狮子洋隧道大型泥水盾构洞内解体拆机技术.doc

狮子洋隧道大型泥水盾构洞内解体拆机技术盾构工程狮子洋隧道大型泥水盾构洞内解体拆机技术ThedisintegrationdismantlingtechnologyoflargeslurryshieldinShiziyangtunnel申智杰/SHENZhi-jie(中铁十二局集团第二工程公司,山西太原030032)【摘要】大型盾构海底隧洞内解体拆卸为国内首次,技术难度和安全风险极大.介绍了广深港客专狮子洋隧道大直径泥水平衡盾构洞内解体拆机的难点和风险,对盾体和主轴承等大型部件的解体拆卸技术进行了重点阐述.【关键词】泥水盾构;解体拆卸;洞内解体;狮子洋隧道1工程及盾构概况广深港客运专线是连接广州,深圳和香港的城际客运铁路,设计时速350km/h,其控制性工程狮子洋隧道是我国在建最长,建设标准最高的海底铁路隧道.该隧道全长10.8km,分左右双洞,采用4台沈阳北方重工(NHI/NFM)设计制造的直径11.182m泥水加压平衡式盾构施工,中铁十二局集团(GSGII标)与中隧集团(GSGIII标)各使用2台盾构相向掘进,海底对接后,在洞内解体拆机,然后运出洞外.此项技术难度和风险较大,国内尚属首次.狮子洋隧道大型泥水盾构主要由刀盘,前盾体,中盾体,尾盾体,盾体内设备及GO,G1,G2三节后配套拖车组成,盾体部分总长12.43m,后配套拖车部分总长48m,整机重量约1600t.前盾体和中盾体采用双层设计(外层厚度4cm),尾盾采用单层设计,盾构对接后将前盾体和中盾体内层解体拆卸,外层不拆除,永久留存于隧道中,在拆机时起到支撑保护和安装吊点的作用.2拆机前的准备2.1盾构对接和加固1)预先选定地质稳固的对接区域,先到达的盾构在对接点停机等待并加固地层,以减少渗,702011(04)CONSTRUCTIONMECHANIZATION涌水对盾构拆除作业的影响;另一台盾构继续掘进,最终两台盾构刀盘无限接近,实现对接.2)为防止推进油缸回缩后管片纵向移动,焊接牛腿将最后一环管片固定于尾盾.3)将后30环管片壁后补充注浆,紧固纵,环向螺栓,联接互锁.4)在盾壳外和盾尾刷处管片注浆填充,使盾壳与围岩结为一体.2.2其他准备工作1)对盾体外层拟安装吊耳区域的盾壳厚度进行超声波扫描检测或开孔实测,对厚度值进行分析,盾壳厚度必须满足大于3cm要求.2)准备拆机所需的工具,机具,材料,加工的吊耳,辅助工装等,吊耳和辅助工装必须进行探伤检测,确保加工质量合格.3)拆机前在作业面附近设置临时用电和抽排水设施,由于隧道较长,采用接力泵排水.3盾构解体拆卸技术由于该大型泥水盾构部件多,待拆件重量和体积大,且处于水下60m深海底长隧之中.受隧道条件和盾构结构影响,无法采用起重设备拆卸,只能根据盾构结构设计和受力分析设计拆解方案,利用辅助工装以及在管片和盾壳上焊接吊耳,用手拉葫芦进行拆解,作业效率低,安全风盾构_32险大;加之长距离掘进及海水侵蚀,盾体磨损变形严重,壳体厚度和强度难以保证拆机安全;此外拆机处于大埋深高水压环境,多工序和作业面交叉作业,风险点多,工序协调和安全管控难度大.3.1盾构拆机顺序总体遵循先易后难,先小后大,由后往前,由上而下,由内而外的顺序,先断开各路管线,拆除各部件联接,然后按照G2拖车一G1拖车-*GO拖车一管片拼装机一悬臂梁一米字梁一主轴承一中盾体一前盾体一刀盘的顺序,逐一拆除.