盾构过站和调头工艺工法.doc

盾构过站和调头工艺工法1 前言1.1工艺工法概况区间隧道采用盾构法施工时，由于接收端车站已经封闭，无法在隧道贯通后进行吊出，而是采用盾构机整机顶推和滑移方式通过车站站台层的方式（或在端头井内调头施工相邻盾构隧道），进入车站另一端的始发井，直接进行下条隧道的施工。盾构过站是指由于接收端车站由于需提前封闭，接收端车站不具备吊出和吊入的条件，在站台板层盾构通过的一种施工方法，主要分为盾构主机过站，后配套系统整体过站两部分，过站完成后进行组装。盾构调头是指由于接收端车站由于需提前封闭，又必须完成相邻隧道的施工，在端头井内完成调头，主要分为盾构主机调头，后配套台车每节调头，全部完成后再进行组装。1.2工艺原理结合各项目的实际工程概况，车站结构形式与盾构机的位置关系，在盾构过站前，对车站底板进行处理，铺设钢轨并加固。盾构接收并平移到位后，及时展开盾构过站，同步进行盾尾刷的更换和同步注浆系统的清理。盾构主机过完站并平移就位，对后配套系统，直接采用电瓶车拖动，通过车站后与盾构主机连接。然后展开盾构始发的相关工作。盾构调头要考虑盾构机主机和后配套尺寸，结合调头施工场地的设计图和空间测量结果，预先作好调头模拟工作，确定各种限界尺寸（并考虑作业空间和施工误差），根据模拟结果确定调头步骤和调头方案。2 工艺工法特点2.1采用盾构主机整体平移或调头，不拆机，施工速度快。2.2过站或调头过程中可完成对盾构机的维修和保养，节省时间。2.3过站或调头均在地下完成，对地面及周边环境影响小。2.4盾构接收前，整体考虑盾构过站（或调头）所需要的空间，合理考虑盾构接收时的托架安装。同时根据车站结构形式，对盾构主机进行平移、推进、平移，直接在始发井内就位。2.5采用了简洁、方便的钢轨过站方式完成施工，对设备的影响小。2.6仅将盾构主机与后配套设备断开，实现盾构的整体过站（或调头）。2.7盾构主机过站（或调头）过程中，根据进度安排，对盾尾刷进行更换，同时对同步注浆系统进行清洗。2.8盾构过完站（或调头）后直接在始发井内就位，将主机和后配套连接后，就具备盾构始发的条件，这样大大缩短了工期，加快了施工进度。3 适用范围本工法适用于在城市繁华地段，施工场地狭小，不具备盾构吊装的工程，对虽具备条件，但工期不允许等类似情况下有一定的参考价值。4主要技术标准盾构法隧道施工与验收规范（GB50446）。地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）。5施工方法盾构过站一般采用千斤顶顶推法盾体整体平移和电瓶车拉动后续台车过站的方法。盾构调头一般采用千斤顶顶推法盾体整体旋转，待盾构主机旋转到位后，再将后配套台车逐节旋转、平移后连接的方法。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程盾构过站施工工艺流程见图1。图1 盾构机过站施工工艺流程图盾构调头施工工艺流程见图2。 图2 盾构机调头施工工法流程图6.2操作要点6.2.1盾构过站1盾构到达前准备1)车站底板的布置盾构机到达车站前，要对车站底板进行整理。要对底板、中板上影响盾构过站的预留钢筋进行压弯处理，保证盾构机过站净空；要对底板上不平整的地面进行整平处理。车站底板平整后，在车站标准段底板上铺设钢轨，轨距3m。2)牵引工具布置为便于盾体及托架的顺利移动，两种方案可供选择：在车站另外一端头安设2台拉力为5吨的卷扬机，在盾构机过站时作为牵引力；在钢轨上设置提供反力装置，用液压千斤顶，从托架尾部（盾构主机与托架连接为一体）推动。