盾构机运输、下井吊装工艺及监理控制措施定稿.doc

盾构机运输、下井吊装工艺及监理控制措施作 者 王晓刚 田世文摘 要 本文以北京地铁8号线二期工程01标土建西清区间盾构法施工为例，介绍了盾构机运输与下井吊装施工工艺，阐述了监理对吊装质量、安全控制要点，对同类工程盾构机运输吊装作业的安全监理工作具有一定的借鉴作用。关键词 盾构 运输 吊装 工艺 质量 安全 控制 地铁区间隧道掘进主要施工方法分为人工暗挖和盾构机械掘进施工两大类，随着国家经济实力的增强，和人性化工期要求，越来越以靠盾构机施工方法为主进行，在隧道掘进施工前最重要的环节之一，就是盾构机的运输及下井吊装作业。盾构机作为一种大型的机械设备，其运输、下井吊装的质量安全直接关系到盾构施工的成败，因此做好盾构机运输、下井吊装作业的安全控制至关重要。下面以正在建设的北京地铁8号线清河小营站盾构机运输，下井吊装作业为例，简单介绍盾构机运输、下井吊装工艺流程及安全监理监控要点。一、工程概述北京地铁8号线二期工程土建01标段，含清河小营站西三旗站和清河小营站永泰站两个盾构区间，区间单线总长4306米。清河小营站为盾构机始发站，共四次始发、转场，盾构机由清河小营站左线首次下井始发，掘进至西三旗站盾构井后解体吊出。1.1盾构机简要说明本标段采用沈阳沈重集团和法国维尔特合资制造的土压平衡盾构机(如图1）进行施工。盾构机外径为6280mm，盾体总长9500mm，盾构总重约446t，各主要部件的尺寸及重量如表1所示盾体主机示意图二、盾构机运输2.1维尔特盾构大件明细表: 名称数量重量尺寸(mm)1大刀盘142t6280*18002前盾1100t6280*32003中盾198t6280*31004盾尾145t6280*45005大平台111t6982*3906*52436搬运大梁17t8500*48007螺旋机117t12400*11008拼装机18t6300*45009人闸仓14t5300*280010NO1A台车112t7500*4800*380011NO1B台车113t7500*4800*380012NO2台车115t7500*4800*380013NO3台车117t7500*4800*380014NO4台车120t7500*4800*380015NO5台车118t7500*4800*380016NO6台车119t7500*4800*380017皮带机1套7t10000*600合计 446t2.2 运输路线 盾构机及后配套台车由沈阳陆运至施工现场。1、装车地点：沈阳重型机械厂2、卸车地点：北京地铁八号线01标清河小营站施工场地内3、行车路线：沈阳重型机械厂京沈高速北京方向香河口下高速103国道同轴方向御河路左转京哈高速右转朝阳北路北京东四环八达岭高速马甸桥右转八达岭高速辅路西三旗右转-北京地铁八号线01标清河小营站施工场地。 4、运输线路调查：运输线路具备足够的行车宽度和相应的转弯半径，能安全的通过行车路线上天桥等限高构筑物，能安全通过沿线夸路的电线电缆，与沿线的高压电缆保持允许的安全高度，沿线经过的道路和桥涵具备足够的承载能力。2.3 运输方法及车辆由于刀盘、前盾、中盾、盾尾四大件是直径6.28米的大件货物，重量最大100t，高度最高4.5米。普通平板拖车是无法运载的。前盾重100t、直径6.28米、长3.2米；中盾重98t、直径6.28米、长3.1米。运输选用100t汉阳牌HY473型牵引拖车，拖120t五轴拖板运载前盾、中盾。可以满足沿途路面的宽度要求。刀盘重量45t、直径6.28米、长1.8米。用70t斯堪尼亚P113HL64双桥驱动牵引拖车拖60t矮拖板运载。可以满足沿途路面的宽度的要求。盾尾重量45t、宽4.5米、高长4.1米、6.28米。用70t斯堪尼亚P113HL64双桥驱动牵引拖车拖60t矮拖板运载。可以满足沿途路面的宽度的要求。