300ｔ盾構機整體吊裝技術 廣州地鐵3號線瀝～大區間于2004年進行了盾構機整體吊裝轉場過站作業。此次吊裝,將長8.6ｍ、直徑6.3ｍ、重300余ｔ的盾構機主體從約20ｍ深的到達井一次性整體吊出,運至700ｍ外再整體放入18ｍ深的始發井中,前后僅耗時12ｄ。 盾構機主體體積龐大,重心高,前重后輕,三維運動復雜,易發生偏移,盾構機中間較為薄弱,易變形。從距地面20ｍ的井下提升過程要求控制準確,盾構機吊裝出井后,裝在600ｔ的大型平板車上,穿越地基為淤泥土的臨時道路,爬坡經過交通主干道,最后到達700ｍ外的始發井并再次下井。盾構機整體吊裝成功比原計劃將盾構機分件拆裝方式運輸大大縮短了工期。1吊裝運輸設備1.1吊裝機具參數 由1臺帶有微處理器的主控柜控制的4臺ＬＳＤ200Ｂ 300 200ｔ液壓提升裝置,單臺提升裝置的額定起重量為2000ｋＮ。配專用工具及4×16根25ｍ長Φ15.5ｍｍ鋼索。ＬＳＤ液壓提升系統由預應力錨固千斤頂發展而來,該系統采用鋼絞線承重,提升千斤頂集群、計算機控制、液壓同步整體提升原理,集機械、電控、液壓、計算機程控等多學科技術于一體,結合現代施工工藝,實現了超大、超重、超高構件的大跨度、高空整體提升與平移。 系統主要性能:①可實現平穩提升與下放;②單臺提升千斤頂提升力可為1000、2000ｋＮ,行程為300ｍｍ;③提升速度可根據工程的需要進行無級調節,最高可達20ｍ /ｈ;④在提升過程中,能控制提升構件的運動姿態、應力分布以及各提升吊點的同步性,提升同步精度誤差不超過±10ｍｍ。 吊裝架水平移動依靠8臺100ｔ小坦克(可認為是提升架支腿下部的滑輪系統)在軌道梁上移動,保證整個提升架吊起盾構后可以平穩平移。 1套專用吊裝架,承載能力為4000ｋＮ,自重達2800ｋＮ,外形尺寸(長×寬×高)為8000ｍｍ×14000ｍｍ×19055ｍｍ。1.2運輸機具參數 牽引拖頭為1臺ＴＲ88Ｍ8ＣＫ Ｄ90型ＮＩＣＯＬＡＳ拖頭,在爬坡段增加1臺ＢＥＮＺ拖頭在后部頂推。單臺拖頭的額定拖載能力為6000ｋＮ,功率為559ｋＷ。1臺12×3軸線400ｔ工況液壓全掛車,規格為19370ｍｍ×5420ｍｍ×(1070±210)ｍｍ。 液壓全掛車輪子軸數可以按照構件大小進行組合以減小輪壓,本次共采用12×12=144個輪子,不同軸的輪子由液壓系統控制轉向,保證了整個掛車的靈活性。2 有關計算(1)盾構機主體有關數據(見表1)
盾構機外徑6260ｍｍ,盾尾內徑6060ｍｍ,盾構機身長8170ｍｍ(包括刀具為8520ｍｍ)。 (2)液壓提升機構的負荷率 液壓提升機構為200ｔ,4臺,各穿16條鋼索,實際吊裝能力為467 2ｔ,負荷率 1.2×300 467 2×100%=77 1%(1.2為不均勻系數),安全。(3)吊裝架強度校核 因吊裝架是日本ＭＨＩＬＴＤ為珠海工程2×660ＭＷ機組發電機定子吊裝而設計,起吊能力為4000ｋＮ,故可認為安全。(4)吊裝鋼絲繩計算 吊裝鋼絲繩選用6×37+1-Φ65ｍｍ(185ｋｇ ｍｍ2),30ｍ長一對,吊裝時采用4點8個頭進行掛繩,即將環狀繩掛2臺液壓提升機構,鋼絲繩的極限承載力為2900ｋＮ。 鋼絲繩的安全系數為:0 82×8×2900/ 3000=6.34,安全。(5)移動系統計算 移動總重:140ｔ(吊裝架)+300ｔ(盾構機)+80ｔ(吊裝附加梁)=520ｔ。 