中国水利水电第十一工程局有限公司 河南省 郑州市 450000
摘要:城市轨道交通多建设在相对繁华的地区,盾构法以其安全、优质、高效、环保、劳动强度低等优点得到广泛的应用,针对复杂周边环境,采用盾构机吊装下井平移始发技术,满足了施工工期要求,保证了施工安全,文章就该施工技术进行了全面的介绍,并在施工中需要的注意事项做了详尽的说明,可供类似工程参考借鉴。
关键词:地铁区间;盾构机吊装;平移技术
1、工程概况
XX站南侧上空现有两道220KV架空高压线影响,XX区间盾构吊装施工现场不具备高压线下吊装条件,盾构机吊装主要受因黎鼎220Kv架空高压电缆影响,盾构机吊装安全距离不足,且车站左右线井口之间存在结构柱,根据现场条件,需采取盾构主机分体平移方式下井组装,主要为在左线井口将刀盘、前盾、中盾下井组装后通过车站结构立柱中间孔洞平移至右线井口,再在右线井口吊装盾盾及拼装机。后配套拖车可正常下井,通过站内铺设轨道移动至主机位置连接调试,具备整体施工条件。
2、周边环境及地质情况
区间线路出XX站后,线路沿人民路往正东方向前行,经过XX学院临时教学培训基地后以700m曲线半径转向东北方向沿人民路前进,然后右线以连续两个2000m的曲线半径调整方向后进入XX站。吊装作业范围内存在220Kv架空高压电缆,根据现场实测,距离右线最近电缆高19.9m,与右线隧道轴线水平距离约5.7m。
本次施工现场是封闭场地,施工范围内地面已硬化,吊车站位及作业范围下部地层自上而下依次为:0.8 m沥青路面,3.8m的杂填土,1.8m的粉质黏土,1.6m的粉细砂,0.9m的圆砾,2.7m强风化泥质粉砂岩,13.02m中风化泥质粉砂岩。
3、准备工作
3.1井下准备工作
1)平移钢板铺设。井底清理干净后,测量对地面进行全面复测,确保盾体平移过程中底板高程符合要求,为减小盾体平移阻力,拟在底板平移范围满铺钢板,钢板间焊接打磨平整,上涂抹润滑油脂,以充分减小摩阻力,同时,为保证始发基座对接后高度一致,右线井口需满铺钢板;另外,始发基座下井前在基座底部同样铺设厚钢板一层,并且在基座南侧钢板侧面打坡口,保证盾体平滑移动,基座均匀受力。
图3.1底板钢板布置剖面图
2)始发基座的安装。始发基座原分两部分制作,在地面用高强度螺栓连接,在地面用高强度螺栓连接,然后整体进行吊装。考虑盾构主机分体平移,车站结构中间立柱间距7250mm,刀盘、中盾、前盾组装后长度约6000mm,故盾体平移前需将始发基座切割改造为前后两部分,平移部分长度6200mm,沿原焊缝位置切开,剩余部分直接下井至右线井口,断开部位重新抛光打磨平整,安装法兰盘,待总体平移对接后现场采用高强螺栓连接恢复。测量投点后,始发基座整体吊放在井下托台上。两段轨面必须在同一水平面上,始发基座下井后的中心与洞门的中心在一线上,与隧道中心线完全重合。符合盾构机始发定位的要求。在始发洞门口安装完毕的始发基座,经测量定位后焊接牢固。
3)临时轨道铺设。在右线车站铺上间距为1米的轨道100米,钢轨间距以保证电瓶车和拖车可以在上面顺利运行,轨道完成后把电瓶车吊下井放在轨道上,为保证拖车顺利方便后移提供动力。
4)电瓶车、管片车下井
利用履带式起重机将电瓶车及两节管片车吊入井下铺设好的轨道上,为后配套拖车下井做好准备。
3.2地面准备工作
在地面把各节拖车装好车轮,并在车轮附近用槽钢焊接支撑左右,焊接支撑后保证左右车轮中心距为2080mm,与台车规距相同。
各节拖车相连接的管线做好编码记号,整齐堆码在将要布置的相应拖车走道板上,连同拖车一起吊下井,以方便盾构机组装的有序进行。