2.4运输车辆1、遵守交通管理部门的有关规定，运输车辆保持良好的工作状态，安全防护装置齐全可靠，制动保险装置灵活有效。2、 运输机械设备及各种专用工具配置合理。3、设置照明警示灯。由于北京区段需夜间运输，因此在盾构机的两侧和前后两段均设置照明警示灯。2.5封车工具及封车1、本次装车采用5t吊链、20mm钢绳、钢包角。2、 盾构机装车时必须平衡放置，确保车辆承载对称均匀。构件支撑点下放置橡胶垫并固定。3、在盾构机两侧用封车工具与运行车封两道，确保运输过程中的稳定。2.6运行车速运输时控制车速（控制在20公里/小时40公里/小时）、均匀行使，严禁拐小弯及死弯。该工程运输距离为720公里，运输中途必须停车检查固定装置是否依然牢固，如发现固定装置松动必须及时进行紧固后方可运行。2.7服务车辆1、 小轿车两辆。2、 工具车一辆。2.8应急措施1. 拖车如出现故障，备有专业修理工进行维修；2. 修理工无法排除故障，本车队将在第一时间调用备用运输车；3. 如发生交通事故，护送车将及时保护现场，并将损失减少到最小；三、盾构机下井吊装3.1 周边环境及工作井的概况清河小营站左线盾构吊装口长11米，宽7.5米，始发井北侧端头地面长62米，宽46.7米，场地东侧有空地可利用。 3.2 吊装作业依据（1）HC920型340t全液压汽车吊车、KMK6200型200t全液压汽车吊车使用说明书、机械性能表。（2）建筑安装工程安全技术规程、建筑安装工人安全技术操作规程、建筑施工高处作业安全技术规程。（3）清河小营站端头地基承载能力以及加固后的地质资料。3.3装机前准备工作3.3.1 地基要求(1) 盾构机主体吊装三大件：前盾重量100吨，中盾重量98吨，刀盘重量45吨（带刀）。吊装设备：一台HC920型340t全液压汽车吊车，吊车自重180t。(2) 起吊时地基承载力验算（按最大件前盾重量104吨计算）a 吊车重量： 180t前盾重量： 100t合计： 280tb 吊车承力面积计算：（支腿尺寸：2m2m，按2个支腿受力）222=8m2c 地基承载力：280t/8m2=35t/m2=350kPa该地基承载力可通过钢板均匀扩散至深层地基土上。(3) 起吊时对地基承载力要求为：35t/m2，而清河小营站北端头靠井口吊车支腿位置为钻孔灌注桩，地基承载完全能满足要求。3.3.2 施工机具准备（1）HC920型340t全液压汽车吊1台，采用锤头式吊杆，配备25m吊杆；（2）KMK6200型200t全液压汽车吊1台，配备24.4m吊杆；（3）80t汽车吊车1台；（4）长度为7m ，规格为637+1，抗拉强度为170kg/mm2的65mm钢丝绳4根；长度为17m ，规格为637+1，抗拉强度为170kg/mm2的65mm钢丝绳2根，用于盾尾、中盾、前盾、刀盘的吊装、翻身；（5）长度为8m，规格为637+1，抗拉强度为170kg/mm2的39mm钢丝绳 4根，用于其它构件吊装；（6）55t卡环6只，用于刀盘、盾尾、中盾、前盾的吊装、翻身；（7）支垫方木20cm20cm100cm共计30根；（8）千斤顶：80t分离式液压千斤顶2套，50t千斤顶1套，25t分离式千斤顶1套；（9）移动式液压泵站1台；（10）盾构机拆装专用工具1套；（11）导链：1t、2t各5套；3t、5t、10t各两套；（12）液压扭矩扳手1套（5000KNM）；（13）直流电焊机2台，交流电焊机2台，氧气割枪2套；（14）其他常用工具：各种规格的钢丝绳、扳手、钳、探照灯、对讲机、水平仪、铅垂仪、脚手架管、索具、木箱、液压管路堵头等。3.3.3 吊装台车的必备条件用80吨汽车吊将临时桥架进行吊装。在临时桥架上及车站铺上轨道85米，钢轨间距以保证电瓶车和台车可以在上面顺利运行，轨道完成后把卷扬机吊下井放在轨道上，为保证台车顺利方便后移提供动力。