《1 前言》

1 前言

负环管片拆除是盾构隧道施工过程中的一道重要工序。 在盾构始发期间，盾构必须借助反力架才能出洞进入地层中，这样就必须在始发竖井中拼装负环管片。由于负环管片会占据竖井大部分的空间，大大制约了管片及其他材料的垂直运输速度，从而严重影响了盾构施工的进度[1 ~3]。因此，为满足盾构快速施工的需求，在盾构始发掘进一定距离后，需要拆除负环管片。对于泥水盾构来说，负环管片拆除后，需要相应的对泥浆管路、轨道、风水电等管线进行换装，以保证泥水盾构的施工要求[4]。

《2 盾构隧道换装的目的》

2 盾构隧道换装的目的

该项目盾构始发掘进至 67.2 m 处，由于刀具与地层不适应导致刀具损坏严重，扭矩过大致使保险轴损坏。为保证后期施工安全，经专家会多次讨论，在刀盘前方开挖竖井进行刀盘改造。为有效利用时间，减轻工期压力，在刀盘改造竖井施工期间，提前进行负环管片拆除和盾构隧道的换装施工。

由于盾构始发竖井空间完全被负环管片占据，在盾构始发期间需借用旁边的 5# 竖井和反力架背后狭小空间作为管片、轨排及管道等材料的下料口。在盾构进入正常段施工后，将无法满足盾构快速施工的需求，必须将４＃ 井内的负环管片上半部分拆除，以 4# 井作为下料通道，以提高垂直和水平运输速度。

由于盾构掘进距离较短，已拼装的管片尚不能提供足够的摩阻力保证盾构掘进安全，因此，还需要采取管片拉紧装置，进行二次加强注浆及在反力架和管片之间增加支撑等措施。

《3 总体施工方案》

3 总体施工方案

该工程负环管片共计 8 环，本次只拆除负 8 环至负 2 环的上部分，保留下半部分管片(两片)作为电瓶车轨道基础。由于盾构始发掘进距离较短，为了保证盾构施工的安全，负环管片拆除前，反力架无法拆除。为了方便将负 8 环管片拆除，先将反力架顶部横梁及两侧斜梁拆除，然后将其他负环管片拆除，反力架顶部横梁在负环管片拆除后再恢复。然后在洞门与反力架之间安装 6 根临时钢管支撑连接，为盾构恢复掘进后提供反力。由于管片采用错缝拼装，为方便施工并保证安全，将底部多余的管片采用绳锯进行割除，只保留下半部分两片管片。最后，将始发井 4# 竖井作为管片、钢轨等材料的下料口。将进排浆管、循环水管、污水管等改移至 4#竖井进洞。 同时为满足洞内水平运输的要求，将现有的单线轨道改装成三线轨道，进洞后再变回单线轨，按正常施工段布置电力线路、人行踏板、风管等。

《4 负环管片拆除准备工作》

4 负环管片拆除准备工作

《4.1 管片壁后二次加强注浆》

4.1 管片壁后二次加强注浆

在反力架拆除前，为了增加管片与地层间的摩擦阻力，同时为了保证管片壁后的密实性，需要先进行二次加强注浆。 先通过管片预埋注浆孔打入注浆花管，然后再通过注浆花管压注水泥浆。

《4.2 管片拉紧装置》

4.2 管片拉紧装置

为防止负环管片拆除后，正洞管片失去反力松弛。根据设计要求，需要将现已拼装的管片安装纵向拉紧装置[5]。首先复紧所有的管片螺栓，先将所有正洞安装的管片(0 ~32 环)采用 9 条纵向拉紧联系条通长拉紧。 9 条拉紧联系条均匀布置，每条联系条长 57.6 m。为了确保万无一失，在 0 ~4 环和28 ~32 环再均匀安装 ４ 条拉紧联系条，每条联系条长 9.5 m。 纵向拉紧联系条具体安装如图 1 所示。

《图1》

图1  纵向拉紧联系条布置图

Fig.1  Connection bar of lengthwise straining

《4.3 反力架部分拆除》

4.3 反力架部分拆除

由于盾构始发掘进距离较短，根据反力架应力监测数据以及相关计算，目前盾构施工过程中反力架受力仍较大。为了保证盾构施工的安全，负环管片拆除前，反力架无法拆除。因反力架对负环管片的作用力较大，在不拆除反力架的情况下，负环管片拆除很困难。为便于负 8 环管片拆除，先将反力架顶部横梁和两侧斜梁拆除，待负环管片拆除后再恢复原样。 反力架拆除具体如图 2 所示。

《图2》

图2  反力架横梁拆除示意图

Fig.2  Demolition of reaction frame beam

《4.4 拆除工具准备》

4.4 拆除工具准备

1) 吊具和钢丝绳。由于管片直径和厚度均较大，单块管片最重达 10.7 t，因此必须要有安全可靠的吊具和钢丝绳。经过计算，吊具采用 40 mm 的M8.8 级高强圆钢加工而成，主吊钢丝绳采用两根等长的 30 mm 的钢丝绳。

