成形隧道上方盾構機出井吊裝對隧道的影響

李增業

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

目前已有眾多學者針對盾構機出井吊裝對工作井結構、盾構隧道結構的影響進行研究，此研究亦成為近年來的熱點。本文采用常規的受力變形分析，對盾構機出井吊裝時，起重設備站位在成形隧道上方進行吊裝作業的工況進行分析，通過成形隧道變形監測數據整理，淺析盾構機出井吊裝對成形隧道產生的影響。

1 概述

1.1 項目概況

上海市江浦路越江隧道新建工程襯砌為單層預制鋼筋混凝土管片，外徑11 360 mm，內徑10 400 mm，管片厚480 mm、寬1 500 mm。隧道內部結構采用預制與現澆相結合的結構形式，其中，口字件、車道板、防撞墻為預制結構，牛腿、壓重混凝土為現澆結構（圖1）。

圖1 隧道斷面示意

盾構隧道分東、西兩線。東線長785.166 m，采用φ11 580 mm小松泥水平衡盾構機掘進；西線長781 m，采用φ11 630 mm鐵建重工氣墊式泥水平衡盾構機掘進。

2臺盾構機均從浦東工作井始發，在浦西工作井接收。浦西工作井周邊環境較為復雜，施工場地狹小，盾構機出井吊裝時，吊機需站位于成形隧道上方。盾構機吊裝采用起重能力為400 t的徐工履帶吊（圖2）。

圖2 履帶吊站位示意

1.2 成形隧道受力分析的必要性

在盾構機出井吊裝施工中，一般會避免在成形隧道上方進行吊裝，而是選擇在工作井的邊側進行作業，盡量避免或減小對成形隧道的影響。目前城市內的隧道工程越來越多，不可避免地會受到場地因素的限制，必須在成形隧道上方進行盾構機出井吊裝作業。本文中受力分析均根據履帶吊受力最不利條件下的工況進行計算。

2 履帶吊及其站位區域場地概況

2.1 履帶吊站位區域地面加固情況

吊車行走和作業區域的場地必須平整（要求吊裝區域地面平整度≤0.5%）、堅實。主吊車作業區域為工作井的加固區域，地面已完成厚40 cm的混凝土施工。

地下連續墻及冠梁與吊車地面基本平齊，滿足吊車行走和吊裝需要。吊裝現場地面處理及布置需充分考慮履帶吊組裝及配重的運輸拆裝、刀盤分割、存放裝車、刀盤整體翻身、主驅動組件翻身及拼裝機翻身上井的需求。

2.2 履帶吊荷載

地面載荷按400 t履帶吊裝載最大質量部件時所承受的最大載荷計算。起吊時地基承載力驗算（按最大件盾構機刀盤組件質量150 t計算）：主機質量218 t、車身配重20 t、轉臺配重110 t、超起懸掛配重230 t、刀盤質量150 t，合計為728 t（即7 280 kN）。根據加固土取芯報告，加固土的無側限抗壓強度均大于1 MPa，此處按1 MPa計算。地面為厚40 cm鋼筋混凝土結構。

3 最不利工況管片受力分析

3.1 最不利工況分析

刀盤起吊時履帶吊作業半徑最大，起重量最大（圖3），此時履帶吊整體受力最大。

圖3 履帶吊受力分析

3.2 硬地坪承載力計算

為安全起見，本次計算最不利工況按單條履帶承受總重一半荷載的1.2倍計算。同時考慮活載系數1.4，單條履帶最大受荷為6 115 kN。按此最不利情況驗算厚400 mm硬地坪抗沖切承載能力。根據現場實際硬地坪配筋、混凝土強度、混凝土厚度，按GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》進行計算，結果顯示，受沖切截面滿足荷載承載要求。為安全起見，對于徐工400 t履帶吊，其每條履帶下方分別加墊5個6 000 mm×2 200 mm×40 mm的路基箱以進一步分散荷載，避免地坪集中受力。

3.3 地基土承載力驗算

單條履帶下路基箱面積為6×2.2×5＝66（m2），考慮單條履帶最不利荷載為6 115 kN，按均布荷載6 115÷66≈92.7（kPa）考慮。根據加固土取芯報告，加固土的無側限抗壓強度均大于1 MPa，此處按1 MPa計算?？紤]最不利工況時，地基土均布荷載為92.7 kPa＜1 MPa。加固土抗壓能力滿足要求。

根據地基承載力報告，承載力約為140 kN/m2，即140 kPa?？紤]最不利工況時單條履帶受力，地基土均布荷載為92.7 kPa＜140 kPa，地基承載力亦能滿足要求。

3.4 地基土下部軟土承載力計算

地基土下部存在軟弱④層土，結合地勘報告數據，經計算，軟弱下臥層承載力滿足要求。

3.5 加固土下臥管片受力驗算

采用圓環管片受力分析軟件進行核算，結果如下：

1）彎矩驗算：彎矩設計允許值為451.6 kN·m，驗算值為423.41 kN·m，滿足要求。

2）軸力驗算：軸力設計允許值為2 041.6 kN，驗算值為2 191.2 kN。計算時所選模型為通縫管片模型，本工程中管片為錯縫拼裝，設計值取1.3倍系數，故2 191.2 kN＜2 041.6 kN×1.3＝2 654.08 kN。滿足要求。

3）位移驗算：位移設計允許值為－22.7 mm，驗算值為－20.66 mm，滿足要求。

4 分析結果驗證

為確保施工過程中的絕對安全，在理論分析后又進行了實測驗證。實測驗證主要針對管片變形方面進行實測實量，實測實量根據吊裝前、后進行分析。實測數據如表1、表2所示。根據實測驗證，管片橫向、縱向變形均在設計允許范圍內。

表1 隧道管片橫向收斂值

表2 隧道管片縱向收斂值

5 結語

依托上海市江浦路越江隧道新建工程盾構上井吊裝實例，根據此項目實施前的驗算和實施前后及實施過程中的收斂監測情況，可知成形隧道管片的變形量滿足設計及規范要求，但因變形量數值較大，施工過程中還應增加監測頻率。后續工程可按此方法對成形隧道進行變形分析，在施工過程中加強監測，避免對成形隧道造成不良影響，影響結構安全。