封闭式地铁车站盾构调头施工工法

封闭式地铁车站盾构调头施工工法完成单位：主要完成人：1前言慢，并且无法精准控制方向，容易造成盾构机或台车与侧墙间的碰撞，影响施工进度及安全。中建三局集团有限公司承接的深圳地铁31项发明专利、2项实用新型专利、1项BIM应用全国比赛一等奖、2项企业级工法。2工法特点2.1调头速度快根据所受阻力差异及路径模拟分析，分别采用多种方式实现盾构机、电瓶车、台车调头，称调头平台，该结构及相应的施工方法已受理发明专利1项，申请号：201910492472.6。）2.2调头过程易于控制运用物理仿真和模拟技术超前确定调头各阶段关键位置，在施工时通过调节千斤顶保证轨迹可寻。（以该技术为应用点参加第八届“龙图杯”建筑信息模型大赛，荣获施工组一等奖。）2.3施工安全可靠、实施简便（1）盾构机调头前，在托架主要受力位置采用钢板逐层叠焊的方式制作简易滑动板，整体稳定性好，现场实施简便。（2）制作一种用于多台千斤顶同步水平顶推的顶铁结构（以下简称顶铁，该结构已受理实用新型专利1201920315841.X稳定性好，增加调头施工的可靠性。（3）制作一种盾构台车限位固定装置（以下简称限位装置，该装置已受理实用新型专利1项，申请号：201920192953.0），安装在台车或电瓶车车轮与调头平台之间，保证两者连接牢固，增加调头施工的安全性。3适用范围构调头施工。4工艺原理（1）利用INTERACTIVEPHYSICS生成盾构机和台车调头路径，再利用建立三维模型导入位置数据，并在施工现场进行放样。（2）盾构机主机调头。在调头区域满铺钢板，钢板上部涂抹黄油降低托架和钢板接触面的摩擦力，采用千斤顶作为动力，顶推托架及盾构机移动，油缸达到最大行程后，放入顶铁，以此循环顶推盾盾构机移动至预设位置。改变千斤顶位置在托架侧边的组合形式，实现转弯。（3）电瓶车调头。采用限位装置将电瓶车与调头平台固定，并在调头平台内设置多个千板上旋转、平移直至到达始发站台区轨道处。（4）后配套台车调头。利用限位装置将单节台车与调头平台固定，再利用电瓶车作为动的连接位置，实现调头平台旋转、平移，依次到达模拟放样位置。图4-1盾构机顶推调头示意图图4-2后配套台车牵引示意图5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程图5.1-1工艺流程图5.2操作要点5.2.1路径模拟5.2.1.1模型建立（1INTERACTIVEPHYSICS调头构件，滑轮、电瓶车等模型。（2）在盾构机主机和后配套台车上设置约束力及监测点，滑轮之间设置绳约束。图5.2-1调头设备及构件模型建立5.2.1.2盾构机调头路径生成多个调头运动路径，选取距侧墙距离最大的运动路径，导出位置信息。图5.2-2等距改变单个约束力顶推位置进行盾构机转弯模拟5.2.1.3后配套台车路径生成（1）将后配套台车、调头平台、滑轮组、电瓶车通过约束固定，初步设定后配套台车坐标。（2）将所定义的约束力添加到电瓶车上，启动模拟，等距改变后配套台车坐标或定滑轮路径，导出位置信息。图5.2-3等距改变后配套台车位置进行台车调头模拟5.2.1.4碰撞检查及路径优化（1型。图5.2-4调头设备及构件三维模型建立（2）将三维模型导入，添加上述模拟生成的运动路径，进行三维碰撞检撞，最后生成调头各个阶段坐标及约束力作用位置数据。图5.2-4三维碰撞检查5.2.2施工准备5.2.2.1材料转运（1）通过车站结构标准段预留孔洞，吊运手叉车、卷扬机、轨道、钢板、型材、水泥等材料下井，利用手叉车将卷扬机移动至调头区域处固定。（2）沿线路方向铺设临时轨道，在轨道上用钢管和钢板制作简易转运小车，钢板前端开域。5.2.2.2调头区域底板找平对调头区域进行标高采集，局部高差超过1cm位置均匀铺设砂浆。砂浆采用袋装水泥与细沙混合，现场拌制。砂浆凝固后进行测量复核，保证砂浆铺设平整度。