摘要:目前，大直径土压平衡盾构机的设计制造和应用技术在全球范围内已非常成熟，超大盾构隧道工程总数（包括在建与即将开始建设的工程）已超过40个，现已实现海底、地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程的应用。大直径盾构机的始发、拆除作为盾构施工的重要环节，直接与工期、成本等息息相关，如何快速、安全的实现盾构机的吊装越来越成为诸多学者、专家研究的对象。本文以东晋隧道太原铁路西南环盾构项目?12.14m大盾构拆机为例，通过合理安排拆机顺序、设计并制作工装、加强质量控制要点，以达到提高施工的效率、节约工期的目的，同时将施工中好的方法进行总结，希望可以为其它类似项目施工提供借鉴价值。
关键字：大盾构、吊装、拆除
引言
盾构机主要由刀盘、主驱动、后配套台车等部分组成，而大直径盾构机各个组成的部分不但体型巨大、重量重，其重要部位的分块解体及吊装都属于大型构件吊装，是盾构机进行拆机作业的重要控制环节，拆机工作必须严格按照顺序进行，本项工作组织不到位会影响后续工作施工，带来的工期风险隐患会随之增大，施工中需合理规划、充分利用有限作业空间、采取质量工序控制措施，方能高效、顺利的完成拆机作业。
二、盾构机吊装、拆除
2.1拆机情况简述
本项目使用的土压平衡盾构机开挖直径达Φ12.14m，整机总长约135m，总重约2800T，单次吊装最大件为主驱动，理论重约225T。主要零部件尺寸及重量如表2.1所示，施工难度极大。
拆机过程中作业点多、结构复杂、涉及管线、螺栓、平台、工装众多，为保证施工顺利开展，选用一台450T履带吊用于大型结构部件吊装、使用1台500T汽车吊辅助施工，进行结构件翻身及吊装转运等工作。
表2.1盾构机主要部件参数表
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2.3 拆机流程
盾构机整机设备众多，按照拆除顺序主要分为主机拆解、吊装及后配套拆解、吊装，主机拆解、吊装主要包括：刀盘-盾尾顶块-盾尾左、右块-螺旋机-拼装机-盾尾底块-中盾顶块-中盾左、右块-前盾顶块-主驱动-前盾底块-中盾底块，拆解、吊装；后配套拆解、吊装主要包括：一号拖车-连接桥第一节-连接桥第二节-连接桥第三节-连接桥第四节-二号台车前部-二号台车后部-三号台车前部--三号台车后部-尾翼-栈桥-旋转平台，拆解、吊装。
三、盾构机快速拆除控制措施
盾构机拆除过程中大件设备主要分为28块，设备体型巨大、施工操作步骤繁琐，为确保安全、快速的完成施工任务，项目根据设备自身特点采取相关控制措施，创造出了40天完成?12.14m大盾构拆除的成绩，现对施工中关键技术总结如下。
3.1螺栓拆除
3.1.1刀盘连接螺栓拆除
刀盘法兰面共计216颗螺栓，螺栓强度为M42*10.9级，预紧扭矩为4900KN，在刀盘起吊前，四角各留20个螺栓暂时不拆。在施工中一般采用液压扳手配合气动扳手进行拆除，但实际施工中对施工项目部而言，此类专用工具所需费用高、用途少，一般仅配有1-2套，仅螺栓拆除一项所耗费时间达1-2个班，同时易造成人员闲置；本项目结合自身施工经验，自行设计一种工装，即在敲击扳手尾部焊接吊环，将链条葫芦固定在人员方便站立位置，通过人工手拉链条葫芦，将众人的力集中于一处，待螺栓松动后迅速转到下一处，由下一组工人使用扳手完成拆除、存放工作，经实践证明，只需半个班即可完成全部施工任务，大大节约了施工效率。此工装同样适用于盾体螺栓拆除，对于边角处人体不适合受力的位置，使用此工装同样适合使用。
3.1.2主驱动螺栓拆除
主驱动主要通过142颗直径M60、长度520mm、强度为10.9级的高强度螺栓与中盾进行连接，紧固扭矩高达10791KN，；拆除时先进行上部螺栓拆除工作，待前盾顶块吊装完成后进行主驱动的吊装，为保持稳定性，在履带吊起吊受力前，除底部对角预留20颗螺栓外，其它全部进行拆除；原设计使用液压扳手或拉伸扳手拆除，因螺栓紧固扭矩较大，几乎达到拉伸扳手极限值，很容易造成设备损坏、影响施工进度，造成后续工作难以正常施工；为提高螺栓拆除进度，积极开动脑筋，我项目自行设计一种工装，即：在套筒处焊接小块钢板，将套筒整个套在螺母处，使用液压扳手顶在钢板出，待螺母松动后，使用气动扳手加以拆除，通过此工装的设计，较快的实现螺栓松动。
