翁振華

(中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750)

1 引言

宋林等[1]以深圳某地鐵基坑工程為研究背景，對盾構井結構未完成狀態(tài)下吊裝盾構下井時基坑的安全穩(wěn)定性進行分析，同時提出一種合理的二維檢算方法，為特殊環(huán)境下大型盾構順利下井、基坑的安全提供了可靠的技術支撐。 孔慶梅等[2]通過盾構吊裝過程監(jiān)測，采用有限元分析法，將現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與有限元計算結果進行對比分析，驗證了有限元分析方法的有效性。 文獻[3 -6]對盾構機及建筑施工中的重載設備吊裝進行了研究；李超峰[7]以成都地鐵某標項目為例，研究了盾構機吊裝的履帶吊機、吊具的選型方法及準備工作。 彭榮和[8]闡述了大型構件單機吊裝施工過程中構件傾角的控制技術，利用放樣技術布設吊點增設調節(jié)裝置或定制合適長度的鋼絲繩等方法調整鋼構件安裝傾角，以保證吊裝施工安全。 本文以某軟弱地基條件下放坡開挖的深基坑邊緣進行盾構設備吊裝為例，研究近接深基坑的軟弱地基加固及盾構吊裝技術。

2 工程概況

濟南市CBD 市政配套工程(軌道交通預留)土建某標盾構區(qū)間，區(qū)間長度左線795 m、右線860 m，采用一臺JZE6680 型盾構完成掘進施工，盾構由歷下廣場站左線始發(fā)，到達綢帶公園站后解體吊出轉場到歷下廣場站右線二次始發(fā)，到達綢帶公園站后解體吊出完成盾構施工。

左線盾構貫通時綢帶公園站接收端只完成負一層主體結構施工，車站基坑采用三級放坡開挖方式，吊出井以北為在建十字換乘的綢帶公園站交叉部分，吊出井南側和東側均為中央地下廣場的在建工程范圍，吊出井西側為待建地塊，地面距吊裝井口平面高差超過11 m，基坑不具備回填條件，吊裝區(qū)域地質構成復雜。

吊裝施工區(qū)域內車站底層結構以下為風化泥巖，底層結構以上為碎石土、粉質黏土、碎石及雜填土組成，碎石土粘聚力小、厚度超過3 m， 碎石土距以下為泥灰?guī)r層；普通加固方法工期長、費用高且加固后的地基承載力較難滿足重載吊裝的地基承載力要求。

盾構機拆卸吊裝的主要部件包括刀盤、前盾、中盾、盾尾、螺旋輸送機、管片拼裝機、設備橋及后配套的6 節(jié)拖車。 預吊裝盾構機最大件重量為前盾125 t，尺寸φ6 650 ×2 078 mm，最長件為螺旋機φ900 ×13 043 mm，預采用履帶吊機進行盾構機吊裝施工。

3 吊裝方案

3.1 吊裝環(huán)境

盾構吊裝方案確定前詳細勘察現(xiàn)場基坑及吊裝井周邊尺寸，根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，考慮基坑邊坡的實際地質構成，吊機站位處基坑橫剖面如圖1 所示。選用2 臺履帶吊機完成盾構拆機吊裝施工，履帶吊機布設平面如圖2 所示，吊裝井口西側使用350 t履帶吊，旋轉半徑12 m，500 t 履帶吊放于原地面，作業(yè)半徑為14 m，兩臺吊機接力完成吊裝工作；350 t吊機將盾體部件吊出后翻身存放于臨時存放平臺，再由500 t 履帶吊將盾體部件吊到地面裝車轉運。

圖1 吊機站位處基坑橫剖面圖

圖2 履帶吊機布設平面圖

3.2 地基承載力確定

(1)計算參數(shù)選擇

根據(jù)綢帶公園站設計圖紙選取計算截面對應勘查探孔地層參數(shù)；坡頂?shù)跹b荷載7 000 kN(500 t履帶吊5 750 kN ＋前盾1 250 kN)；500 t 履帶吊履帶有效尺寸9 m×0.5 m×2 m。