2) 作业平台。因负环管片拆除为高空作业，为方便施工及保证作业人员安全，在负环管片隧道内部自制一台移动式作业平台。移动式作业平台采用工字钢加工而成，共分 3 层，各层可以左右活动。通过电瓶车拖动，底部预留电瓶车通道。作业平台具体如图 3 所示。

《图3》

图3  作业平台示意图

Fig.3  Schematic diagram of working platform

《5 负环管片拆除施工》

5 负环管片拆除施工

《5.1 负 8 环管片拆除》

5.1 负 8 环管片拆除

1) 顶部 K、B1 和 B2 管片拆除。反力架顶部横梁拆除后，负 8 环管片上部管片背部应力去除，可自由向后向上移动。 但是由于 K 块与 B1、B2 块间为楔形连接，3 块管片间挤压较紧，且管片纵缝有凹凸榫槽，单块不易拆除，因此将 K、B1 和 B2 这 3 块管片作为一个整体一次性拆除。

首先，将 K、B1 和 B2 管片中部的注浆孔分别打穿，穿入吊具。 B1 和 B2 块管片的吊具上部分安装钢丝绳挂在 35 t 龙门吊吊钩上，K 块管片通过 10 t手拉葫芦与吊钩连接，以便于通过手拉葫芦调整3 块管片的姿态，保证 3 块管片重心与吊钩在同一竖直线上。 为增加 3 块管片的整体性，在 B1 和 B2块管片吊具下端安装一根 I16 工字钢横担。

为防止顶部的 3 块管片拆除后，A1、A6 管片受重力作用向隧道内合拢而发生危险，提前采用钢丝绳将 A1、A6 管片拉紧，钢丝绳穿过管片注浆孔固定在井壁上。然后将 B1 块与相邻管片 A1 块以及 B2块与相邻管片 A6 块外弧面接缝处焊接的工字钢割除。接着拆除 K、B1、B2 管片与其他邻接块及与负7 环管片连接的所有螺栓。缓缓垂直提升钢丝绳，使 K、B1、B2 块脱离负 8 环，将其缓慢吊起放至地面。具体拆除方法如图 4 所示。

《图4》

图4  负8 环 K､B1 和 B2 块管片拆除图

Fig.4  The segment demolition of K, B1 and B2 of the negative 8 ring

2) A1 块管片拆除。由于反力架没有完全拆除，负 8 环其余的 A1、A2、 A5、 A6 管片和反力架紧紧挤压在一起，其夹挤力很大。为了消除反力架对负 8 环管片的夹挤力，先在 A1 块管片注浆孔内穿入吊具和钢丝绳，并使钢丝绳处于拉紧状态，然后由作业人员用风钻和风镐将负 8 环剩余管片与反力架接触部分的混凝土保护层破除。然后按先纵向后环向的拆除顺序，依次拆除管片螺栓。最后将管片缓缓吊起，呈元宝形放至地面，具体如图 5 所示。

《图5》

图5  负8 环 A1 块管片拆除图

Fig.5  The segment demolition of A1 of the negative 8 ring

3) 其余块管片拆除。采用和 A1 块相同的拆除方法，依次对称拆除 A6、A2、A5 块管片，保留 A3、A4两片管片作为编组列车轨道基础。

《5.2 负 7 环管片拆除》

5.2 负 7 环管片拆除

1) 顶部 A6、B2 块管片拆除。根据负 7 环管片的拼装点位，负 7 环管片的 K 块在顺时针 30 °的位置，正上方为 A6 和 B2 两块管片。将此两块管片作为一个整体一次性拆除。先将 A6、B2 中心预留注浆孔打穿并安装吊具。吊具上端安装钢丝绳，下端安装一根 I16 工字钢横担。同样，为防止 A5、K 片受重力作用向隧道内合拢而发生危险，提前采用钢丝绳将 A5、K 管片用钢丝绳拉紧固定在井壁上。然后缓缓提升吊钩，使钢丝绳处于拉紧状态。 拆除 A6和 B2 块管片与其他邻接块及与负 6 环管片连接的所有螺栓。最后缓缓提升钢丝绳，将两块管片脱离负 7 环后缓慢吊起放至地面。

2) 其余块拆除。采用和负 8 环管片 A1 块相同的拆除方法，依次对称拆除 A5、K、A4、B1 块管片，保留 A1、A2、A3 三片管片。最后用绳锯将 A1 和 A3管片的上部分切除，剩余的管片作为轨道基础。

《5.3 负 6 ~负 2 环管片拆除》

5.3 负 6 ~负 2 环管片拆除

按照负 7 环管片的拆除方法，依次拆除负 6 ~负 2 环管片上部分，保留底部 2 ~3 块管片作为编组列车轨道基础。

《5.4 底部负环管片切割》

5.4 底部负环管片切割

由于管片环为通用环，采用错缝拼装方式，因此负环底部剩余的 2 ~3 块管片是交错排列，不是恰好两块整片，底部多余部分的管片用绳锯切割拆除。首先以负 8 环管片底部剩余的 2 块管片的上边缘为基准线，在其余负环底部剩余的 3 块管片内弧面沿水平划一道线，作为管片切割线。然后在需要切割的管片上半部分用水钻钻孔，安装吊具和钢丝绳。接着安装绳锯沿切割线将管片切断，最后用龙门吊将切除的管片吊至地面。管片切割拆除如图 ６所示。

