接必须正确并牢靠。

3)通过向机头供电，检查操作室和机头之间的指令与信号传输是否正常。

4)检查回水管出水、机头内回水压力表是否平稳。

5)打开截止阀、关闭旁通阀检查泥水仓压力和传感器，认真仔细的查看压力表的读数。

6)根据主机的转角确定机头正转、反转，启动刀盘，注意刀盘电流和主机转角变化速度。

顶管机组装后工作效果良好，满足施工安全和工期要求，较好地完成了剩余隧道顶进任务。

8 结语

1)为保证泥水平衡式顶管机在隧洞内组装时刀盘能自由翻转并且有足够的操作空间，作业洞室尺寸的确定要考虑顶管机在隧洞内维修、改造、组装的需要。

2)起重件可以是顶管机的大体积、自重较大的构件，也可以是大型维修、组装用的工具，桁架起重装置使得顶管机部件在洞室内组装方便，而且操作安全可靠，简便高效。

3)钢板弧形卡具外沿紧贴拼装后刀盘外弧，配合游标卡尺精确测量卡具与刀盘外弧差距对刀盘拼装精度进行卡控，通过焊缝进行纠偏，保证拼装成型刀盘圆整度符合要求。