吊装场地清理,影响吊装的设施拆除,并设置警戒区域,派专人看护。
3.3其他准备工作
盾构机各部件运输、摆放到位。合理布置场地,安排专人做好防雨准备,随机工具和工装特别照看和回收。拖车和连接桥做到进场后立即组织卸车并配合组装人员进行轮子的装配,并及时下井。
始发井内需具备完善的排水、照明、换气和自来水供应。
为防止整体吊装时发生变形,用左右连接件支撑拖车底部。
后配套拖车上的皮带输送机,连同后配套拖车一起吊入。
4、盾构机吊装过程
左线负环管片拆除后,拆除临时轨道,吊出始发基座,清理左右线全部底板,底板铺设好钢板后进行基座下井安装。在盾构机将要落座的始发基座的钢轨表面涂以足够的润滑脂(按落座的顺序分段涂抹),降低盾体滑动时的摩擦力,为下一步盾构机的安装做好准备工作。
中盾重量约为100t,吊装采用一台260t履带吊施工,自主翻身。中盾盾体上自身带有4个原装吊耳,符合吊装安全要求。中盾吊装时采用4根长度L=6m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳、4个55t弓形卸扣进行吊装下井。中盾是竖直放在地面,选择合适的位置系上两条起吊平衡索,先把中盾微微吊起,再提升260t履带吊一侧的4个吊点,慢慢放下另一侧的2个翻身吊点,使部件翻至水平位置,260t履带吊通过旋转,作业半径R=10m(主臂L=20m,作业半径R=10m,额定起重量115.3t;最大总负载Q=100t*1.1=110t<额定起重量115.3t),起落臂杆把盾体缓缓吊到距始发井0.5m处停止,此时一定要保证中盾的水平和垂直,缓慢放至始发基座上。在中盾两侧上焊接牛腿,在始发基座上装上活动牛腿,用备好的100t的分离式液压千斤顶向后推到现场要求的位置。
前盾重量约为98t,吊装采用一台260t履带吊,自主翻身。前盾盾体上自身带有4个原装吊耳,符合吊装安全要求。前盾吊装时采用4根长度L=6m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳、4个55t弓形卸扣进行吊装下井。前盾翻身时,260t履带吊主钩悬挂长度L=6m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳4根、55t弓形卸扣4个,并与盾体上部外侧初装的4个吊耳连接;鹅头副杆吊钩悬挂L=8m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳2根、55t弓形卸扣2个,并与盾体下部法兰面上初装的2个吊耳连接(此吊耳为随机构件,通过高强度螺栓与前盾的法兰面连接);在履带吊主、副钩的配合下将盾体进行翻身。QUY260t起重机工况:主臂L=23m,作业半径R=7m,额定起重量181.8t;最大总负载Q=98t÷2÷0.8=61.25t<额定起重量181.8t,此260t履带式起重机自带有鹅头副杆,其起重量为75t>61.25t,在前盾翻身时可以独自完成。