《图6》

图6  负环管片切割示意图

Fig.6  Cutting of the negative ring

《6 临时钢管支撑安装》

6 临时钢管支撑安装

负 8 ~负 2 环管片拆除切割完成后，在负 1 环管片与反力架之间安装临时支撑，以保证盾构再次掘进时反力架能够提供足够的反力。临时支撑共有 4 根，采用 600 mm(壁厚 16 mm)的无缝钢管，单根长度为 12.6 m。为减小支撑的跨度，在每根支撑的中部设一根竖向立柱，立柱采用 600 mm(壁厚 9 mm)的螺旋焊钢管。为减小应力集中，保证管片受力均匀，先在负 1 环管片上部220°范围内安装一层用型钢加工的箱型结构，然后将支撑顶在箱型结构和反力架上。具体的临时支撑安装如图 7所示。

《图7》

图7  临时支撑安装横剖面图(单位:mm)

Fig.7  Installation transverse section of temporary support (unit:mm)

《7 隧道管线换装施工》

7 隧道管线换装施工

《7.1 泥水管路换装》

7.1 泥水管路换装

负环管片拆除后，即开始对进排浆管进行换装，将泥水管路的进排浆管由原 5# 井改到 4# 井进洞。将泥浆管路先从东侧围挡处的贝雷架向南侧拐弯，采用型钢支架架设至 4# 井东侧后向下弯转至地面，再沿地面铺设至 4# 井口下井，靠隧道左侧进洞。

《7.2 循环水管、污水管、电力线路等换装》

7.2 循环水管、污水管、电力线路等换装

将循环水管、污水管等由原来从负环后面进洞的位置全部改移从4# 竖井洞门右侧进隧道，高压电缆从洞门右侧进隧道，低压电线从 4# 竖井洞门右侧进隧道，接力泵高压电缆和光纤从洞门左侧进隧道，通风管从 4# 竖井东侧端头下井后，从洞门正上方进隧道，人行踏板靠隧道右侧布置。管线换装进洞后的布置具体如图 8 所示。

《图8》

图8  管线换装后隧道内布置图 (单位:mm)

Fig.8  Arrangement diagram of tunnel after transform segment (unit:mm)

为满足 4# 竖井作为下料通道后编组列车错车、停放的要求，需要将运输轨道进行换装。 由于目前后盲洞铺底宽度为 5 m，不能满足正常施工时三线轨道布置要求，需要将铺底宽度增加至 6.8 m，因此铺底高度需要增加 0.4 m，铺底同样采用 C30 混凝土，铺底坡度与隧道坡度一致。

后盲洞至 4# 竖井内设置成三线轨道，进入正洞后，三线轨先并成两线轨，最后并成单线轨。由于人行楼梯和电梯安装在竖井南侧，故为保证人行安全并合理利用竖井内空间，首先将靠南侧的轨道和中间的轨道并成一条线，然后北侧的轨道再和中间的轨道并成单线轨。 在反力架拆除前，管片垂直运输仍从反力架后面进行，并设定管片运输区，用警戒带隔离。 反力架拆除后，管片垂直运输从竖井北侧下井，并设置隔离区。

《7.3 水平运输轨道换装》

7.3 水平运输轨道换装

盾构机正常掘进时，盾构机运输车辆分为 3 组，2 组为运输管片及砂浆车，另一组为材料车。正常掘进时，运输车轨道在 4# 竖井下设为双线布置，在隧道正线内为单线布置。正洞内轨道支架均采用型钢进行加工。轨道换装平面布置图见图 9。

《图9》

图9  轨道换装布置图 (单位:mm)

Fig.9  Arrangement diagram of transforming the track (unit:mm)

《7.4 冷却塔及充电房下移》

7.4 冷却塔及充电房下移

为了更合理地进行场地布置，将现有的天宁寺桥底下放置的冷却塔和地面上的充电房一起下移至后盲洞轨道的后部，修建一座水池，将冷却塔放置在蓄水池上，蓄水池前修建充电房和充电区域。为方便吊装电瓶车的蓄电池，在充电区域内修建一座小型电动葫芦门吊，门吊轨道位于电瓶车轨道外侧。具体布置如图 10 所示。

《图10》

图10  后盲洞冷却塔及充电房布置(单位:mm)

Fig.10  Arrangement diagram of cooling tower and charging house in the tunnel(unit:mm)

《8 结语》

8 结语

经过周密的施工准备和科学合理的现场施工组织，该项目的 7 环负环管片仅用了 7 d 时间即全部安全顺利地拆除完成，且隧道内管线和轨道换装也在刀盘改造竖井施工期间顺利完成。 此次负环管片拆除和隧道管线换装施工，不仅为本工程盾构施工缩减了工期，为盾构后期快速掘进提供了有利条件，也为以后类似工程的大直径、大重量负环管片拆除积累了丰富的施工经验。