盾构法施工具有自动化程度高、施工速度快、施工安全便捷、对外界影响小等诸多优点，近年来，盾构法在地铁隧道施工中广泛应用。但还有很多技术难点需攻破，还有许多风险因素需避免。盾构机进退场吊装作为盾构施工中一项不可或缺的关键步骤，做到安全高效、科学有序成为本领域技术人员需解决的重要问题。本文依托金义东市域轨道交通工程土建02标即八一南街站—万达广场站区间及万达广场站—大堰河街站盾构区间，进行盾构机进退场吊装方案技术分析。

　　1 工程概况

　　金华—义乌—东阳市域轨道交通工程土建施工02标段主要包括:(1)八一南街站—万达广场站区间工程;(2)万达广场站—大堰河街站盾构区间工程。

　　1.1 区间工程要素

　　八一南街站—万达广场站区间设计起讫里程为右JYCK4+380.175—右JYCK6+269.009 (左JYCK4+380.175—左JYCK6+269.009)，区间右线长1 888.834m，左线长1 883.063 (含短链5.771m)。本区隧道为盾构法施工，于右JYCK4+800.000和右JYCK5+700.000处设置2座联络通道，于右JYCK5+270.300处设置1座联络通道兼废水泵房。

　　1.2 区间盾构筹划概况

　　八一南街站—万达广场站区间出八一南街站后沿李渔路向东敷设，然后区间以500m半径躲避李渔桥基础后下穿武义江，最后区间以480m半径转回沿李渔路敷设进入万达广场站。区间安排2台盾构机施工，先由DZ486盾构机从八一南街站左线始发，到达万达广场站西端头井吊出;右线同样由DL506盾构机从八一南街站始发，到达万达广场站西端头井吊出。万达广场站—大堰河街站区间采用DL329盾构机，先从明挖段始发，到达万达广场站东端头后，从万达广场站转场至明挖段二次始发，再次到达万达广场站东端头后解体退场。区间概况如图1所示。

　　

　　图1 区间概况示意  

　　 

　　1.3 盾构机设备选型

　　本工程区间隧道施工采用DZ486型及铁建DL506,DL329型盾构机。因设备主要部件吊装尺寸、质量参数相近，故本方案内地基承载力、钢丝绳等均以最重的DZ486型盾构机尺寸、质量参数为例校核。

　　1.4 盾构机进退场吊装场地

　　根据本工程区间筹划安排，盾构在八一南街站吊装下井，盾构在万达广场站吊装退场。场地详情如图2,3所示。

　　

　　图2 八一南街站盾构进场吊装场地示意 

　　 

　　

　　图3 万达广场西端头场地示意 

　　 

　　2 盾构机吊装管理及工艺流程

　　凡不影响到下井工作的零部件，做好固定后连同各自的车架一起下井;对下井有影响的零部件应拆下，在该部件下井后，随即下井并立刻按要求组装。

　　盾构设备进场时控制好运输车辆的到场时间及其时间间隔，保证各部件按吊装作业顺序运输至施工场地后可立即吊装下井。本方案涉及同一型号机器，因此进退场吊装作业顺序均以DZ486型盾构机为例进行说明。吊装流程如图4所示。

　　

　　图4 吊装流程 

　　 

　　2.1 盾构机进场作业

　　始发架下井→电机车下井→6～1号车架及桥架下井→螺旋机下井→盾构机中盾下井→盾构机前盾下井→刀盘下井→盾尾及拼装机下井→螺旋机安装→主机与后配套设备连接。

　　1)始发架下井。

　　2)车站内铺设大小拖车轨道约85m，并延伸大、小轨道到始发架上。

　　3)车架及桥架吊装顺序及方法:在始发架上铺设临时轨道，并按6～1号车架的顺序下井到轨道上，并把车架拖入车站内。

　　下井前需完成工作:将每节车架对应的皮带机架固定在顶上后随车架下井。吊装方法为:(1)车架及桥架在吊装前进行加固，避免在吊装过程中支撑产生变形;(2)采用220t起重机吊装，用起重机通过4根32钢丝绳将拖车车架吊起，并在各车架下井前都在车架对角处系1根至少15软绳，用于人工控制车架转动方向;(3)车架与轨道接触后，用电机车将车架拖入车站内;(4)桥架下井时，后端直接与1号车架连接，前端采用工字钢支架固定在平板车上，然后利用电机车将1号车架和桥架一起拖入车站内。

　　下井后需完成工作:(1)车架下井后起重机辅助安装皮带架;(2)用电机车将车架移到车站内;(3)不连接车架及车架之间的管线和拉杆。

　　盾构机三大件下井前在始发架的轨面上涂抹足量润滑脂，以减小盾构机三大件的移动摩擦阻力，盾构A环、B环下井后按要求焊接顶伸块(提前加工好)。

　　1) B环下井前(1)检查B环，将松动的设备固定;(2)B环在500t汽车式起重机及220t汽车式起重机配合下由平放翻转至竖立;(3)B环在下井前将2根软绳系在其两侧，防止B环在下井时转动。