刀盘重量约为70t(含刀具),吊装采用260t履带吊施工。刀盘自身带有2个原装吊耳,符合吊装安全要求。刀盘吊装时采用2根长度L=6m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳、2个55t弓形卸扣进行翻身与下井。刀盘翻身时,260t履带吊主钩悬挂长度L=6m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳2根、55t弓形卸扣2个,并与刀盘上部刀圈上初装的2个吊耳连接;鹅头副杆吊钩悬挂L=8m的6×37(a)+1-Ø58mm-1770Mpa的钢丝绳2根、55t弓形卸扣2个,并与刀盘法兰面上初装的2个吊耳连接(此吊耳为随机构件,通过高强度螺栓与刀盘的法兰面连接);在履带吊主、副钩的配合下将盾体进行翻身。QUY260t起重机工况:主臂L=23m,作业半径R=7m,额定起重量181.8t;最大总负载Q=70t÷2÷0.8=43.75t<额定起重量181.8t,此260t履带式起重机自带有鹅头副杆,其起重量为75t>43.75t,在刀盘翻身时可以独自完成。
在井上安装好刀具和回转接头,刀具为硬岩刀具(滚刀/齿刀)。刀盘起吊也需采用抬吊方式翻转刀盘(吊装方式与中盾一样)。选用一台260t履带吊将刀盘竖直吊稳,刀盘下井后,将其慢慢靠向前盾,回转接头穿过主轴承,在土舱里焊接两个耳环,用两个2t的手拉葫芦拉住刀盘,把前盾和刀盘的螺栓孔位及定位销(机械装备图要求尺寸)完全对准后,再穿入拉伸预紧螺栓,按拉伸力由低到高分两次预紧螺栓,待组装负责人确认预紧完毕,解索吊下一构件。
5、盾构机吊装平移施工
盾体平移是利用千斤顶把盾体与始发基座缓慢的从始发井的左线平移到始发井的右线,然后进行盾构机整体组装调试始发。
平移部分盾体由刀盘、前盾、中盾主要部件组成,盾体整体放在基座上。盾体平移所需要的克服的摩擦阻力,为了能够顺利把盾体从左线平移到右线,选择两个100t的液压千斤顶推盾体。盾体的重量均匀的分布在接收基座上,根据接收基座的结构,千斤顶摆放位置具体如下图所示,在千斤顶后面焊接后顶座。后顶座的面积大于千斤顶的面积,使用钢板做接触面,面板后面用钢板做加筋板。
图5.1 千斤顶位置示意图
盾体加固完成,平移千斤顶摆放到位后,在平铺的钢板上涂抹一层润滑油脂,各工序完全到位后。启动平移千斤顶,千斤顶慢慢伸出并且要同步;随着千斤顶的缓慢伸出后,盾体也会随着慢慢的移动。
千斤顶伸出一个行程后,缩回千斤顶;然后把后顶座割除,往前移动,位移量为千斤顶回缩后的实际长度。然后焊接牢固,重新摆放千斤顶,伸出油缸,慢慢的把盾体推移一个行程,这样循环往复,把盾体安全顺利的移动到右线始发井口。盾体水平方向之后,顶推至轴线位置停止,移动千斤顶至基座后方,再次将主机基座整体向掘进方向顶进,待基座前端与端墙预留坑齐平后停止,调整千斤顶至盾体两侧基座上,继续使用千斤顶向掘进方向顶推盾体,使刀盘全部进入始发洞门,为后续拼装机、尾盾安装提供足够的吊装空间。
从左线移动到右线,中间有处废水池,铺设平移钢板前,废水池底部铺一张钢板,中间采用碎石回填夯实,上面同样采用钢板铺平。具体布置如下图所示。
图5.2废水池处理平面示意图
刀盘、前盾、中盾平移到位后,对剩余始发基座进行对接焊接,之后可对盾体剩余部件进行下井作业,剩余部件最大重量部件为尾盾35t,为保证吊装过程与高压电缆保持安全距离,对照履带吊吊装工况参数表,23m大臂爬至最低时起重量为50t,可满足起吊要求,此时大臂顶端构件与高压电缆垂直距离约5m,水平距离约5.7m,斜向距离约7.6m,大于规范要求的220Kv安全距离7m的要求,此外,为充分增大安全距离,后续部件吊装下井前拆除履带吊副钩,这样履带吊大臂与高压线缆最近垂直距离可增大到8.5m,天气状况良好条件下,盾尾、拼装机、螺旋机可直接由右线井口下井。吊装过程安全员全程旁站监督实施、测量全程监测安全距离,严格控制吊车主臂部件与高压电缆安全距离满足规范要求。
