地铁盾构始发负环管片组装及拆除施工工法
中铁九局集团有限公司 中铁九局沈阳地铁项目部
1 前 言
沈阳地铁一号线第五合同段区间隧道为盾构法施工。包括重工街站～启工街站区间、启工街站～保工街站区间两部分。盾构机需要先后在启工街站西侧、重工街站东侧、启工街站东侧、保工街站西侧进行始发掘进。盾构掘进提供反力系统包括反力架、负环钢管片、负环混凝土管片，需先组装后拆除4次，施工工序繁琐作业时间长。施工过程中，通过设计比选形成一套施工速度快、安全可靠的组装及拆除反力架、负环钢管片、负环混凝土管片的施工工法，实践证明，工法具有较好的实用性、先进性、科学性。 2 工法特点
2.0.1设计的负环钢管片易装、拆，可以快速释放盾构推力纵向约束，加快负环管片拆除速度。 2.0.2减少拆除负环对盾构施工所造成的影响，节约盾构施工工期，降低施工成本。 2.0.3保护负环混凝土管片在拆除过程中不受到损害，增加负环管片循环使用次数。 3 适用范围
本工法适用范围较广，明挖地铁车站内盾构始发均可采用本工法，开天窗方式的负环管片拆除施工也可参照。 4 工艺原理
4.1反力架及负环钢管片设计
反力架为钢结构，用来提供盾构始发时所需的反力，分为反力框架和后背支撑钢管两部分，主要由H型截面钢梁、箱型截面钢柱和钢管焊接组成。根据车站始发井口的结构形式，反力架后背支撑钢管应上下支撑在中板及底板上，以减少反力架上横梁变形量。
负环钢管片由16个φ300mm、δ12mm、长300mm无缝钢管组成，便于拆除负环作业时切割。反力架结
构及三维效果见图4.1.1-1、图4.1.1-2。
图4.1.1-1 反力架结构图 图4.1.1-2 反力架三维效果图 盾构始发时千斤顶反力经过负环管片、负环钢管片传递到反力架上。根据施工现场地质条件确定最大始发推力为1200t，安全系数为1.5倍，按照1800t进行检算。通过计算，反力架最大应力为41.27MPa，满足强度要求，见图4.1.1-3；最大变形1.84mm
图4.1.1-3 反力架应力效果图 图4.1.1-4 反力架变形效果图 4.2负环管片吊装系统设计
负环管片吊装系统由两部分组成，上半部分吊起相邻2环管片的2块C型管片和4块B型管片，共4
单位：(mm)
个吊点。吊环为M40×450mm，8.8级螺栓，吊环B型管片螺栓孔穿入，吊环用垫片及螺栓同管片拧紧，两环之间吊环用18槽钢和18工字钢连接固定，形成稳定三角框架，见图4.2.1-1。
负环管片吊装系统下半部分吊起相邻2环管片的6块A型管片，同样为4个吊点。吊环为拼装管片用管片抓举头，吊环旋入管片螺纹拧紧后，两环之间吊环用18槽钢和18工字钢连接固定，形成稳定三角框架，详见图4.2.1-2。
单位：(mm)
图4.2.1-1 负环管片吊装系统上半部分尺寸及起吊示意图
图4.2.1-2 负环管片吊装系统下半部分尺寸及起吊示意图
4.3负环管片拼装方法设计
全部负环混凝土管片均采用通缝拼装，且封顶块在最上方16点位置。管片间涂抹润滑油脂，不安装密封胶条，只安装传力衬垫。
按照图4.3.1负环钢板分块要求采用10mm厚钢板制作负环钢板，负环钢板同第－8环管片靠反力架侧用管片螺栓拧紧固定。第－8环管片在盾尾内拼装成环后，整体推出将负环钢板同负环钢管管片焊接固定。
图4.3.1 负环钢板分块示意图
5 施工工艺
5.1工艺流程 负环管片拆除施工工艺流程见图5.1.1。
单位：(mm)
5.2施工操作要点 5.2.1拆除材料准备
制作吊环、电瓶车轨道架、准备拆除负环工字钢、槽钢、钢丝绳(D=65mm的6×37钢丝绳)、2.5寸卸扣等配套材料。 5.2.2拆除设备准备
32T龙门吊1台、10m长平板车2台以及气割设备、电焊设备、葫芦、千斤顶等工具。 5.2.3拆除场地准备
平整顶板上准备存放拆除负环的场地，坑包处用枕木找平。将始发井口处范围内的运输轨道、水管、注浆管路等拆除，防止吊装过程中破损。
图5.1.1 负环管片拆除施工工艺流程图
5.2.4安装1～11环管片纵向拉紧联系条。
5.2.5将－8～0环管片的13点和2点位置吊装孔打通，安装上半部分的管片吊环并将吊环同槽钢固定。 5.2.6将管片抓举头旋入－8～0环管片的5点和11点位置吊装孔内，并通槽钢固定。
5.2.7切割反力架钢管负环，割除后正常推进1～2环，并派专人测量盾构机推进过程中负环管片是否移动，如果管片移动则停止拆除。对已掘进管片进行二次注浆加固。
5.2.8盾构停机并清洗注浆管及浆箱残余浆液，在浆箱内准备好膨润土浆液。将4辆空渣车形成一个列车编组开进盾构后配套内，盾构停机后每隔1～2h推进3～4cm并出一部分土，以保持土压和防止螺旋机内砂土堵塞。
5.2.9焊接槽钢和工字钢框架，要求全缝焊接，焊缝高度6mm，其中吊环与槽钢用螺栓紧固。 5.2.10检查龙门吊、钢丝绳、吊具及其他准备工作，确认无误后拆除负环管片连接螺栓。 5.2.11用龙门吊将－8～0环分两个上下部分连体吊出，下垫枕木平稳放置在顶板上。
