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城轨-盾构机轮滚式整体过站施工工法.docx

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盾构 机轮 整体 施工
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1盾构机轮滚式整体过站施工工法中铁十一局集团城市轨道工程有限公司陈善云 赵东华 习哲 罗水保 张书玉1.前言目前我国城市快速轨道交通正蓬勃发展 ,而盾构法施工以其施工速度快 、安全系数高,对周边环境干扰少等特点被广泛应用于地铁建设施工。盾构过站是盾构快速安全施工的重要环节,但往往受车站结构影响,操作空间受限,大型吊装设备无法操作,给盾构到达、过站和二次始发来很大的施工难度和风险。中铁建十一局集团城市轨道工程有限公司施工的南京地铁三号线 D3-TA02 标,工程包括两站三区间,其中高新路站为双层结构,站台层净高 7.18m,车站外皮长 199.8m,盾构施工采用一台海瑞克盾构,根据施工组织,盾构机须两次通过高新路站,经公司及项目部研究、论证及分析,采用创新工法:滚轮式盾构整体过站施工技术。最终我项目左、右双线盾构机安全、快速的通过了高新路站,盾构工期提前近一个月。该工法于 2012 年 6 月经湖北省工程建设专家委员会鉴定为国内领先水平。2.工法特点2.1 盾体和后配套整体过站,省去盾构机分解和二次组装调试的时间。2.2 盾体采用焊接 4 套行走小车过站,把传统过站方法的滑动摩擦变为滚动摩擦,减小推进反力,盾构行进的反力由在钢轨上安装的轮滚式被动反力装置提供,直接用盾构机液压油缸顶推过站,过站速度快,过站周期较常规方法减少一半以上。2.3 盾体行走小车与后配套同轨,降低轨道铺设的工作量。2.4 采用该方法所耗用材料极少,且均可重复利用,过站成本较低。3.适用范围本工法适用于铁路、公路、地铁等盾构车站、暗挖隧道的盾构过站施工,尤其适用于工期要求紧的盾构过站施工。4.工艺原理4.1 行走装置和被动式反力提供装置本盾构机过站方案设计有轮滚式行走小车和轮滚式被动反力装置。轮滚式行走小车能承载盾构机盾体约 300T 的重量,被动反力装置能提供盾构机整体前进的反力。反力应克服盾体及后配套台车前行的摩擦阻力和台车小半径曲线内转弯的摩擦阻力。被动反力装置能快速拆装和移动,充分发挥盾构机推进油缸的功能优势。4.2 盾构过站技术在车站底板上铺设盾构机行走轨道。依据标准车站的设计情况,盾构进站后进行平移,而后通过标准段,到达始发端头时再次平移就位,故盾构接收井轨道铺设成曲线,和标准段顺接。盾构机在进站的过程中将轮组依次焊接在盾构机前体和中盾上,当盾尾完全脱离隧道后,在钢轨上安装反力装置,用盾构机油缸顶推反力装置直接推进过站。盾构机把连2接桥和拼接机结构断开后采用柔性连接方式,电气和液压部门不需分解,可解决连接桥和拼接机的高差和后配套行走的动力问题。盾构的反力装置由盾构机油缸牵引可自行移动,并可快速夹紧固定和松开。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程盾构到站施工流程如图 5.1-1 所示,盾构过站施工程序如图 5.1-2 所示。图 5.1-1 盾构到站施工流程图端头加固洞门凿除接收设备安装与固定洞门密封安装掘进参数的调整 掘进方向的控制到站段的掘进准备过站渣土清理盾构过站轨道的安装、固定拼 装 机 和 连 接 桥 断 开 及 连 接盾体及后配套整体过站安装支架轨枕抬高后配套盾体纵向完成过站反 力 装 置 安 装盾体横移至始发位置恢 复 拼 装 机 和 连 接 桥 连 接盾 构 机 过 站 完 毕 , 准 备 始 发安装支架轨枕降低后配套3图 5.1-2 盾构过站施工程序图5.2 施工准备5.2.1 盾构机到站施工⑴车站端头加固采用三轴搅拌方式对东西端头进行加固,已加固完成。⑵盾构推进至最后 100m 左右时,进行贯通前的联系测量,复检盾构所处的方位,确认盾构状态,以便盾构在此阶段的施工中始终按预定的方案实施,以良好的姿态到站,正确无误的落到接收钢轨上。