(2)計算模型的建立

以摩爾庫倫準則為本構關系，設定墻體為彈性體，對吊裝荷載引起的周圍土體變形、應力進行分析計算。 基坑軟土地層部分為噴錨放坡結構；巖層部分圍護結構為鉆孔灌注樁，樁頂以下0.5 m 處設置預應力錨索，對鉆孔灌注樁按等剛度原則轉化為地下連續(xù)土墻，E＝26 GPa。 盾構吊裝時，基坑已開挖完成，根據(jù)對稱性，取基坑的1/2 進行計算，計算模型如圖3所示，計算參數(shù)如表1所示，圍護結構為鉆孔灌注樁和噴射混凝土層，吊機荷載位置設置有C30 混凝土墊層，相關參數(shù)如表2 所示。

圖3 計算模型

表1 計算參數(shù)

表2 相關計算參數(shù)

①500 t 履帶吊站位處地面沉降曲線圖如圖4所示，吊裝荷載作用會使得作用區(qū)域的地表沉降變大，從6.51 mm 增大到17.72 mm。

圖4 沉降曲線

②500 t 履帶吊站位處地面相對剪應力比近似表示的是應力點離破壞包線的距離。 相對剪應力比最大值為1，表示該點的應力狀態(tài)已經(jīng)達到或者超過摩爾庫倫破壞包絡線，進入塑性區(qū)。

吊裝荷載作用后，正應力增加，導致前四層地層都出現(xiàn)相對剪應力為1 的情況，且整塊區(qū)域都處于塑性區(qū)，存在一系列的潛在滑移面，邊坡的承載能力不足。

③500 t 履帶吊站位處地面吊裝荷載作用后塑性點如圖5 所示，吊裝荷載作用后出現(xiàn)了較多的塑性點，且塑性點集中出現(xiàn)在吊裝荷載作用區(qū)域和邊坡邊緣區(qū)域，同時形成滑移面，因此判斷吊裝荷載作用后，邊坡極有可能出現(xiàn)剪切破壞，需要對邊坡進行加固處理。

圖5 吊裝荷載作用后塑性點

④計算結論：吊裝荷載作用區(qū)域地表沉降增加較大，從6.51 mm 增大到17.72 mm；坡頂?shù)跹b荷載作用后邊坡可能出現(xiàn)剪切破壞；需要進行可靠的地基加固處理。

3.3 吊裝場地與地基加固

(1)接收井西側350 t 履帶吊站位地基加固

350 t 履帶吊站位于接收井西側泥巖地層區(qū)域，吊車履帶尺寸8 450 mm×9 950 mm，旋轉半徑7 800 mm。清理地表回填土，整平13 000 mm×15 000 mm范圍場地，并夯實達到承載力要求，并澆筑40 cm 厚C30 鋼筋混凝土。

(2)盾構機部件放置平臺

接收井西北側為盾構機部件放置平臺，西側擋墻距邊坡11.5 m，為滿足盾構機部件平穩(wěn)放置，需整平寬10 m 范圍場地，夯實硬化并鋪設鋼板，以滿足承載力要求。

(3)西側坡頂500 t 履帶吊站位地基加固

500 t 履帶吊站位于西側邊坡頂部，根據(jù)預定500 t 履帶吊站位空間，距離西側邊坡2.0 m 向遠離邊坡位置開挖地表土體13 m ×11 m ×0.9 m，按設計要求布設14 根鋼管柱[9-10]中心點位，旋挖鉆成孔樁徑0.8 m，樁長14.2 m，樁底進入中風化灰?guī)r0.9 m；鋼管使用φ609 ×16 mm；如圖6 所示鋼管柱加固縱剖圖，鋼管內外使用C15 砂漿填充，砂漿強度達到15 MPa 后才能進行吊拆作業(yè)；每側鋼管上部縱向架設4 根45a 工字鋼，橫向滿鋪 45a 工字鋼，工字鋼上鋪澆筑0.4 m 厚鋼筋混凝土板。

圖6 鋼管柱加固縱剖圖

3.4 方案實施

3.4.1 吊機可行性驗證

查閱350 t、500 t 履帶吊機相關技術參數(shù)、荷載圖，取動荷載系數(shù)Kd＝1.3[11-13]，對履帶吊機的起重能力進行驗算。

(1)350 t 履帶吊機

根據(jù)預吊裝盾構機前盾最重為120 t、350 t 履帶吊機的相關技術參數(shù)，主吊鉤選用160 t 鉤(吊鉤自重3.2 t)、主臂24 m，副臂與主臂成20°，副鉤選用100 t鉤(吊鉤自重2.3 t)，根據(jù)吊裝現(xiàn)場實際情況最大件吊拆工作半徑取12 m，根據(jù)吊機荷載參數(shù)表知主臂最大荷載為164 t，吊機最大動荷載Q ＝(120 ＋3.2) ×1.3 ＝160.1 t，小于164 t，滿足吊裝安全要求。