3)接收托架及平台安装在接收井里搭设接收平台。平台由20#型钢和16mm厚钢板搭设而成，平台上部钢板相互焊接，表面焊缝要打磨光滑，并在表面涂上黄油。在接收架下面焊接一块厚度为16mm的钢板，焊缝间距150mm，每一处焊缝长度150mm，始发架每一侧保证双面焊接。图3 车站接收端端头断面情况为保证始发架能够顺利爬上车站底板上的钢轨，托架安装时，要根据现场实际情况，稍微带坡度(25%)，刚好使托架前端比钢轨面高23mm。为完成盾构平移，托架需在钢板上滑移，在钢板上安装推进支座，同时准备两个推进油缸。将始发架固定在钢板上并对始发托架进行加固，便于盾构机的接收。2盾构机到达后准备1)用型钢支撑连接桥架，拆开盾体与后配套连接的水管、气管、液压管等。2)在盾尾内部焊接支撑型钢，防止盾尾变形。3)清洁盾体、刀盘，清空密封土仓泥土。4)固定盾体和始发架。用钢丝绳将盾构机盾体与始发架分别在前、中、后固定拉紧，同时在盾壳与始发架接触的不同位置再点焊固定，以确保盾构机盾体与始发架不发生相对移动。5)在盾体刀盘、前盾、中盾、盾尾连接处用钢板焊接在一起，防止在盾构过站时盾体各部位相对移动。6)在盾体上用H型钢焊4个牛腿，便于盾体的顶升和千斤顶推动盾体滑动。7)清除始发架加固材料。将盾构机接收时的加固材料清除，并对以前的焊缝的焊渣进行打磨处理，使始发架能够在钢板上移动。8)将盾体与始发架一起用两台千斤顶（推力为100t）向前移动到盾构机操作平台脱出管片，使盾体脱离后配套设备，便于盾构机的横移。3盾构机主机过站盾构机主机过站，主要包括在到达端头的横移，主机的前移和在始发端头井内的横移三部分。1)盾构机横移根据车站底板布置情况，在盾构机前移前要将盾构机盾体平移。将推进油缸安置在盾构机上焊接的牛腿上，使油缸撑靴顶紧车站侧墙，然后同时开动推进油缸，推动盾构机平移。盾构机的横移距离通常为1.5m。图4 车站接收端端头断面情况2)盾构机前移将推进油缸放在盾构机上的牛腿上，启动油缸，将盾构机和始发架与接受平台的钢板分离，将钢轨置入其中，然后收缩油缸，让盾构机托架落在钢轨上。钢轨安置位置见下图： 图5 车站接收托架及铺钢板断面情况用液压千斤顶推动托架，使托架与盾体向前移动，移动的过程中要定时检查盾构机的姿态，并及时进行纠正。3)盾构机横移及始发就位在盾体前进的同时，将到达端头的平台转移到始发端头作为始发平台，在盾体到达端头前确保始发托架的位置准确的定位在钢板上，并做上标记；在始发平台的钢板上涂上黄油。当盾体前进到始发端头，托架全部上到始发平台上后，进行盾体的横移工作。将盾体顶升到托架离开钢轨，取走钢轨，收缩油缸使盾体落在始发平台的钢板上；利用液压油缸推动盾体在始发平台的钢板上横移1.5m，然后再向前滑动，滑动到托架距侧墙0.6m位置时，用油缸逐个调整使托架准确定位。最后对始发托架进行加固，为始发做准备。4后续台车过站1)后配套台车过站准备在盾体过站的同时，要进行车站内台车和电瓶车轨道的铺设，轨枕和道床均采用20#H型钢进行铺设。由于电瓶车和后配套台车在洞门处轨道和车站底板之间存在较大高差，需要顺坡，轨道纵坡定为20，轨道的铺设见附图3。2)台车前进轨道铺设完成后要进行后配套设备的过站，在1号台车上用H型钢焊一横梁，利用电瓶车直接推动整个后配套系统进行前移。3)盾体与后配套系统的连接后配套设备到达西端头后，要将后配套设备与定位好的盾体进行连接，连接水管、电路、气管和液压管路等。