用2臺30ｔ液壓提升機構進行拖移,小坦克的滾動摩擦系數為0.01,牽引力為52ｋＮ,考慮起動系數2.5,牽引力最大為130ｋＮ,滿足要求。(6)支柱受力計算 支柱受力最大時就是當1個吊裝架的支腿走到支柱上方時,此時支柱受力為1818ｋＮ,再加80ｋＮ軌道梁重,為1898ｋＮ。吊裝架所有重力分配到4根650ｍｍ×400ｍｍ×13500ｍｍ立柱上,考慮1.2的荷載不均勻系數,每根立柱受力為: Ｆ4=1.2×牽引重量=2182.8ｋＮ 軌道梁截面尺寸為700ｍｍ×1300ｍｍ,質量為1400ｋｇ。軌道梁每隔3ｍ設一支撐點(對應剪力墻或柱承壓),用斜墊鐵墊實。 軌道梁下支撐點受力簡單估算如下:支撐點受力Ｆ6=Ｆ4/承壓支柱數量+軌道梁自重=1497.2ｋＮ。故懸空軌道梁下支柱應按1497.2ｋＮ設計。(7)液壓全掛車負荷率 全掛車的最大裝載量為4000ｋＮ,盾構機運輸能力3000ｋＮ,輔助運輸設備重200ｋＮ,則:η=(3000+200)/ 4000=0.8(8)結構驗算 將以上吊裝荷載輸入相關結構計算程序,可以對盾構井結構進行復核。本工程盾構始發井為車站的北端頭結構,計算得出吊裝荷載對車站結構影響較大,為此對車站結構進行了加固。(9)地面道路驗算 盾構機及吊裝架運輸通道,要求平坦,地壓不小于120ｋＮ/ｍ2,路面縱向坡度<6%,橫向坡度<3%,高空障礙物高度≥7 6ｍ。盾構機下井路線要求與出井相同。吊裝架組裝區域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地壓不小于100ｋＰａ。3 加固措施3.1混凝土結構加固 由于整體提升架尺寸已定型,車站結構的豎向體系與提升架不吻合,必須在車站增加臨時豎向支撐,經過驗算本標段在整體提升架軌道梁兩端加了2個直徑800ｍｍ的鋼管支撐。3.2盾構機主體加固 盾構機主體為外徑6260ｍｍ筒體,且由鉸接分為前后兩段,前段集中了油馬達、刀盤、支撐架等主要設備,而后段基本為空筒體,盾構機前重后輕。為了保證整體性和防止變形,在盾構機鉸接部位按120°等分圓加了3個型鋼支撐,在盾構機后筒體內部用型鋼作了“井”字形支撐架(見圖1、2)。4吊裝過程控制 整體提升運輸流程如圖3所示。 整體提升過程中必須嚴格控制盾構機和提升架的穩定性。4個液壓千斤頂同步差和鋼纜繩行程差容易造成盾構機傾斜。在吊裝過程中技術人員須嚴密監測每一個環節,當盾構機吊離地面10ｃｍ時,技術人員對盾構機的平衡性及相關部件的安全狀況進行徹底檢查,保證4個主吊鋼纜繩萬無一失后才能繼續往上吊,盾構機以5ｍ/ｈ的速度向上移動,于8月22日上午吊出地面。吊裝設備架本身高16ｍ,重130ｔ,加上盾構機后近430ｔ,水平位移速度控制為5ｍ/ｈ,移位時專人負責控制軌道梁與各支撐間的變化,保證安全。5結語 整體吊裝運輸共用了12ｄ,期間關鍵控制時間為提升架的安裝拆卸,而提升和下井各用2ｄ,從到達井到始發井700ｍ路程運輸只用了ｌｈ。吊裝完成后經復核盾構機尺寸沒有變形,圓滿完成了盾構機轉場過站任務。相對于盾構機地下過站,因為降低了車站負二層的層高,大大節約了車站維護主體結構、裝修和機電安裝中不必要的費用;而相對盾構機拆裝過站又節約了工序和工期。盾構機整體(轉場)過站有相當大的應用前景。參考文獻[1] 程曉.盾構施工技術[Ｍ].上海:上海科學技術文獻出版社,1990.[2] 施仲衡.地下鐵道設計與施工[Ｍ].西安:陜西科學技術出版社,1997.