5.2.2.3调头区域满铺钢板（1）在调头区域边界处每隔1m采用电钻钻25mm圆孔，清孔后植入φ22钢筋。（2）将手拉葫芦固定在钢筋上，人工配合将钢板沿区域边界依次摆放，钢板与钢板之间的接缝焊接牢固，焊缝长度30cm，间距1m，表面进行打磨处理。图5.2-5钢板满铺平面图图5.2-6钢板接缝焊接大样图5.2.2.4支撑件、顶铁、限位块制作（1）支撑件采用2cm正方形钢板和三角钢板焊接制作。（2）顶铁采用200H型钢切割而成，在型钢腹板和翼板交接处焊接钢板块加肋，沿型钢度设置为35cm，50cm，75cm，100cm。（3）限位块采用2cm厚钢板切割成半圆状。图5.2-7支撑件、顶铁、限位块示意图5.2.2.5预设位置放样站仪测量放点，并在钢板上做好标记。5.2.3盾构机调头5.2.3.1托架改装（110cm为例）。（2打磨平整。拼装完成后沿钢板四周打磨坡口。（3）托架加高采用钢板垫块逐层叠焊。在托架底层钢板上平铺钢板垫块，下层垫块比上层垫块单边长2cm2cm于托架导轨压板下端，横向布置位置位于托架横梁下端，垫块间距设置为20cm。平铺完成后沿四面采用三角焊，将托架底层钢板、垫块连接牢固。图5.2-8托架加高大样图图5.2-9托架加高平面示意图（4）最后将托架整体放置在加高的钢板上，焊接固定。图5.2-10托架加高横断面示意图5.2.3.2托架定位及加固（1）测量放样确定盾构机出洞位置，调整托架与该位置重合。（2（3）在托架前端满铺钢板位置钻孔植筋，钢筋与钢板塞焊，凸出钢板的钢筋切割打磨，保证钢板顶面光滑平整。图托架加固平面示意图5.2.3.3盾构机接收及固定体。5.2.3.4盾构机与后配套台车分离在连接桥下预留一节板车，板车上用型钢制作支撑保持连接桥前端与盾构机相对位置不变，最后拆除连接桥与盾构机之间的行程控制插销。5.2.3.5盾构机及托架平移至预设位置1（1）在测量放样确定位置、b处焊接支撑件。（2）选用2个100t千斤顶，放置在支撑件与托架之间，然后启动千斤顶开始顶推托架，到顶推至预设转弯位置1。图5.2-12盾构机及托架平移示意图图5.2-13顶铁安装示意图5.2.3.6盾构机及托架转弯（1）在测量放样确定位置、d、e、f处焊接反力架。（2cd盾构机和托架沿预定轨迹行走，完成45°转弯。（3）将c、d位置千斤顶转移至e、f处，同时启动千斤顶，使盾构机和托架再次向内侧旋转45°，完成转弯。图5.2-14盾构机及托架转弯示意图5.2.3.7盾构机及托架平移至预设转弯位置2（1）在测量放样确定位置d、g处焊接支撑件。（2dg设转弯位置2。图5.2-15盾构机及托架平移示意图5.2.3.8盾构机及托架二次转弯（1）在测量放样确定位置i、h、j、k处焊接支撑件。（2ih45°转弯。（3ih位置千斤顶转移至jk转45°，完成转弯。图5.2-16盾构机及托架二次转弯示意图5.2.3.9盾构机及托架平移至预设始发位置（1）在测量放样确定位置l、m处焊接支撑件。（2）将千斤顶转移至l、m位置，按上述平移方式，顶推托架及盾构机平移至始发位置。图5.2-17盾构机及托架平移至始发位置示意图5.2.4电瓶车及台车调头5.2.4.1台车调头平台制作及滑轮组安装（1）采用2cm厚钢板拼接制作调头平台底板，底板底面四周打磨坡口；采用200H型钢留圆孔。在门式架上部安装钢轨。调头平台轨道与外部轨道通过连接板连接固定。图5.2-18平台底板大样图图5.2-19调头平台整体图（2）在已放样确定位置焊接3个支撑件，支撑件上预留圆孔，用于悬挂10t滑轮和固定钢丝绳。图5.2-20滑轮、支撑件安装示意图5.2.4.21#电瓶车、台车牵引至接收侧站台区（1）在始发侧站台、接收侧站台及接收区域铺设轨道。（2）利用1#电瓶车牵引后配套台车移动至接收侧站台区。5.2.4.3各节台车及连接桥分离用型钢制作马镫焊接在连接桥末端作为支撑，使连接桥与1#台车相对位置不变，拆除各节台车之间的连接销。