3.4 下井原则凡不影响到运输和下井工作的零部件，应连同各自的台车运输、下井（必须做好固定的工作）。凡对下井有影响的台车零部件应拆下，在该台车下井后，随即下井并马上按要求组装。1#台车下井,下井后的台车随即用电瓶车拉到车站内。1#台车前端离开井口应有20m的空间。3.5 吊装翻身方法吊车平稳将构件从车厢吊到地面后，需采用抬吊方式翻身构件进行吊装。构件翻身时340吨汽车式吊车与200吨汽车式吊车将构件平衡吊起，构件吊至3-5m高时，吊住构件尾部的200吨汽车式吊车缓慢下钩，使构件自然下垂，此时340吨汽车式吊车完全吊稳构件。3.6 双机抬吊方法考虑盾尾在管片拼装机装好后,由于受井口尺寸制约，盾尾不能水平下井。选用HC920型340t全液压汽车吊车和200t汽车吊车双机抬吊。两台吊车将盾尾吊起，使盾尾与水平线保持适当的倾角，两台吊车缓慢移动到离开井口1m处停止。吊车通过起、落臂杆和旋转臂杆使盾尾就位。两台吊车同时缓慢下钩。当盾尾下部与托架接触时，用导链将盾尾往中盾方向拉，同时，两台吊车配合下钩。盾尾完全放在托架上，两台吊车松钩。两吊车的平面位置图如下：吊车平面布置图3.7 吊装及组装工序3.7.1吊装顺序由于刀盘、前盾、中盾、盾尾的外形尺寸较大、重量较重、装配工作较小，因此刀盘、前盾、中盾、盾尾可以由运输车辆直接运到吊装场地内，由340t汽车式吊车和200t汽车式吊车进行随即翻身吊装。螺旋输送机、拼装机及导轨、桥架、1#台车运到现场后由200t汽车式吊车在装配区域卸车，并进行装配。装配工作完成后由200t全液压汽车吊车，转运到吊装场地内，由340t全液压汽车吊车进行吊装。盾构机和后配套吊装顺序：汽车吊就位临时桥架电瓶车一号台车桥架螺旋输送机始发托架中盾前盾刀盘拼装机系统盾尾始发反力架 主机组装顺序：桥架（放置在始发井内）螺旋输送机（放置在始发井内）前盾安装中盾拼装机及拼装机导轨安装盾尾安装刀盘安装螺旋输送机安装桥架和双轨梁后配套与主机连接反力架安装3.7.2 吊装及组装台车(图一)考虑到井口的尺寸为11m7.5m，最大尺寸的台车是5台车，5台车的尺寸为7.7m4.2m，1#台车台车采用200t单机吊装。可以前后左右移动，为满足吊装时可能某个位置障碍、台车的体积大在空中的摆幅大、抖动大的问题。用4根长度相等的钢丝绳将台车自带的四个吊耳上吊起，在起吊时先试吊一下，保证绝对安全后才能起吊，起吊后的台车保持一定倾角。台车与钢丝绳线夹角约70，吊车通过旋转和起落臂杆缓慢移动到井口。吊车缓慢下钩，使台车就位，当台车与路轨接触后用电瓶车把它后移到需要的位置， 用防滑楔楔住。具体吊装图如图一：工序步骤施工顺序说明1组装一号台车 吊第一节台车，同时准备并运送到井口；图一3.7.3 桥架的吊装(图二)桥架吊装下井前应吊一节管片车下井，为了保证桥架后移方便，桥架下井后在管片车上焊接好钢支架方便安放桥架，满足支撑桥架的重量和后移的强度及刚度。桥架后移与第一号台车连接。具体吊装见图二：工序步骤施工顺序说明2吊装桥架第一节台车吊入井内的同时对桥架进行组装； 桥架吊入井内。图二3.7.4 螺旋输送机下井 (图三)螺旋输送机吊装选用HC920型200t全液压汽车吊车，选择合适的位置系上两条起吊平衡索，先把它微微吊起，然后将运输车辆开走，HC920型200t全液压汽车吊车将螺旋输送机吊下井组装。具体吊装见(图三)：工序步骤施工顺序说 明3吊装螺旋输送机完成桥架与后配套台车的连接；螺旋输送机吊入井内。图三3.7.5 吊装始发托架(图四)始发架长10.43m，宽3.9m,重量为25吨左右，井口尺寸长11米，宽7.5米。井口的尺寸完全可以满足始发架的整体（始发架两块在井上连接好为一体）下井。始发架下井后的中心与隧道中心在一线上，与始发的要求尺寸完全符和，满足始发条件。工序步骤施工顺序说 明4组装始发托架 盾构运输到施工场地； 组装第一节台车，临时托架吊入井内。