⑶当盾构掘进进入洞门加固体时,进行洞门破除工作,先破除洞门围护结构一半厚度,当盾构推进至洞门约 6m 时,快速破除剩余洞门部分,如图 5.2.1-1 盾构到站前示意图。⑷在洞圈安装橡胶止水帘布、折叶压板等组成的密封装置,作为盾构到站阶段临时的防水措施,与此同时做好接受托架的安装与固定。⑸盾构机到站时,可采用敞开式掘进模式慢速推进,刀盘转速及掘进推力均相应减小,其中推进速度控制在 10~15mm/min 以内,推力控制在 600t 左右,刀盘转速控制在0.8~1.2rpm。在即将破洞时,应尽量排空仓内的泥土,使盾构正面土压力降低到最低值。洞门破除后,盾构快速连续推进和拼装管片,确保管片环间推力,并尽量缩短盾构进洞时间,防止洞门暴露时间过长可能造成的突水突泥事故。洞圈特殊环管片脱出盾尾后,必要时采用二次注浆将管片和洞圈的间隙进行填充,以防止水土流失造成危险。图 5.2.1-1 盾构到站前示意图⑹当刀盘通过围护桩后,清完渣后,铺设钢板,然后沿盾构轴线方向把轨道固定在钢板上,间距为 2.18m(也是后配套轨距) ,当盾构机切口进入车站内 1.5m 左右,分别把两套行走小车的支腿焊接在离切口 1m 的位置。第一对行走小车的支腿焊接示意图如图 5.2.1-2 所示。4图 5.2.1-2 第一对行走小车的支腿焊接示意图⑺当盾体铰接进入车站时,把第二对行走小车的支腿焊接在离铰接往刀盘 0.89m 的位置。第二对行走小车的支腿焊接示意图如图 5.2.1-3 所示。图 5.2.1-3 第二对行走小车的支腿焊接示意图5.3 操作要点5.3.1 注意事项盾体及后配套整体过站需要车站主体全部完工,根据设计图纸,盾构过站在结构尺寸方面存在以下问题需注意:⑴盾体按照线路中心线过接收井,将会与车站侧墙(以右线为例)发生干涉,所以在离洞门 5m 的位置,轨道铺设开始左偏转的曲线,盾体到达标准段后,轨道再铺设成平行与车站侧墙的直线。接收井钢轨铺设及盾体移动示意图见图 5.3.1。5图 5.3.1 接收井钢轨铺设及盾体移动示意图⑵站内底板结构上预留的站台板风道侧墙钢筋要折伏到车站结构底板上,中间辅设 2条 43kg/m 的钢轨作为盾构机的纵移运输轨道。5.3.2 盾构机过站⑴盾构过站轨道安装、固定根据高新路站的结构尺寸及盾构机盾体尺寸计算,轨道中心到始发井侧墙阳角最小距离不得小于 3.35m、在标准段不得小于 3.28m,确保刀盘可以通过,如下图 5.3.2-1 接收井及标准段钢轨铺设示意图。图 5.3.2-1 接收井及标准段钢轨铺设示意图⑵反力装置安装在盾尾后方将两套轮滚式被动反力装置分别安装在盾构机的行走钢轨上,之间采用H300*300 的 H 型钢相连,再用 D300mm 钢管作为盾构机 8 号液压油缸与被动反力装置的支撑连接件。盾构的反力装置由盾体油缸牵引可自行移动,并可实现与钢轨的快速夹紧固定和松开,可提供不小于 130 吨的反力。见图 5.3.2-2 盾构机 8 号液压油缸和反力装置连接示意。6图 5.3.2-2 盾构机 8 号液压油缸和被动反力装置连接示意⑶拼装机和连接桥断开及连接①盾构主机及后配套整体过站方案,采用盾体焊接的行走小车和后配套行走轮同轨道、盾构主机液压油缸提供推力、盾构机每次前移 1.8m~2m 的方式;由于盾构主机及后配套通过同轨道整体过站,所以把连接桥和拼接机断开,然后用两个 20t 葫芦将连接桥和拼接机连接(见图 5.3.2-3 拼装机和连接桥连接图) ,解决连接桥和拼接机的高差和后配套行走的动力问题。图 5.3.2-3 拼装机和连接桥连接图连接桥拼装机⑷安装支架轨枕降低后配套当后配套到达车站前,每隔 1m 铺设一支架轨枕,上面再铺设钢轨,纵坡为 3%,使得后配套慢慢降到和盾体在车站相同的标高(同轨) ,同时铺设的支架轨枕和钢轨为电瓶车通7行提供了基础。⑸盾体及后配套整体过站把被动反力装置的被动夹轨器夹紧,利用盾构机的 8 号液压油缸伸长提供动力(最大伸长量为 2000mm) ,8 号液压油缸伸长到最大允许值后,被动反力装置松开, 8 号液压油缸收回,同时带动反力装置也纵向移动,速度为 5~10cm/min。反复循环,盾体和后配套在钢轨上纵向前移。标准段和始发井设置 1%的下坡,使盾体的标高大于始发托架的轨道顶标高 5mm,确保盾体能上始发托架。