图5.3 260t履带吊吊装盾尾工况与高压电缆相对位置关系示意图
尾盾运输到场地后,首先进行盾尾3道钢丝密封刷的焊接作业,然后割掉尾盾在出厂时焊接的内部支撑结构并打磨。利用履带式起重机及其鹅头臂配合,倾斜着将盾尾穿过管片安装机梁,按要求放在始发基座合适的位置,在盾尾的两侧与始发基座合适的位置焊接牛腿,并在中盾和盾尾十二点位置焊接两个耳环,做好准备工作后,把盾尾用准备好的100t液压千斤顶慢慢推到距中盾还有50cm时,再将中盾和盾尾盾体上初装的4个耳环用2个10t的手拉葫芦拉,把盾尾拉进中盾,与铰接油缸联接好,最后安装好盾尾止浆板。注意:中盾与尾盾对接处涂抹润滑脂,便于尾盾与中盾的对接。
图5.4 盾尾吊装立面图
为便于反力架安装,将反力架分上下两部分安装,当盾构机主机推至合适位置后,将反力架最下面横臂部件吊装运送到待安装的位置进行安装定位。
把螺旋输送机推到需要吊点位置,履带吊吊起螺旋输送机的自身前后两吊点,基本按螺旋输送机组装的角度22°吊起来,缓慢的从拼装机的内圆斜插入,到一定的吊装位置解掉前吊点,再用手拉葫芦吊住螺旋输送机的前端的位置缓慢移到前盾螺旋输送机法兰,完成滑槽安装,定位销完全对准,螺栓紧固完毕后,解索待命。
图5.5 螺旋机安装示意图
盾构机主机所有部件全部安装到位后,利用100t液压千斤顶及其他辅助设备将主机推至始发空推处。安装剩余部分反力架并安装斜支撑加固。盾体吊装完毕后,利用电瓶车将后配套拖至盾体处使设备桥与拼装机大梁连接在一起。
6、盾构机组装与调试
盾构机主机吊装过程即进行组装,主机各部件间均为螺栓连接,螺栓连接过程中要求按照厂家设计要求进行连接与紧固,紧固力到达预紧力要求。盾构机主机在组装过程中,为防止盾体在移动过程中出现滚动情况,须在盾体相应的位置上焊接钢板作为防扭装置。
盾构机主机在组装过程中,为防止盾体在移动过程中出现滚动情况,须在盾体相应的位置上焊接厚度为20mm的钢板作为防扭装置。焊接位置如下图所示。
图6.1 盾体组装临时固定装置示意图
后配套拖车、连接桥等吊装下井后,利用45T电瓶车作为动力,牵引各节拖车移动并与其相邻的拖车相连,各节拖车间均为销轴连接。盾构机主机步进至始发设计位置后,利用电瓶车将后配套牵引至盾构机主机位置处,将连接桥与管片拼装机行走大梁连接,其之间的连接为搭接与油缸连接。盾构机主机与后配套的连接架接好后即可将盾构机主机与后配套拖车之间的各种电缆、管路根据厂家提供的连接图连接起来。同期进行盾构机与地面的水循环系统、电力供应系统、数据传输系统及通讯系统的连接,皮带输送机的皮带安装。皮带安装时将皮带穿过滚轮,在接头部分分三层将皮带采用特殊粘接胶进行分层粘接,并用压板固定。在粘接达到强度后,调节皮带张紧装置使皮带的松紧达到合适程度。至此,盾构机的安装工作完成,具备盾构机整体调试的条件。
盾构机安装完成后,进行盾构机调试工作。空载调试盾构机安装和连接完毕并确定无误后,即可进行空载调试。主要调试内容为:配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、注浆系统、以及各种仪表、传感器的校正。空载调试盾构机各系统运转后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力,使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和工作精度。盾构机运抵施工现场后经过组装并对所有管线检查完毕后,即可进行调试工作。调试工作由机械、电气工程技术人员共同完成。盾构机调试完毕经验收合格后具备始发条件。