5.2.4.41#电瓶车、6#台车牵引至调头平台并固定用1#电瓶车将6#1#电瓶车和6#台车车轮在调头平台轨道上锁紧固定。图5.2-21台车限位固定平面布置及大样图5.2.4.51#电瓶车、6#台车调头及调头平台复位（1）拆除调头平台轨道与外部轨道之间的连接板，将液压千斤顶放入卡槽内，在预定位调头施工方法基本一致。调头完成后，将调头平台轨道与始发侧站台区轨道连接，用1#电瓶车将6#台车牵引至站台区。（2）拆除调头平台与站台区之间的轨道连接板，将钢丝绳套入滑轮系统，并在调头平台一端固定在1#电瓶车上，一端固定在支撑件上。启动1#电瓶车，横向平移调头至初始位置。图5.2-221#电瓶车、6#台车调头及调头平台复位示意图5.2.4.65#台车牵引至调头平台将调头平台轨道与接收侧站台轨道相连。用2#电瓶车将5#台车牵引至调头平台上，用上述限位装置固定台车。5.2.4.7调头平台、5#台车转弯（1将钢丝绳套入滑轮组，钢丝绳一端连接在1#电瓶车尾部，另一端连接在支撑件上。（2）启动电瓶车拖拽调头平台、5#台车完成转弯，到达预设位置3。图5.2-23调头平台、5#台车转弯示意图5.2.4.8调头平台、5#台车平移至预设转弯位置3将调头平台卡槽①处动滑轮转移至卡槽②，连接钢丝绳，启动1#电瓶车，拖移调头平台及5#台车至预设转弯位置4。图5.2-24调头平台、5#台车平移示意图5.2.4.9调头平台、5#台车二次转弯将卡槽②处动滑轮移动至平台外侧，用钢丝绳将动滑轮与平台卡槽②、③连接，启动1#区轨道对齐。图5.2-25调头平台、5#台车二次转弯示意图5.2.4.105#台车牵引至始发侧站台区及调头平台复位将调头平台轨道与始发侧站台区轨道连接，用1#电瓶车将5#台车牵引至站台区。然后再用5.2.4.5中同样的方法进行调头平台平移复位。其余台车及2#电瓶车重复上述步骤进行调头其余后配套台车按照4#、3#、2#、1#、连接桥的顺序，依次完成调头，和上述5#台车调头过程一致。5.2.4.12各节台车连接，完成调头成盾构机及后配套台车调头。6材料与设备6.1材料表6.1-1材料表序号材料名称规格标准用途1钢轨43kg/m行走轨道调头区域满铺钢板；托架改2钢板2000×8000，t=20mm限位块等构件制作3H型钢200×200，t=20mm调头平台、顶铁制作4槽钢100×9000调头平台、轨枕制作5钢筋Φ=22，HRB400调头区域、托架加固植筋6植筋胶DLJ-3005桶装调头区域、托架加固植筋7水泥袋调头区域底板找平8河砂细砂调头区域底板找平9黄油S2V2202调头区域钢板黄油涂抹6.2机具设备表6.2-1施工所需机具设备表序号名称规格性能用途1电钻13RE良好混凝土钻孔植筋3电焊BX-500-1良好各类构件焊接加工4手持砂轮机SIM-FF-100A良好钢板坡口打磨5卷扬机JKJM5T良好材料转运6手拉葫芦3T良好钢板铺设7磁力钻DX-35DX-50CHT良好钢板钻孔8千斤顶100T良好盾构机、调头平台顶推9钢丝绳Φ18良好调头平台牵引滑轮双槽滑轮，10T良好调头平台牵引序号名称规格性能用途12吊耳10t美式弓形良好调头平台牵引7质量控制7.1相关规范与标准（1）本工法遵循标准：《钢结构焊接规范》（）；（2）本工法遵循标准：《液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求》（T3766-2015）（3）本工法遵循标准：《起重机械滑轮》（）7.2质量控制措施（1）由技术部和机电部共同编制调头施工方案，对顶推过程中的动力进行核算，确定与之匹配的机具设备。（2）底板满铺钢板后，相邻钢板表面高差不超过±2mm。（3）托架改装、支撑件、顶铁、调头平台焊接制作前应将焊缝表面的铁锈、水分、油污等清理干净，焊接作业焊缝等级均应达到二级。（4）托架改装、支撑件、顶铁，调头平台经过受力验算，并经有资质的单位确定其可行性。（5）托架底层钢板和调头平台底座钢板坡口打磨不宜太厚，应控制在5mm内。