⑹安装支架轨枕抬高后配套当后配套离始发井还有 30m 时,每隔 1m 铺设一支架轨枕,上面再铺设钢轨,纵坡为3%;当后配套离始发井还有 20m 时,铺设钢轨中心向线路中心偏移,用 10m 长的距离,左线偏移 74cm(右线偏移 70cm) 。使得盾体和后配套在到达始发位置时,后配套能达到设备设计的高度。同时铺设的支架轨枕和钢轨为始发的电瓶车提供了基础。⑺盾体横移至始发位置在始发井铺设两块 20mm*2000mm*6000mm 钢板,再把始发托架延盾体过站的轴线固定,当盾体到达始发托架后,把两个 80t 液压千斤顶分别固定在两块钢板上,在盾体偏移方向上的钢板面上涂上润滑油,然后用液压千斤顶将盾体和始发托架整体横移到隧道中心线上(见图 5.3.2-4 始发井盾体平移剖面示意示意图) ,恢复拼装机和连接桥连接。盾构机过站完毕,准备始发。图 5.3.2-4 始发井盾体平移剖面示意图6.材料与设备6.1 主要施工材料与设备见表 6.1。表 6.1 主要施工材料与设备表序号 名称 型号 数量1 滚轮 4 个2 千斤顶 80T 2 台3 液压站 100MPa 1 台4 钢轨 43kg/m 480 米5 钢板 δ20mm 50 米²6 H 型钢 HW200×200a 26 根7 H 型钢 HW300×300a 1 根8 反力装置 2 组9 钢管 D325×10 1 根87.质量控制7.1 工程质量控制标准7.1.1 盾构施工质量控制标准盾构施工《地下隧道工程施工及验收规范》 (GB50299-1999)2003 版。 7.1.2 反力装置、行走小车加工及与盾体焊接施工质量控制标准反力装置、行走小车机械加工验收标准依据设计图纸。反力装置、行走小车焊接加工及与盾体焊接施工参照《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001。7.2 质量保证措施7.2.1 盾构施工质量保证措施⑴盾构机到达前的 5~10 环管片背后做好同步注浆和二次注浆,可适当提高注浆压力,保证管片与围岩之间缝隙被浆液填充饱满。⑵盾构机到达前加强施工控制测量和地面监测,保证控制地面沉降。7.2.2 反力装置、行走小车加工及与盾体焊接质量保证措施⑴反力装置夹轨器严格控制加工精度,夹轨器咬合部位应与现场过站轨道配套加工,保证能与轨道之间实现较好的咬合,确保能为盾构过站提供足够的反力。(2)行走小车的支撑牛腿与盾体焊接注意控制与地面的垂直度,保证行走钢轨承受正压力。小车能绕销轴自由摆动,实现负载荷情况下自动找平功能。前体和中体焊接的行走小车注意保持同一轴线,保证小车行走无水平分力。8.安全措施8.1 现场安全管理⑴牢固树立安全第一的思想。经常开展安全生产的宣传教育工作,生产过程中坚持全员、全过程、全方位、全天候的动态安全管理。⑵工地建立安全生产领导小组,项目经理是安全生产第一责任人,下设专职质安员,各班组长为兼职安全员,督促各施工人员安全作业,并坚持日常的安全检查,严格做好三极安全技术交底,使安全工作在思想上得到充分重视,在组织上和措施上得到切实落实。⑶针对工程特点,落实“安全第一、预防为主”的方针,每个项目要求做到:技术上可靠、方法上可行、安全上稳妥。⑷强化技术培训,根据施工组织安排,对各专业工种进行必要的技术培训,确认合格后方可上岗,要从技术上保证安全生产的实施。⑸建立和健全各种规章制度及安全组织,编印并贯彻安全手册,要做到“人人讲安全、个个抓安全” ,做到预防为主、超前防范、杜绝各类事故发生。⑹随时检查、落实安全生产责任制,明确提出安全生产指针,层层落实,严格奖惩,对违章作业者要追究责任,严肃处理,做到“三不放过” 。⑺所有特种作业人员必须持证上岗,进入施工现场的一切人员必须戴安全帽,严格三穿一戴,严禁酒后上班。⑻施工现场所有设备、设施及安全装置、工具和劳保用品等要经常进行检查,钢丝绳等易损件要及时更新,确保完好和安全使用。⑼施工现场内的一切电源、电路的安装和拆除必须有持证电工专管,电器必须接地并使用漏电保护开关。各孔用电必须分闸,严禁一闸多孔和一闸多用。⑽严格遵守各种机械的安全操作规程。⑾电器设备及开关必须保持完好,安全设施装置齐全,按规定使用合格的保险丝。