7、盾构吊装要点
凡不影响到运输和下井工作的零部件,应连同各自的拖车吊装下井;凡对下井有影响的拖车零部件应拆下。
起吊过长过大等大型重吨位物件时,必须先试吊,离地不高于0.5米,经检查确认稳妥,并用揽风绳牵住吊物保持平稳,方可指挥起吊运行。试吊过程中实时监测吊装场地沉降情况,要求试吊2次无异常情况,方可正常吊运。大型物件及分段翻身吊运前,应划出警戒区,检查各点受力情况及吊耳的焊接质量,并经试吊,确认安全可靠,方可指挥起吊翻身。吊运物上的零星物件必须清除,防止吊运中坠落伤人。
履带吊吊装翻身:吊车平稳将盾体吊到地面后,需采用自主翻身的方式翻身构件进行吊装。构件翻身时吊车将构件平衡吊起,构件吊至3~5m高时,吊住盾体尾部的小钩缓慢下钩,使构件自然下垂,此时吊车主钩完全吊稳构件。
8、安全技术措施
因履带吊吊装作业附近存在架空高压电缆影响,全程作业过程实施领导带班制度,安全员全程旁站制度,并邀请国家电网巡线员共同监督指导施工,确保作业安全。此外所吊盾构机最大重量为100t,尺寸为6400×6400×3020mm,该部件重量大、体积大,超宽超长,因而造成作业难度比较大。本项工程作业吊车最大吨位为260t履带吊,车型占地面积大、对施工场地要求特殊。此次井口边的作业区增设防护栏杆,履带吊基础为原沥青路面,施工时履带吊底部铺设碎石钢板找平。吊装范围限于围挡之内进行。
农东区间吊装区域附近存在架空高压电缆,电压220kv,电缆与吊车站位平面位置仅5.7m。根据《电力建设安全工作规程》DL5009.1-2014可知,架空高压线附近吊装作业安全距离规定如下表所示:
输电导线电压(KV) | 1以下 | 1~15 | 20~40 | 60~110 | 220 |
允许沿输电导线垂直方向最近距离 | 1.5 | 3 | 4 | 5 | 6 |
允许沿输电导线水平方向最近距离 | 1 | 1.5 | 2 | 4 | 6 |
吊装时设吊装负责人,吊装负责人检查悬吊(试吊)及捆绑情况可行后方准允试行起吊;具体操作:在起吊重物稍一离地,就必须检查悬吊和捆绑情况,可靠后继续起吊,如发现有倾倒危险,应立即停止起吊,重新调整吊索位置,如此反复几次进行调整,直至符合要求后再向上吊装。
操作人员应持证上岗,戴安全帽和安全带,不得穿硬底鞋及滑底鞋。禁止随意拆除和取用作临时平台和临时支撑的杆件。吊装时应集中精力,严禁在作业面上打闹。操作工的板手等工具应用绳子系在腰间,防止失手伤人。防护架安装范围内禁止非作业人员穿行,现场设专人看护。 吊装构件时要注意构件、吊钩以及吊索等均不得靠近高压线,必须离开高压线大于6m,并设专人看护。 在起吊构件的两端设揽风绳,控制起吊时水平摆动,不得靠近高压线钢架和高压线。吊装时,设置警戒区,安排专人进行警戒。由于在高压线下吊装,为防止感应电伤人,必须对吊车车体有效接地,接地方式采用φ6mm2的BV双色线与厂区接地网连接,操作人员戴手套穿绝缘胶鞋。
结束语
本工程盾构机分体吊装,吊装时吊车最大作业半径在10m左右,最大起重量为100t,设备之大作业半径之远是本工程的重点与难点;设备在始发井内,高度大于6m的高空作业,为施工的难点,多个大吨位部件需在地面起吊翻转90°,吊装范围存在220Kv架空高压电缆,施工风险高,采用盾构机吊装下井平移始发技术,满足了施工工期要求,保证了施工安全。