图四 3.7.6 吊装中盾 (图五)中盾吊装选用340t全液压汽车吊车和200t的汽车吊，当平板车把中盾运至工地，停放到吊装最佳位置，中盾是竖直放在平板车上, 选择合适的位置系上两条起吊平衡索，先把盾构部件微微吊起，然后将平板车开走，在提升340t全液压汽车吊车一侧的4个吊点，慢慢放下200t一侧的2个翻身吊点，使部件翻至水平位置，340t全液压汽车吊车通过旋转、起落臂杆把中盾缓缓吊到距始发井1m处停止，此时一定要保证中盾的水平和垂直及满足始发参数后缓慢放在始发架上。在盾体两侧上焊接牛腿，在托架上装上活动牛腿，用备好的80t的分离式液压千斤顶向后推到现场要求的位置。具体吊装见图五：图五 吊装中盾说明：1.螺旋输送机后移；2.中盾吊入井内。3.7.7 吊装前盾前盾吊装方式与中盾一样。用80t的分离式液压千斤顶将中盾推向车站端，保证前盾有足够的吊装空间。HC920型340t全液压汽车吊车把前盾缓缓吊到距始发井1m处停止，此时一定要保证前盾的水平和垂直及满足始发参数后缓慢放在始发架上。在盾体两侧上焊接牛腿，推至中盾处（满足前盾和中盾的机械装备图要求，即销子定位和螺丝联接）与中盾进行组装（组装螺栓必须按规定进行检测其扭矩）。组装后，用80t的分离式液压千斤顶将前盾、中盾推向开挖端，保证刀盘的组装距离3.5米。如图六:工序步骤施工顺序说 明6组装中盾和前盾 中盾后移； 前盾吊入井内。 图六3.7.8 吊装刀盘（图七）在井上安装好刀具和回转接头，刀盘总重约29吨。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HC920型340t全液压汽车吊车将刀盘竖直吊稳，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的导链拉住刀盘，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（组装螺栓必须装配图按规定进行检测其扭矩），预紧完毕后，再用预紧专用工具（液压扭矩扳手）复紧一遍。具体吊装见图七：工序步骤施工顺序说 明7组装刀盘 前盾与中盾的连接及后移； 刀盘吊入井内； 图七3.7.9 吊装盾尾（图八）考虑盾尾在管片拼装机装好后,由于受井口尺寸制约，盾尾不能水平下井。我们选用HC920型340t全液压汽车吊车和200t汽车吊车双机抬吊。两台吊车将盾尾吊起，使盾尾与水平线保持适当的倾角，两台吊车缓慢移动到离开井口1m处停止。吊车通过起、落臂杆和旋转臂杆使盾尾就位。两台吊车同时缓慢下钩，当盾尾下部与托架接触时，用手动葫芦将盾尾往中盾方向拉，同时，两台吊车配合下钩。盾尾完全放在托架上，两台吊车松钩。在盾尾的两侧与始发架合适的位置焊接牛腿，在中盾和盾尾十六号油缸位置焊接两个耳环，做好准备工作后，把盾尾用备好的80t的分离式液压千斤顶慢慢推到距中盾还有50cm时，把千斤顶停下待螺旋输送机装好再将中盾和盾尾十六号油缸位置焊接好两个耳环用10t的导链拉，三点步调一致把盾尾装进中盾，与铰接联接好，再把三道密封组装好，最后上好压板。具体吊装见图八： 工序步骤施工顺序说 明8组装拼装机和盾尾 主机连接及前移； 管片拼装机及盾尾的吊入井内及拼装。 图八3.7.10 组装螺旋输送机 (图九）把螺旋输送机推到需要吊点位置，340t全液压汽车吊车按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23度吊起，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，再用导链吊住螺旋输送机的前端（中盾的门架）的位置，缓慢拉到前盾螺旋输送机法兰位置，把螺旋输送机的法兰和前盾的法兰螺栓孔位及定位销（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（连接螺栓必须依照装配图按规定进行检测其扭矩），预紧完毕后，再用预紧专用工具（液压扭矩扳手）复紧一遍。