　　2) B环下井(1)500t起重机通过旋转、起落臂把B环吊到前端井边0.2m处，起重机缓慢平稳地将B环吊装下井放在始发架上;(2)在起重机辅助保护下，用100t千斤顶向后推动，以便A环、刀盘下井安装，顶推到位后松开吊装钢丝绳。

　　3) A环下井前(1)检查A环，将松动的设备固定;(2)A环在500t汽车式起重机及220t汽车式起重机配合下由水平翻转至竖立;(3)A环在下井前将2根软绳系在其两侧，防止A环在下井时转动。

　　4) A环下井500t起重机通过旋转、起落臂把A环吊到前端井边0.2m处，起重机缓慢平稳地将A环吊装下井并与B环连接。

　　5)刀盘下井，并与A环进行连接。

　　6)主机前移用2台100t千斤顶整体顶推盾构机三大件，使其前移，直到刀盘距离洞门圈1m(见图5)。

　　

　　图5 盾构机安装完成后示意  

　　 

　　2.2 盾构机退场作业

　　准备工作→拔出螺旋机→盾尾加拼装机上井→刀盘上井→A环上井→B环上井→螺旋机上井→桥架上井→1～6号车架依次上井。

　　1)在吊装前，首先需清理注浆、加泥搅拌桶等，其次将整机所有管路断开并做好标识牌，管路进行封堵，电缆进行包扎，最后全部就近固定在盾构机上。

　　2)首先将桥架前端固定在平板车上，然后将主机和桥架分离。

　　3)已解除连接的桥架和车架等均向后移动一段距离，保证拔出螺旋机时具有足够空间，然后采用工字钢支架固定桥架前端，工字钢支架不可影响平板车行走，最后空出平板车。或将桥架等整体后移10m以上，再次焊接工字钢支架。

　　4)首先将主机及基座整体向前移动至站台边，其次延伸平板车轨道至盾尾内部，然后在起重机的辅助下拔出螺旋机，并焊接支架后放置在平板车上，最后拖到隧道内。

　　5)将盾尾和拼装机整体吊出，拼装机吊装时采用吊装扁担避免钢丝绳与盾尾摩擦。

　　6)将刀盘、A环、B环及基座整体后移，尽量缩小起重机工作范围，然后准备吊出刀盘、B环、A环。

　　7)将桥架和车架推至吊装孔后，按桥架、1～6号车架依次吊出。

　　2.3 主要技术要求及注意事项

　　车站应满足停放起重机和盾构机组的需求，周边管线(如水管、电缆、煤气管线等)若在吊装区域范围内，应采取有效保护措施。为了保障盾构吊装安全，确保吊装区域地基承载力满足吊装要求，盾构机吊装场地端头部位应经过加固，加固完成后再进行硬化，在吊装前委托专业检测单位对吊装区域进行承载力检测，检测报告满足吊装要求后进行吊装施工。起重吊装作业前现场划出警戒范围，起重吊装的现场要设置一定警戒区，警戒区内不但需安装警示牌，而且还需专门安排人员，禁止非现场工作人员进入。警戒区应将所有设备包含在内，包括将要被吊装的设备及起重机自身设备。

　　认真阅读拆解方案有关技术资料，核对构件的空间就位尺寸和相互关系，掌握结构的长度、宽度、高度、质量、型号、数量等，以及主要构件质量及构件间连接方法。掌握吊装场地范围内的地面、地下、高空及周边环境情况。了解已选定的起重、运输及其他机械设备的性能与使用要求。技术人员应细致、认真、全面地对现场施工人员进行技术交底。顺序组织施工人员、机械设备、材料入场，并对主要吊装设备进行必要的检查、维修、试吊。准备吊装用的绳索、吊具及常用的起重工具。吊运物上的零星物件必须清除，防止吊运中坠落伤人。

　　盾构机部件质量很大，在吊装施工前应先进行试吊，确认试吊安全后方可进行吊装，盾构部件试吊过程中还需注意安全措施:盾构机试吊前，检查各点受力情况及吊攀焊接质量，经试吊确认安全可靠方可指挥起吊翻身。起重机须在全配重情况下，空载旋转2圈后才能试吊盾构大件。试吊时用围绳牵住吊物保持稳定，且工件离地面高度不得超过0.2m，停顿5min后，检查起重机及吊具的安全性能和地基承载力，情况正常才能吊装。要求试吊2次方可进入下一步施工。

　　盾构设备部件单体质量和体积较大，构件数量多，吊装难度较高，应采取有效的技术和安全措施，确保盾构吊装作业安全。在吊装过程中，为保证起吊和拼装过程中盾构部件的安全性，不允许有地面的接触点，必须保证吊装过程一次性完成。在吊装实施过程中吊装单位及现场安装人员应严密配合、精心指挥、安全操作，必须配备统一的、具有丰富吊装经验和协调能力的现场管理人员，坚决做到精心组织、精心作业，做到施工前认真准备，施工过程中选取最佳的吊装方案，确保设备和操作安全。井上、井下的联动指挥:井上、井下各有1名信号员，并通过对讲机沟通。盾体地面起吊、顺直，以及转臂、趴臂和下吊作业由井上信号员指挥，直到盾体下吊距井底2m左右时，转为由井下信号员指挥。起吊物件应有专人负责，统一指挥。指挥时不准戴手套，手势姿势要清楚，信号要明确，不得与指挥吊物距离太远。