(2)500 t 履帶吊機

盾構機前盾最重為120 t、500 t 履帶吊機的相關技術參數(shù)，主吊鉤選用160 t 鉤(吊鉤自重3.2 t)、主臂24 m，根據(jù)吊裝現(xiàn)場實際情況最大件吊拆工作半徑取14 m，根據(jù)吊機荷載參數(shù)表知主臂最大荷載為162 t，吊機最大動荷載Q ＝(120 ＋3.2) ×1.3 ＝160.1 t，小于162 t，滿足吊裝安全要求。

3.4.2 履帶吊機組裝

(1)履帶吊進場

500 t 履帶吊進場組裝于鋼板地基上，履帶的中心線應與縱向鋼管柱中心線一致，以保證吊裝荷載垂直均勻地傳到下部巖層，組裝完畢按隨機使用說明書進行調試并驗收合格后履行相關報驗手續(xù)。

350 t 履帶吊進場，由500 t 履帶吊將350 t 履帶吊部件按組裝順序吊到基坑下部的組裝平臺處進行組裝，組裝完畢按隨機使用說明書調試合格后履行相關報驗手續(xù)。

履帶吊組裝調試前應對相關作業(yè)人員進行技術交底，盾構機吊裝前對全部參與吊裝作業(yè)的吊機司機、司索及盾構機拆機人員進行詳細的書面交底并履行相關手續(xù)。

(2)盾構吊裝

履帶吊組裝、驗收合格后進行吊裝作業(yè)，根據(jù)盾構的吊裝順序及拆機技術要求，依次刀盤、盾尾、管片拼裝機、中盾、前盾吊出(見圖7)，然后吊裝螺旋機、依次吊出各節(jié)臺車；350 t 履帶吊將盾構部件吊出并在周轉平臺上翻身存放，再由500 t 履帶吊吊到地面后裝車轉運，完成盾構吊裝工作。

每次吊裝前應嚴格執(zhí)行盾構機吊裝技術交底，先試吊確認吊裝安全后緩慢起吊，盾構機按拆機順序依次拆機，由350 t 吊機將部件由接收井吊出后暫放中轉平臺，再由500 t 履帶吊由中轉平臺吊起轉運到地面并裝車轉運，兩次接力吊裝完成盾構吊裝作業(yè)。

圖7 前盾吊裝

3.4.3 施工監(jiān)測

根據(jù)吊裝監(jiān)測方案，在重載吊裝時實時進行監(jiān)測，監(jiān)測項目包括吊拆周邊地表豎向位移、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、坡頂水平位移、坡頂豎向位移。 監(jiān)測點布設如圖8 所示，邊坡處布設實時監(jiān)測棱鏡，盾構各部件吊裝期間進行實時監(jiān)測，對500 t履帶吊處的坡頂水平位移進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理以確保吊裝安全。

圖8 監(jiān)測點布設

監(jiān)測項目在吊拆前采集監(jiān)測點初始數(shù)據(jù)，監(jiān)測頻率為2 次/d，吊拆過程中實時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)應符合《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8-2016)的相關要求[14]。

4 結束語

軟弱地基條件下，地鐵車站基坑采用多級放坡開挖施工，受周邊工程環(huán)境及施工進度的影響，基坑不具備回填的條件下采用雙機接力近接深基坑進行盾構吊裝作業(yè)；地面軟弱地基采用入巖鋼管樁頂部鋪設工字鋼＋鋼板的承載傳力結構，規(guī)避了吊裝荷載對車站結構的側壓力影響；基坑下部風化巖地層采用鋼筋混凝土板地基，基坑上下各布置一臺吊機，完成軟弱地基條件下盾構拆卸吊裝施工，解決了近接深基坑進行盾構吊裝的地基加固難題，保證了盾構吊裝安全，降低了盾構吊裝成本。