5.2.12龙门吊出始发架，始发架在顶板上分解成3段后，运至存放场地。拆除反力架下横梁，用龙门吊将反力架放倒将立柱和上横梁拆除后逐个吊出，运至存放场地。 5.2.13龙门吊吊入电瓶车轨道架，连通轨道后，盾构恢复掘进。
5.2.14龙门吊在顶板上将上下半环管片起吊、翻转后除成单片，由平板车上运至存放场地。 5.3 劳动组织
劳动组织见表5.3-1。
表5.3-1 劳动组织
序 号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
6 机具设备
工 种 起重工 轨道车司机 龙门吊司机 汽车司机 焊工 电工 普工 技术人员 测量人员
人 数 6 1 2 2 4 2 20 4 2
备 注 捆绑及拆除钢丝绳 驾驶轨道车 起吊管片 运输管片 吊环及工字钢焊接
工程用电 拆除管片螺栓 检查及指导作业 方向及水平测量
6.0.1机具设备见表6.0.1。
表6.0.1 机具设备
序 号 1 2 3 4 5 6 7
7 质量控制
严格按照《地下铁道工程施工及验收规范》(2003年版)和《盾构法隧道工程施工及验收规程》（DGJ08-233-1999）的相关要求执行。 8 安全措施
8.1倒链手拉葫芦施工作业
8.1.1倒链使用前仔细检查吊钩、链条及轮轴是否有损伤、传动部分是否灵活；拴上重物后，先慢慢拉动链条，等起重链条受力后再检查一次，看齿轮啮合是否妥当，链条自锁装置不否起作用。确认各部分情况良好后，方可继续工作。
8.1.2手拉动链条时，应均匀和缓，不得猛拉。不得在与链轮不同平面内进行动，以免造成跳链、卡环现象。
8.1.3齿轮部分应经常加油润滑，棘爪、棘轮和棘爪弹簧应经常检查，发现异常情况应予以更换，防止动失灵使重物自坠。 8.2电焊施工作业
名称及型号 32吨龙门吊 10米长平板车 轨道电瓶车车 电焊机 全站仪 5t手拉葫芦 10t千斤顶
单 位 台 台 台 台 台 个 台
数 量 1 2 1 4 1 2 2
备 注 起吊负环管片 运输负环管片 运输材料 吊架工字钢焊接 距离测量 拆除管片 拆除管片
8.2.1进入现场必须遵守安全生产有关规定。 8.2.2电焊、气割，严格遵守“十不烧”规程操作。
8.2.3操作前检查所有工具、电焊机、电源开关及线路是否良好，金属外壳应有安全可靠接地，进出线应有完整的防护罩，进出线端应用铜接头焊接头焊牢。
8.2.4电气焊的弧、火花点必须与氧气瓶、乙炔瓶、木材、油类等危险物品的距离不少于10m，与易爆物品的距离不少于20m。
8.2.5清除焊渣时，面部不应正对焊纹，防止焊渣溅入眼内。 8.2.6注意安全用电，电线不准乱拖乱拉，电源线均应架空扎牢。 8.2.7焊割周围和下方应采取防火措施，并应指定专人防火监护。 8.3起重吊装作业
8.3.1施工前组织有关人员熟悉方案以及进行技术交底。 8.3.2吊装过程中，吊点应按规定设置，不得随意改动。 8.3.3汽车吊驾驶员、操作工必须持证上岗。
8.3.4起重指挥由技术培训合格的专职人员担任，无指挥或信号不清不准吊。 8.3.5六级以上强风不准吊，斜拉重物或超过机械允许荷载不准吊。
8.3.6吊装前，由司机和安全员检查吊装用的钢丝绳、钢丝绳连接处及吊具的安全性。吊装前检查吊车设备的安全和平稳。
8.3.7井口指定专人负责，防止高空坠落；井下吊装区域内严禁站人。 8.3.8井上、井下交叉作业，禁止从井口抛投工具及物体。 8.3.9吊装作业人员必须佩戴安全帽，高空作业佩戴安全带。 9 环保和节能减排 9.1噪音控制
9.1.1对龙门吊等容易产生噪音的设备采取合理布局，加强设备润滑和维护保养工作，严格执行相应
作业指导书和设备检点规程，减轻噪音对周围居民生活环境的影响。
9.1.2加强对吊装及运输设备的维护保养，加强对司机的环保意识教育，减少噪音污染。 9.2扬尘、固体废弃物控制
9.2.1施工前对作业现场及周围道路等可能产生扬尘的场地洒水，保持尘土不上扬。
9.2.2固体废弃物按不同性质和类别分开存放，主要分为危险、不可回收利用固体废弃物、可回收利用固体废弃物、生活和办公垃圾等； 10 技术经济分析
本工法可加快负环管片的拆除速度，减少拆除负环对盾构施工所造成的影响，降低施工成本，节约盾构施工工期。具有便于施工组织，容易保证施工安全和整体质量优等特点，能够取得较好的经济效益和社会效益。 11 工程实例
沈阳地铁一号线第五合同段启工街～保工街盾构区间，盾构掘进100环后进行负环拆除作业。其负环由9环管片组成，每环重17t，长10.8m，宽6m，共54块。在施工过程中，本工法采用的负环钢管片易装、拆，设计的拆除吊环及吊架可以快速释放盾构推力约束，提高拆除速度。由于创新的施工工法得当，施工组织合理，用1天便全部拆除完毕，恢复盾构正常掘进，保证作业安全。与其他拆除方法相比较，每次拆除作业可节约工期5-6天，每次节约成本32万元。实际施工过程中，共缩短工期22天，共节约成本128万元，取得较好的经济效益。其技术水平与国内同类技术水平比较为国内先进。