5盾构机的检修利用盾构机过站期间进行盾构机检修，为下一个区间的掘进做准备。维修内容视盾构机检查的情况确定，包括刀具更换（要根据刀具磨损状况和下一区间掘进的地层情况确定）、刀盘和螺旋输送器的磨损修复、盾尾密封刷的更换、密封件的更换、泡沫管路和注浆管路的疏通、测量系统的维护保养和鉴定等等。6.2.2 盾构调头1施工步骤盾构调头施工步骤见图6。 第一步 接收平台安装 第二步 盾构机接收 第三步 顶转盾构机 第四步 盾构机横向 第五步 盾构机横移后顶进 第六步 顶转盾构机 第七步 顶转盾构机 第八步 顶转盾构机第九步 盾构机始发就位图6 调头步骤示意图（台车调头参见主机）2盾构接收1)接收准备工作对调头场地的实际空间尺寸进行准确测量，特别是调头的关键和卡口位置，避免因为施工误差对调头的最终结果产生不利影响。根据盾构机主机和后配套尺寸，结合调头施工场地的设计图和空间测量结果，在计算机上预先用CAD作好调头模拟工作，确定各种限界尺寸（并考虑作业空间和施工误差），根据模拟结果确定调头步骤和调头方案。调头断面基面及钢板平整度要求：精确复测调头工作井底板面的平整度；砂浆强度保证10Mpa，砂浆表面平整度10mm/m2；钢板之间焊接牢固焊缝打磨平整，四周固定牢靠，避免盾构机调头时钢板发生移动。设计好盾构调头位置处用于托架固定、盾构机平移、盾构机调头及始发的预埋件，并兼顾托架、负环、反力架等重型结构的安装和拆除。调头场地钢板的铺设。为保证盾构机调头横移时有足够的支撑面，在盾构进洞前，预先在接收井井底满铺70mm厚的粗砂，砂垫层必须用平板振荡密实，避免钢板受压产生凹陷，增大盾构拖移阻力。夯实平整后在砂垫层上满铺20mm厚的钢板，钢板和钢板间定位焊接（段焊）成一体，并使用小型砂轮机进行打磨，保证钢板的平整。在钢板上放出盾构机旋转和平移过程的点，标识出已模拟的盾构机调头过程的托架轨迹和趋势，并标示出调头的各种限界。安装相邻盾构线始发洞门处橡胶帘布和扇型压板，并检查。岔道铺设及车架调头。根据接收井实际情况，若不满足隧道施工的管片及出土运输的要求，可从已贯通的隧道来进行，在出土井内搭设钢平台。预埋件的设计与安装。盾构机在工作井内调头，预埋件的设计对于后期调头施工操作简易优化很关键，托架的固定、盾构机初始平移、盾构机调头过程及盾构机始发位置均需设置预埋件，托架、负环等重型结构的安装和拆除，也需要一定的预埋件，事先设计与安装好预埋件，有利于盾构调头作业。2)盾构接收当盾构接收并完全坐落在接收托架上后，用30mm厚加固劲板在基座两侧将盾构与盾构基座焊接牢固（见图7）。图7 加固劲板示意图3盾构主机调头及定位1）将钢板上的泥和土等杂物清理干净，在钢板上涂抹黄油。2）将托架与盾构机固定在一起，先通过倒链并用千斤顶辅助将盾构机向左前方拉出事先模拟的距离，使人和设备可以到托架的四周进行调头施工。 3）再依照既定盾构机调头模拟位置，根据钢板上已经标志出的托架旋转平移位置及趋势平移旋转盾构机（见图8）。图8 盾构调头示意图盾构机平移在钢板上焊工字钢钢块作为千斤顶反力支座，用4台80t千斤顶在托架最佳顶推位置附近按实际需要顶推托架，使托架移动和转动，顶推过程中可以在托架和千斤顶之间加设工字钢垫块增加千斤顶行程；在顶进一定长度后调整千斤顶反力支座钢块位置，使托架及盾构机按预定轨迹平移。盾构机旋转托架旋转时在托架旋转中心的角上用一千斤顶作为支点，用另外千斤顶在托架最佳顶推位置附近顶推托架，形成旋转力偶，使托架以固定转轴为旋转中心按预定旋转轨迹旋转。