螺旋输送机组装完毕再连接盾尾与中盾。组装完毕如图九：工序步骤施工顺序说 明9组装螺旋输送机 螺旋输送机前移； 螺旋输送机吊起及组装。图九3.7.11 吊装反力架（图十） 反力架的长8.04米，宽6.3米；反力架支承架长2.6米，对盾构机部件来说是小件，按照组装程序吊装。吊装见图十：工序步骤施工顺序说 明10盾体和桥架连接、安装反力架 盾构机设备的连接； 反力架吊入井内； 安装反力架。 图十3.7.12 地面上组装2号台车与7号台车。3.7.13组装完毕（图十一）当反力架组装完毕后，全面进行盾构机及反力架检查，检查完毕准备始发。组装完毕如图十一：工序步骤施工顺序说 明11完成组装准备始发 完成组装 盾构机调试，准备始发。图十一 盾构机下井、组装及调试共计40天，在2009年9月25日，计划达到始发条件。以上时间不考虑受周边环境和机械设备的影响。四.、安全质量监控措施4.1 机具验算4.1.1吊车选用：吊车工作时起重量验算参照盾构件主要部件、重量及起吊工作半径一览表4.1.2 钢丝绳选用：盾构机的前盾、中盾、盾尾有四个吊点；刀盘有二个吊点。盾构机的前盾、中盾、盾尾钢丝绳的选用按盾构前盾考虑，构件重100t，长3.2m，宽6.28m。采用四个吊点，每吊点为25t，应选用抗拉强度为170kg/mm2,D=65的637钢丝绳，其破断拉力为266.5t。安全系数K=266.5/25=10.668-10倍 (施工要求)满足施工要求。盾构机的刀盘构件重45t，长6.28m，宽1.8m，采用二个吊点，每吊点为22.5t，应选用抗拉强度为170kg/mm2,D=65的637钢丝绳，查资料可知其破断拉力为266.5t。安全系数K=266.5/22.5=11.85810倍 (施工要求)，满足施工要求。4.1.3 卸扣选用:盾构机的前盾、中盾、盾尾有四个吊点；刀盘有二个吊点。盾构机的前盾、中盾、盾尾卸扣的选用按盾构前盾考虑，构件重100t。采用四个吊点，每吊点为25t，应选用美式弓型2.5寸卸扣, 卸扣的材料是合金钢轴经过锻造及调质热处理,美式弓型2.5寸卸扣直径为69.85mm,安全负荷为55t，大于25t，满足施工要求。盾构机的刀盘重45t。采用二个吊点，每吊点为22.5t，应选用美式弓型2.5寸卸扣, 卸扣的材料是合金钢轴经过锻造及调质热处理,美式弓型2.5寸卸扣直径为69.85mm,安全负荷为55t，大于22.5t，满足施工要求。4.2 质量监控措施（1） 施工前组织有关人员熟悉图纸、方案，并进行技术交底；（2） 构件在运输过程中，运输的支承点应按规定放置；（3） 构件在吊装过程中，吊点应按规定不得随意改动，监理应检查吊点是否符合方案规定。（4） 构件在吊装过程中，应把构件扶稳后，吊车才能旋转和移动；（5） 构件在吊装过程中，严禁碰撞其它构件，以免损坏盾构机；（6） 机具使用前应重新检查其机械性能，确保符合使用要求；监理人员应检查钢丝绳的插接长度 是否符合安全要求。（7） 采用双机抬吊时，选用的钢丝绳长度必须一致，严禁有长短不一，以免起吊后造成构件扭曲变形。钢丝绳长度应与构件的夹角为70，大大减少了构件的压应力；（8） 各构件起吊后应呈水平；（9） 各构件移动时应小心移动，速度应缓慢，以免碰撞损坏；（10）防止盾构基座结构破坏，基座必须经过专业工程师的设计验算、监理人员引应检查钢结构尺寸、检查焊点质量，同时复测其标高、方向是否符合设计要求。4.3 安全监控措施（1）严格审查运输吊装专项技术方案；（2）按危险性较大分部分工程专家论证程序组织专家论证；（3）明确运输、吊装组织机构及人员分工；（4）进入现场人员必须戴安全帽，高处作业