本文重点介绍主轴承,中盾体,前盾体及刀盘的拆卸.后配套拖车拆卸时,在拖车顶部管片上安装2排吊轨和10t手拉葫芦,用于拖车上设备和车架的拆卸.拆卸时注意左右对称拆移台车上部件,保持左右受力平衡和拖车架稳定.在尾盾顶部安装两道平行吊轨,每条轨道安装2个20t可移动葫芦(滑车和葫芦组合),同时,将管片顶部安装的拆卸拖车设备的可移动葫芦更换为20t,分别拆除管片拼装机,悬臂梁左右部,米字梁,利用葫芦和吊轨将其吊至运输车上运出.3.2主轴承拆卸主轴承位于前盾体内,重量105t,直径5.21m,为最重和最难拆卸单元.1)将润滑油排放后,拆除中心回转接头,管路及8台驱动电机.2)割除主驱动轴承与刀盘法兰连接螺丝的保护盖板.3)用液压扳手,拉伸扳手拆除刀盘法兰连接螺栓及盾体连接螺栓.4)安装4个40t的手拉葫芦,用于提升主轴承,安装2个40t的手拉葫芦,用于配合主轴承翻身.5)在盾体内焊接安装好主轴承接收工装和主轴承移动轨道,将刀盘固定,在刀盘后部固定4个50t千斤顶同时顶推主轴承.主轴承移出840ram时停止顶推,安装主轴承平移滚轮及其上部2个,下部2个40t保护性葫芦,然后继续顶推,直至主轴承完全脱离轴承座,进入接收工装.6)将主轴承平移3m,调整4个葫芦,使主轴承缓慢放倒至水平位置,完成主轴承的翻身,然后提升主轴承脱离接收工装轨道.7)拆除主轴承下的接收工装,将主轴承放至平板运输车上绑固后运出隧道.见图1.图113主轴承拆卸3.3中盾体拆卸前盾体和中盾体内层各由6部分组成(单件重量l568t),各部分间以及前盾体和中盾体间均采用高强螺栓联接,内外层则采用特殊的联接设计,以保证盾体结构的整体性和结构强度.中盾体拆解顺序为:中盾顶块一中盾上部右块(或左块)一中盾右块(或左块)一中盾底块.中盾体的拆卸难点在于顶块和上部左右块.3.3.1中盾顶块的拆卸中盾顶块(22t)呈八字形结构,便于首先向内移动拆除,它与左右相邻的两块中盾体采用高强螺栓及4个定位销联接,与前盾体螺栓联接.拆卸方法如下.1)先将中盾顶块内壳与外壳螺栓联接拆除,将焊接处气割拆除.2)在顶块底部焊接500ram高度工装架(距离方便安装葫芦),在顶块工装架和相邻盾体两侧各安装4个吊耳,以4个10t手拉葫芦连接顶块与两相邻块.如图2所示.图2中盾顶块拆卸建筑机械化2011(o4)71盾构工程3)在左右相邻块各安装1个50t油缸连接顶块,以便向下顶推中盾顶块.4)拆卸顶块与左右块联接螺栓及与前盾体的联接螺栓取出4个定位销.5)油缸缓慢顶推中盾顶块,使顶块与外层盾壳及相邻的左右块脱离,一边放松上部4个手拉葫芦,在油缸作用下顶块下落,转为使4个葫芦均衡受力,然后拆除油缸.6)同时缓慢放松4个手拉葫芦,使封顶块平稳下落至运输车.3.3.2中盾上部左右块的拆卸1)在中盾顶块外层盾壳安装2个吊耳,中盾上部右块(38t)上端安装2个吊耳,用2/i20t葫芦连接;在中盾上部右块与中盾右块结合处安装2套翻转铰接,如图3.abcd图3中盾上部左右块拆卸2)松开中盾体右上块与前盾体间连接螺栓,取出定位销.3)在中盾体右上块下部安装2个lOt葫芦,径向拉动盾体,使联接处滑离壳体150ram左右,然后同时缓慢放松顶部的2个20t葫芦,使盾体以铰接为轴向下缓慢翻转.4)如图3d所示安装吊耳和葫芦,使盾体完全落下.5)采用上述方法拆卸中盾上部左块,使左块盾体完全落下.6)拆除上部与左右部铰接,分别将上部左右块吊至平板车上运出.3-3-3中盾左右块的拆卸中盾左右块(37.st)的拆卸方法与中盾上部左右块拆卸方法类似,见图4.