待主驱动吊耳安装完成后，履带吊起吊受力为主驱动重量的20％，使用螺栓拆除专用工装拆除主驱动连接剩余螺栓，随着主驱动上螺栓数量的逐渐减少，最后几颗拆除的难度逐渐增大、且难以割除，螺栓拆除前，需检查主驱动与中盾是否存在干涉处；为保证受力均匀，最后几颗选择在方便受力、对称位置，依次进行拆除，在进行最后10颗螺栓拆除时，履带吊受力为主驱动理论重量；在进行最后4个螺栓拆除时，使用拉伸扳手缓缓拧松、使用气动扳手完成拆除。
经实践证明：较原定计划提前2天完成施工作业，保证了施工有序开展。主驱动吊装至地面后，使用两台吊车配合、协作完成翻身、存放作业。
3.2大型结构件吊装
盾构机主要分为28块结构件依次完成吊装作业，最重件为主驱动，重约225T。因盾构机上设备使用近两年，上面附着大量灰尘及杂质，一般上部结构件要多按5％进行计算，下部结构件要多理论重量按10-15％进行预估，以确保吊装安全。
由于盾构机结构件吊装必须按照从前到后、从上到下的顺序进行，为保证吊装工作的顺利开展，台车结构件连接吊耳设计为螺栓连接，节约吊耳焊接的时间。
3.2.1 主驱动吊装
主驱动重约225T，为本次吊装作业单次吊装最重件，为确保稳定性，设计专用工装进行吊装作业，主驱动吊装工装主要由上翻架和下翻架两部分组成，吊装过程中主要有两种吊装状态，分别为水平吊装和垂直吊装,后续主要依据这两种吊装状态进行分析。
主驱动总成的重量约为225T，吊装工装基体材料为Q345B，材料的屈服强度345MPa，抗拉极限510-600MPa，吊装工装耳板厚度为100mm，法兰板厚度为60mm。垂直吊装时计算模型建立及边界条件确定，显示，最大应力发生在耳板与法兰焊接部位，最大应力值为158.6MPa，最大变形约为1.27mm，水平吊装时计算模型建立及边界条件确定，计算结果显示，最大应力值为53.2MPa，最大变形0.49mm。
3.2.2后配套台车结构件吊装
盾构机后配套台车等结构件吊装吊耳一般采用焊接式，需要进行吊耳焊接、探伤检测等工序，耗费时间较长，本项目后配套台车包括一号台车、连接桥、二号台车、三号台车等共分为9次完成吊装任务，耗费时间较长。在施工中结合施工经验，选用可拆卸式、螺栓连接吊耳，吊耳设计为通用式、拆卸方便，可适用所有结构件吊装，大大节约了施工时间和吊耳数量。本次结构件吊装最重件为一号台车，重约180T，以一号台车吊装为例进行分析，吊耳设计受力为60T，起吊时前后受力，严禁左右受力,吊耳分别布置在四周位置，顺利完成施工任务。经实践证明，吊耳设计可满足施工要求，后配套台车结构件的吊装均采用此方法。
3.3质量控制措施
（1）焊接吊耳检测：所有吊耳焊缝焊接质量评定由专业机构按《GB/T 12469》执行，焊缝外形尺寸应按《GB/T 7949》执行，按《GB 11345－89超声波探伤记录表》填写有关探伤报告，由专业机构出具焊接质量检测合格的报告后方可进行吊装作业，吊装前应再次检查吊耳情况。
（2）加强对设备的保护和环境的保护。焊接区域做好防火措施，且关闭附近弱电系统。产生的垃圾废弃物定点存放处理。
（3）拆除过程中严格检查各机械部件的连接、管路连接和电路连接，每完成一道工序都需机电工程师现场复核。
（4）当盾构机环境温度降低至-25℃以下时，需要重新选型电伴热系统和保温系统。
四、结论
盾构机设备拆除、吊装是盾构整体施工中重要控制环节，与工期的整体安排息息相关，往往需要的专业化施工队伍参与作业，尤其是在大盾构拆除施工中，因其设备巨大、可借鉴经验少，更考验施工者的组织协调与整体把控能力，本项目结合大盾构施工经验，通过在螺栓拆除、结构吊装、质量控制等方面进行精细筹划和优化，仅用40天完成设备拆除工作，希望为类似项目提供借鉴价值。
五、参考文献
【1】何若全 钢结构基本原理（第二版） 中国建筑工业出版社 2018.09；
【2】GB50017-2003钢结构设计规范 中国计划出版社；
【3】但泽义 钢结构设计手册 中国建筑工业出版社 2019.02。
论文作者:魏巍
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/22
标签：盾构论文; 螺栓论文; 台车论文; 工装论文; 作业论文; 扳手论文; 结构件论文; 《工程管理前沿》2020年1月第2期论文;