盾構機外徑6260ｍｍ,盾尾內徑6060ｍｍ,盾構機身長8170ｍｍ(包括刀具為8520ｍｍ)。 (2)液壓提升機構的負荷率 液壓提升機構為200ｔ,4臺,各穿16條鋼索,實際吊裝能力為467 2ｔ,負荷率 1.2×300 467 2×100%=77 1%(1.2為不均勻系數),安全。(3)吊裝架強度校核 因吊裝架是日本ＭＨＩＬＴＤ為珠海工程2×660ＭＷ機組發電機定子吊裝而設計,起吊能力為4000ｋＮ,故可認為安全。(4)吊裝鋼絲繩計算 吊裝鋼絲繩選用6×37+1-Φ65ｍｍ(185ｋｇ ｍｍ2),30ｍ長一對,吊裝時采用4點8個頭進行掛繩,即將環狀繩掛2臺液壓提升機構,鋼絲繩的極限承載力為2900ｋＮ。 鋼絲繩的安全系數為:0 82×8×2900/ 3000=6.34,安全。(5)移動系統計算 移動總重:140ｔ(吊裝架)+300ｔ(盾構機)+80ｔ(吊裝附加梁)=520ｔ。 用2臺30ｔ液壓提升機構進行拖移,小坦克的滾動摩擦系數為0.01,牽引力為52ｋＮ,考慮起動系數2.5,牽引力最大為130ｋＮ,滿足要求。(6)支柱受力計算 支柱受力最大時就是當1個吊裝架的支腿走到支柱上方時,此時支柱受力為1818ｋＮ,再加80ｋＮ軌道梁重,為1898ｋＮ。吊裝架所有重力分配到4根650ｍｍ×400ｍｍ×13500ｍｍ立柱上,考慮1.2的荷載不均勻系數,每根立柱受力為: Ｆ4=1.2×牽引重量=2182.8ｋＮ 軌道梁截面尺寸為700ｍｍ×1300ｍｍ,質量為1400ｋｇ。軌道梁每隔3ｍ設一支撐點(對應剪力墻或柱承壓),用斜墊鐵墊實。 軌道梁下支撐點受力簡單估算如下:支撐點受力Ｆ6=Ｆ4/承壓支柱數量+軌道梁自重=1497.2ｋＮ。故懸空軌道梁下支柱應按1497.2ｋＮ設計。(7)液壓全掛車負荷率 全掛車的最大裝載量為4000ｋＮ,盾構機運輸能力3000ｋＮ,輔助運輸設備重200ｋＮ,則:η=(3000+200)/ 4000=0.8(8)結構驗算 將以上吊裝荷載輸入相關結構計算程序,可以對盾構井結構進行復核。本工程盾構始發井為車站的北端頭結構,計算得出吊裝荷載對車站結構影響較大,為此對車站結構進行了加固。(9)地面道路驗算 盾構機及吊裝架運輸通道,要求平坦,地壓不小于120ｋＮ/ｍ2,路面縱向坡度<6%,橫向坡度<3%,高空障礙物高度≥7 6ｍ。盾構機下井路線要求與出井相同。吊裝架組裝區域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地壓不小于100ｋＰａ。3 加固措施3.1混凝土結構加固 由于整體提升架尺寸已定型,車站結構的豎向體系與提升架不吻合,必須在車站增加臨時豎向支撐,經過驗算本標段在整體提升架軌道梁兩端加了2個直徑800ｍｍ的鋼管支撐。3.2盾構機主體加固 盾構機主體為外徑6260ｍｍ筒體,且由鉸接分為前后兩段,前段集中了油馬達、刀盤、支撐架等主要設備,而后段基本為空筒體,盾構機前重后輕。為了保證整體性和防止變形,在盾構機鉸接部位按120°等分圓加了3個型鋼支撐,在盾構機后筒體內部用型鋼作了“井”字形支撐架(見圖1、2)。4吊裝過程控制 整體提升運輸流程如圖3所示。 整體提升過程中必須嚴格控制盾構機和提升架的穩定性。4個液壓千斤頂同步差和鋼纜繩行程差容易造成盾構機傾斜。在吊裝過程中技術人員須嚴密監測每一個環節,當盾構機吊離地面10ｃｍ時,技術人員對盾構機的平衡性及相關部件的安全狀況進行徹底檢查,保證4個主吊鋼纜繩萬無一失后才能繼續往上吊,盾構機以5ｍ/ｈ的速度向上移動,于8月22日上午吊出地面。吊裝設備架本身高16ｍ,重130ｔ,加上盾構機后近430ｔ,水平位移速度控制為5ｍ/ｈ,移位時專人負責控制軌道梁與各支撐間的變化,保證安全。5結語 整體吊裝運輸共用了12ｄ,期間關鍵控制時間為提升架的安裝拆卸,而提升和下井各用2ｄ,從到達井到始發井700ｍ路程運輸只用了ｌｈ。吊裝完成后經復核盾構機尺寸沒有變形,圓滿完成了盾構機轉場過站任務。相對于盾構機地下過站,因為降低了車站負二層的層高,大大節約了車站維護主體結構、裝修和機電安裝中不必要的費用;而相對盾構機拆裝過站又節約了工序和工期。盾構機整體(轉場)過站有相當大的應用前景。參考文獻[1] 程曉.盾構施工技術[Ｍ].上海:上海科學技術文獻出版社,1990.[2] 施仲衡.地下鐵道設計與施工[Ｍ].西安:陜西科學技術出版社,1997.