由于运输基础在底块上,拆卸前盾体时仍需运输,所以中盾底块暂不拆卸,待前盾体及刀盘拆除后再拆除.3.4前盾体拆卸722011(04)coNsTRucTIoNMEcHANIzATIoNabcd图4中盾左部右部拆卸前盾体分块与中体相同,分6块,顶块呈八字结构,便于向内拆除.由于运输车轨道无法延伸到前盾体范围,因此,拆除顶块后需在顶部壳体切口环往中盾方向安装2条长5.5m吊轨,以方便所拆部件平移至运输车位置.前盾拆卸顺序与中盾相同.3.4.1前盾顶块拆卸1)前盾顶块拆卸方法基本与中盾顶块类似.在前盾顶块(15t)和相邻的左右块安装4个5t葫芦和4支油缸,先以油缸顶推,使顶块脱离盾壳,然后改用葫芦受力,使前盾顶块平稳下落(图5).图5前盾顶块拆卸2)在盾壳顶部安装1根5.5m长滑轨及1/20t葫芦,顶块背部安装2个吊耳,拆掉4个10t葫芦连接,提升20t葫芦,平移前盾顶块到运输车上.3.4.2前盾上部左右块拆卸1)拆卸前盾上部右块前,如图6a在前盾主轴承座安装上部右块盾体下滑工装,在顶块前后两侧各安装1根油缸与相邻块连接,用于借助固定块顶推上部右块.2)拆除与相邻块的螺栓联接,启动2根顶推图6前盾左上部,右上部拆卸.盾构工油缸,使上部右块(19t)脱离盾壳后,改用3个20t滑轨葫芦连接前盾上部右块与外壳.之后拆除油缸,平移盾体到运输车上.3)前盾上部左块拆卸方法同上.3.4-3前盾左右块拆卸拆卸前盾左右块(28t)需首先安装右块上滑工装(如图7a),采用2台40t手拉葫芦向左上方拉动盾体,使右块脱离盾壳(见图7b),然后利用2台20t滑轨葫芦吊平移出前盾区域.abcd图7前盾左部右部拆卸3.5刀盘拆解刀盘为复合式结构,由8个辐条和8个面板,1个刀盘法兰组成,总重量157t.见图8.l612l4图8刀盘拆解顺序1_三角1;2-辐条1;3一三角2;4一辐条2;5一三角36一辐条3;7一三角4;8-辐条4;9-三角5;10-辐条5;l1一三角6;12一辐条6;I3一三角7;14-辐条7;l5一三角8;16-辐条81)先将刀盘焊接固定于前盾切口环2点,4点,8点及10点处,然后拆除刀盘法兰(26t)与主轴承联接螺栓.2)在前盾切口环顶部焊接2个吊耳,吊住刀盘法兰进行拆卸,之后用吊轨和葫芦将刀盘法兰拆除并平移至运输车运出.3)刀盘体(1189按图示自上而下分8块拆解:三角1辐条1三角2辐条2三角3辐条3辐条8三角8_辐条7三角7辐条4三角4辐条6三角6辐条5三角5.4)刀盘分块解体拆卸后,利用滑轨葫芦平移至运输车上运出.4拆机安全管理4.1拆机方案安全风险评估1)对盾构对接,拆机环境作安全评估.2)对各部件的拆卸工艺作安全评估.3)对特殊设计制造的工具,工装进行专项安全评估.4.2拆机技术方案的检算盾构的解体拆卸主要利用在管片和盾壳上安装吊耳,吊具进行,需要设计加工的起支撑及翻转作用的辅助工装较多,超大重量部件在拆除过程中产生各种位移,受力状态复杂,必须进行严格的安全校核和检算,确保采用的工装,吊耳,吊具设计合格,拆卸方案安全.4.3盾壳厚度和加工件的安全检测通过盾壳开孔实测和超声波检测,盾壳厚度在3cm以上,通过有限元分析,在吊装区域,盾