盾构机旋转平移到左线后，在始发处调整并固定好托架，对盾构机进行系统检修保养。 4后续台车调头1 )施工准备将台车利用电瓶车在双轨轨道上牵引到竖井口。吊车在竖井地面就位。铺设好左线轨道。设计并检查好吊点。2)后续台车调头台车按顺序分节沿轨道推到竖井井口，在井口用50t吊车吊起逆时针旋转90度，再在地面上平移到左右线通道中心处，再用吊车吊起旋转直接落到相邻轨道上。利用卷扬机将台车拉倒左线隧道内台车2、3、4、5依次按步骤1推到左线隧道断面内。在将电瓶车按步骤1吊到左线轨道上利用电瓶车将台车牵引到始发位置，连接，调试，准备始发7劳动力组织根据现场安排，各个工序衔接较为合理，具体各工种工作安排如下：1盾构的日常维修、保养8人。2盾构过站2个班组共22人。3地面及隧道内监测共8人。4盾构姿态不间断巡视共2人。表1 劳动力配备计划表 工 种人 数工 种人 数机修工8监测8盾构队22巡视人员2技术员2管理人员28 主要机具设备表2 设备及材料 编 号项 目单位数量备 注1盾构机台12托架个1个8.8m长3钢板若干根据接收井大小确定4钢轨m若干根据车站长度确定5液压千斤顶台1推力100t6电焊机台27气割套29 常见问题处理及质量控制9.1 盾体无法移动由于平移钢板及托架在盾构机到站之前即已放置完成，并且车站施工中可能存在积水的情况，导致托架与钢板锈蚀，盾体无法移动。对此，可用千斤顶反复顶推托架，或者可增设一台液压站，用4组液压千斤顶顶推托架即可移动托架。9.2 托架移动时钢轨断裂当托架在平移钢轨上移动时，可能发生钢轨断裂的事情。9.2.1如果钢轨断裂处在托架之后可采取如下措施进行处理：1将断裂的钢轨重新用鱼尾板连接在一起。2在车站底板用25的冲击钻打15cm深度的孔，孔间距15公分，插入22的螺纹钢，用钢筋将钢轨卡住，防止钢轨再发生移动。3在断裂区及断裂区域以外2m的范围内浇筑混凝土，混凝土高度略低于钢轨上表面，以进一步固定钢轨。待混凝土凝固后即可继续进行盾体前移；9.2.2如果钢轨断裂处发生在托架下方，可采取如下措施：1再吊装下井一副托架，放置于既有托架下方。2将二副托架固定牢靠，采用千斤顶将盾体推至另一副托架之上。3将断轨上方托架移开，采取更换或加固的方法处理断轨。断轨处理完成后，继续进行盾体前移施工。10安全措施10.1 加强洞内指挥，盾构机过站和台车过站时两边不允许站人。10.2 加强用电管理，所有用电施工由专职电工执行。10.3 洞内破除洞门，安装反力架等高空作业必须栓安全带。10.4 轨道架设必须牢固，确保台车过站时设备的安全。10.5 加强盾构机及台车拆卸安装时的消防工作。杜绝因电焊、氧气焊、电气等原因引起的火灾。盾构机过站期间对灭火器材进行检查，对失效及功能损坏的进行更换。11环保措施11.1坚持现场材料合理码放，防止现场杂乱。11.2分别对施工区域和生活区域实行封闭或半封闭式管理，以减少粉尘、噪音、弃碴等对周边环境的影响。12 应用实例12.1盾构过站案例12.1.1工程简介由中国中铁一局城轨公司承建的南京地铁二号线集庆门大街站茶亭站莫愁湖站汉中门站盾构区间隧道。两台盾构机在茶亭站没有吊出的场地，根据设计方案，盾构需在站内通过茶亭站。12.1.2施工情况在过站前，项目提前进行了调研和实地考察，结合项目自身实际情况，制定了一套符合项目情况的过站方案，并最终取得了成功，达到了预期工期、质量、安全等目标，满足设计和规范等各方的要求。