9⑿启动电机前所有操作人员要站在安全位置,停止工作或停电时要切断电源。在雷雨天气中进行电器设备的检修和调试,更要特别注意安全。8.2 盾构施工安全规定⑴运输前向全体施工人员进行技术交底,并明确各人职责,作业人员必须清楚了解隧道内施工全过程。⑵对盾构机定期进行保养,对电瓶车系统定期进行检查,保证设备安全性。⑶对隧道内运输作业进行专门交底,制定专门运输管理规定和应急预案,设置电瓶车防溜车设施,定岗定责,加强隧道内施工管理。运输作业严格按方案中速度行驶,不得紧急制动。⑷晚间作业,要有充足的灯光,监护人员要密切注意作业全过程。⑸按频率严格进行地面监控测量,随时反馈监控信息,控制地面沉降,保证地面建筑物安全。8.3 破洞门应急措施⑴洞门破除时,首先破除试点进行检验,一旦出现漏水现象,马上用方木包裹麻袋顶入漏点,漏点不再涌砂后在出水点周围打入膨胀螺丝,焊接上预备的钢筋网片,固定好后在网片内填入麻袋等止水,水流不大的情况下在网片外捣筑水泥砂浆,然后在漏水点附近用沙袋加压。⑵控制出水后调地质钻机,使用 70mm 口径金刚石钻头从洞门四周钻穿围护结构钻孔桩灌注桩,将水流引入预埋钢管,拔出钻杆后在预埋钢管一端装上阀门,控制出水。沿洞门两侧钢管内钻孔至少两个。⑶钻孔完成后,从预埋钢管内插入注浆管向夹缝内注双液浆。双液浆中水玻璃掺量3%~5%。注浆压力 0.1~1MPa,现场观察漏水点变化,尽量避免压力过大冲破漏水点封堵。9.环保措施⑴施工区的材料应分类摆放,并设置专门的废弃物贮存池,废弃物分类存放,并及时清理,运至指定地点,严禁任意弃碴。 、⑵场地出口设洗车槽,并设专人对所有出场地的车辆进行冲洗,严禁遗洒污染道路,影响环境。⑶施工废水及施工人员生活污水专门收集处理,禁止直接排放。10.效益分析10.1 综合效益南京地铁三号线 D3-TA02 标成功运用滚轮式盾构过站技术,使盾构机安全、快速过站,同时大大节约了盾构施工工期,环保效益和社会效益明显。采用滚轮式盾构过站工艺,盾构机和后配套直接钢轨上推进过站,无需拆分盾体和后配套,有利于盾构机的使用寿命;盾构过站后,由于没有拆分盾体和后配套,减少了设备组装的时间,可以快速的二次始发。滚轮式盾构过站工艺,是一次大胆的技术创新,为控制成本、缩短工期、提高盾构过站速度提供了一种新思路、新方法,具有较大的应用和推广意义。10.2 经济效益本项目新增利润主要体现在:土压平衡盾构在通过封闭车站时,采用滚轮式盾构机整体过站法,盾构机整体在常用的钢轨上完成过站,盾构到达过站无需分体,盾构二次始发无需再进行调试,故节约了大量的时间,工期缩短,所有过站材料为盾构施工中的基本常用材料,无需特别加工。主要经济效益分析如下:本项目于 2012 年 3 月南京地铁三号线 D3-TA02 标应用,节约工期近 30 天,节支总额1068 万元(节约工费 20 万元,节约料费 46 万元,节约机械使用费 2 万元) ,新增利润68*0.85=57.8 万元,新增税收 68*0.15=10.2 万元。10.3 社会效益通过采用该技术妥善解决了盾构机过站分体的问题,避免了盾构机拆分再组装调试风险,缩短施工周期近一个月。在南京地铁三、十号线需要盾构机过站的各标段都出现不同程度的工期滞后情况下,我公司凭借这一技术,盾构机安全、快速的通过已完工车站,获得业主及业内人士的高度评价,该技术被南京地下铁道总公司指定为推荐使用技术,现已在武汉地铁 4 号线 2 标推广应用。11.应用实例该技术主要在 2011 年 3 月至 2011 年 11 月期间提出并进行研究,并于 2011 年 12 月和2012 年 3 月应用于南京地铁三号线 D3-TA02 标高新路站。通过采用该技术妥善解决了盾构机过站分体的问题,避免了盾构机拆分再组装调试风险,缩短施工周期近一个月。在南京地铁三、十号线需要盾构机过站的各标段都出现不同程度的工期滞后情况下,我公司凭借这一工法,盾构机安全、快速的通过已完工车站,获得业主及业内人士的高度评价,该技术被南京地下铁道总公司指定为推荐使用工法,现已在武汉地铁 4 号线 2 标推广应用。
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