　　3 吊装能力计算

　　3.1 起重机工况分析

　　3.1.1 双机抬吊

　　1)吊装A环115t翻身(与水平方向呈60°～70°时)，主吊负载S_max主=Q×41%+4t=51.15t(吊钩质量为3.5t，钢丝绳质量为0.5t);500t起重机主臂L=21.3m，最大作业半径R=12m时，额定起重量124t;最大负载51.15t小于额定起重量，负荷率为41%(符合安全规范)。

　　副吊总负载S_max副=Q×59%+1.9t=69.75t(Q为被吊环质量);500t起重机主臂L=23.6m，最大作业半径R=7m时，额定起重量88.7t;最大负载69.75t小于额定起重量，负荷率为78.6%(符合安全规范)。

　　2)吊装B环122t翻身(与水平方向呈60°～70°时)，主吊负载S_max主=Q×41%+4t=54.02t;500t起重机主臂L=21.3m，最大作业半径R=12m时，额定起重量124t;最大负载54.02t小于额定起重量，负荷率为49.5%(符合安全规范)。

　　副吊总负载S_max副=Q×59%+1.9t=73.88t;500t起重机主臂L=23.6m，最大作业半径R=6.5m，额定起重量94t;最大负载73.88t小于额定起重量，负荷率为78.6%(符合安全规范)。

　　3.1.2 单机吊

　　1)吊装A环119t(包括吊耳、钢丝绳4t)下井过程中，500t起重机主臂L=21.3m，最大作业半径R=10m时，额定起重量147t;最大负载119t小于额定起重量，负荷率为80.9%(符合安全规范)。

　　2)吊装B环126t(包括吊耳、钢丝绳4t)下井过程中，500t起重机主臂L=21.3m，最大作业半径R=10m，额定起重量147t;最大负载126t小于额定起重量，负荷率为86%(符合安全规范)。

　　3)吊装刀盘80t (包括吊耳、钢丝绳4t)下井过程中，500t起重机主臂L=21.3m，最大作业半径R=16m，额定起重量94t;最大负载76t小于额定起重量，负荷率为85.1%(符合安全规范)。

　　3.2 地基承载力验算

　　按500t起重机最大负载情况进行地基承载力要求计算。

　　由于盾构机部件质量过大，起重机吊装时，起重机最大作业半径为10m。最大起重工况:G₁=126t，起重机自重G₂=96t，最大起重工况配重G₃=135t，总重G=357t。

　　吊装过程为:初始时吊臂在y平面内，然后起重机旋转到x平面内，将所有力向旋转中心平移，可得到等效的集中力G、倾覆力矩M(见图6)。

　　

　　图6 起重机支腿受力分析  

　　 

　　倾覆力矩M=R·G₁-L·G₃(其中R为起重机最大作业半径，G₁最大起重工况，L为配重重心到回转中心的距离，G₃为配重)，经计算有:

　　

　　 

　　支腿荷载N由2部分组成:N=N₁+N₂。

　　第1部分N₁由G产生，由于各支腿相对于旋转中心近似对称，可认为各支腿平均承担，即N₁=G/4=892.5k N。

　　第2部分N₂由G产生，当吊臂和y轴呈β时，倾覆力矩可分解到x,y 2个平面内，分量分别为:

　　

　　 

　　M_x由侧面支腿1,2的反向力共同平衡，产生的支反力:N_2x=M_x/2b;M_y由侧面支腿2,3的反向力共同平衡，产生的支反力:N_2y=M_y/2a。

　　支腿3支反力最大，其值为:

　　

　　 

　　在起重机承重起吊过程中转至β=45°为单个支腿受力最大工况，N₂取得最大值为422.3k N。

　　

　　 

　　经计算:N_max=1 314.8k N。

　　路基箱规格和数量:4.2m×2.5m，最大负载路基箱3号对地面的压力:P=131.48t/10.5m²≈125.2k N/m²。

　　吊装前必须对吊装场地进行地基承载力测试，确定吊装现场的实际承载力。若吊装现场地基承载力>125.2k N/m²，满足吊装要求方可进行吊装作业;若吊装现场地基承载力<125.2k N/m²，无法满足吊装要求，便需进行更换4m×3m以上路基板，满足吊装要求方可进行吊装作业。

　　4 结语

　　盾构机的应用会越来越广泛，相关技术人员要不断探索盾构施工技术，尤其对盾构机进退场的吊装技术投入更大努力，为盾构机施工奠定良好开端。本工程针对项目特点，通过合理的盾构机选型及严格的理论计算和验证，确保盾构机的进退场吊装方案的可实施性和安全性。