（6）限位块、支撑件水平定位偏差不超过1cm，安装前应保证钢板整洁。（7）盾构机与台车调头前应进行试顶进，确保千斤顶和滑轮组的可靠性。其中滑轮与钢丝绳应匹配，轮径与绳径的尺寸之比不可小于16~28。（8）千斤顶须设置油压报警值，防止顶推过程中超载。（9）调头过程中千斤顶行程和到达位置严格按照模拟确定的位置来进行控制，并且与周边结构保证25cm以上的安全距离。8安全措施（1）施工应遵守《建筑施工安全检查标准》（）等国家和地方有关施工现场安全生产管理规定。（2）施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范（附条文说明）》（JGJ46-2005）的规定执行。（3）焊接应有接火装置，并设专人看火，配备灭火器及其他消防设施，避免发生火灾。（4）加强现场指挥，盾构机调头和台车调头时在施工区域用白红绳围住，不允许有闲杂人等围观。（5）施工前应保证电气系统完好，液压油压满足要求，千斤顶工作正常。同时确认调头平台结构焊缝、限位固定装置的完好性；（6）滑轮系统使用前，检查滑轮组运动情况，滑轮与钢丝绳均要动作灵活，无卡绳，磨绳等现象，滑轮滚动时，不得有钢丝跳槽的情况。（7）施工现场施工时，必须确保足够亮度的照明灯光，现场电工加强值班巡视，及时修复损坏灯具。移动照明器具，必须用手持式专用移动灯。9环保措施（1）坚持现场材料合理码放，防止现场杂乱。（2）对施工区域实行封闭式管理，以减少粉尘、噪音等对周边环境的影响。（3,尽力创造清洁卫生的作业环境。10效益分析10.1经济效益常规盾构调头施工，采用千斤顶顶推调头平台的方式，单节台车调头需12小时。本工法33所有构件随盾构机、台车的位置改变而周转，基本无材料损耗，具有良好的经济效益。施工方法封闭式地铁车站盾构调头施工工法对比项目传统千斤顶顶推托架及后配套台车调头的方法型材投入基本相同材料对比本工法中制作的调头平台、拼装式顶铁、台车限位装置共10吨考虑5次周转，购买的设备考虑10次周转台车调头过程中多投入2组10吨滑轮，考虑5次周转；设备对比台车调头过程中节省3组20吨千斤顶的租赁劳动力对比台车调头施工期间节省支撑件焊工5人，节省顶推配合杂工10人盾构机调头施工周期相同；工期对比后配套台车调头施工节省工期20天封闭式地铁车站盾构调头施工共耗时15天型材费用4300吨，考虑周转后，材料投入节省费用：10吨*4300*（4/5转次数））=34400元10吨滑轮费用100021/10经济效益（个））=200元，20吨液压千斤顶租赁费用500/天·个，设备投入节省费用：3*500*20=30000元，共计节省：30000-200=29800元焊工工资7000元月·人，杂工工资4500/月·人，劳务节约费用：20*（7000/30+20人*4500/30）=53333元综上合计节省费用34400+29800+53333=117533元10.2社会效益本工法是基于路径仿真模拟现场施工优化相结合的综合技术，经过多个工程检验，可有内领先水平，既为今后类似工程提供了理论依据，又为实际施工操作提供了多种方法。此外，本技术还荣获了“龙图杯”全国大赛施工组一等奖，受到了多家单位的参观学习，同时益，提高了企业的社会影响力，赢得了良好的口碑。应用实例应用实例（1）深圳地铁标2部分共设2站1区间。其中南油站为南油西站~南油站区间的接2层三柱四跨4盾构接收时均已封闭。南油西站~南油站区间左线于2018年7月27于2018年8月20日完成调头施工准备工作，2018年8月22日完成盾构机与后配套及各路管线的分离，2018年9月4日完成调头施工并进行二次始发，共耗时15天。南~南区间线路示意图（2号线四标共设4站6区间和1站~西博城站盾构区间的接收站，为2层结构，负二层空间狭小。盾构接收时，车站上部已施工完毕，仅在标准段预留一个通风孔。本工程开始日期为2018年12月202019年1月42018年12