盾构设备吊装技术要求及实践应用创新

来源:中华铁道网

  张富刚

  摘要:我国运用盾构机施工城市地铁隧道项目已日趋成熟,盾构机进场吊装作业是盾构施工的主要风险源之一,盾构机组装的控制也直接影响到盾构机正式施工的运行。在工期日趋紧张的现状下分析和探讨如何确保安全和安装质量的前提下将盾构机组装完毕,以便在今后的盾构吊装时提供参考。

  关键词:盾构施工;盾构吊装;吊装工艺

  一、盾构机下井策划

  土压平衡盾构机整机总长约98米,最大直径6.3米,总重量500t;是一种应用于盾构法隧道施工的大型机械设备,是集机械、液压、电气、测量、控制于一体,具有开挖切削土体、输送渣土、测量纠偏、拼装衬砌环等一系列功能的专用工程机械。目前主流盾构直径为6.2m及6.4m,以中铁装备盾构机为例,分解后的盾构机最重单间超过120t,最大结构物尺寸12.2×4.24×3.92m,在保证安全施工的前提下,顺利高效、保质保量的完成盾构机吊装组装工作已成为一项工作难题。

  该土压平衡盾构机可分解为主机4大部分及6节后配套台车,吊装设备一般选用260t或300t带副钩的履带式起重机,主副钩配合完成盾构机翻身下井。

  主要配置1号拖车左侧安装有主控室、HBW密封油脂、EP2油脂、油脂吊机,右侧布置有砂浆罐、注浆泵。2号拖车左侧安装有膨润土罐、膨润土泵、盾尾油脂、二次注浆B液,右侧布置有液压泵站。3号拖车左侧安装水循环冷却系统、泡沫系统,右侧布置有主配电柜。4号拖车左侧安装有空压机、储气罐,右侧布置有变压器、高压开关柜,拖车顶部布置二次风机。5号拖车左侧安装有污水箱,上部安装有皮带机渣土出口,右侧布置有电缆箱、配电柜。6号拖车左侧预留空间,上部安装有储风筒及其起吊装置,右侧安装有有2个水管卷筒。按照吊装方案的倒置顺序是从盾构机6号台车至1号台车,依次把螺旋输送机、设备桥、中盾、前盾、刀盘、尾盾分批先后吊装下井,安置在轨道上存放进行联接。

  二、吊装控制技术

  3.1、台车下井

  吊装时应利用拖车原有吊点,保持水平吊装作业,确因井口空间受限而需要倾斜吊装时,应先行采取相应处理措施,防止因过度偏心导致钢丝绳受力不均而超载、运动部件滑移(如:双梁行走梁和双梁吊机行走机构、托辊等)。对五个重点把关,一是依据拖车处于水平位置而进行的,拖车处于过度倾斜状态时可能导致安装困难,台车与台车无法联接;二是拖车在井下的移动应尽量使用电瓶车推动,慎用卷扬机;三是拖车移动到位后应做好阻轨工作,防止溜车。四是每节台车直接的销子连接好后,安插好保险销,防止倾斜销子脱落;五是风管和轮对,走道板等地面预安装部件应当进行充分紧固。

  3.2、螺旋机下井

  始发井装机空间位置过小受限而无法直接将螺机进行下井后直接安装,而需利用管片车在台车内暂存,此时应注意选好两个支点进行焊接支架并将螺机固定于单个管片小车上,支点的位置选择不合适或者将两支点分布于两管片小车上都易产生危险。同时载有螺机的管片车移动到位后应锁住小车刹车,并进行额外阻轨。

  3.3、设备桥下井

  (1)对于始发井装机,当空间位置受限时,需将设备桥搭接在1号台车上后移并放置,放置时需做门字架支撑(方便螺机进出),门字架支撑必须牢靠,简单立柱支撑较易造成危险,防止安全事故发生。

  (2)设备桥接在1号台车上连接好销子和锁紧片固定到位,防止脱落。

  3.4、主机下井

  当吊车处于竖井前方或侧位时应尽量按:中盾、前盾、刀盘的顺序,当吊车处于竖井后部时应尽量按:前盾、刀盘、中盾的顺序,若需对前盾及刀盘进行推移时,应采取措施防止刀盘和前盾连接体由于重心处于较不稳定位置而倾翻。(吊车处于车站上方较少,需考虑能否承受起重力。)

  三、组装控制技术

  (1)设备部件需要焊接作业时应注意搭铁线的放置,防止电流对元器件造成损伤。(如:焊接盾尾防扭块时不得在油缸上搭铁,以免损伤油缸及密封内泄。)

  (2)所有设备的大件连接,应当在定位完成后,装上定位销,并预紧一部分连接螺栓后才可对吊车卸力,否则将由于吊车过早卸力而导致部件错位,影响安装质量。

  (3)各贴合面应当利用钢丝刷、柴油、清洗剂等材料充分清理。

  (4)密封圈(条)不得漏装,同时密封条的粘接应当使用专用粘接剂。同时在密封条安装槽内涂抹适当量黄油以将密封条稳定于密封槽内。

  (5)对于部分刀盘,共有翻身和下井两组吊耳,且不可替换(不对称),此时应注意选择以防安装法兰螺栓孔不对位而造成返工。(吊装吊耳和翻身吊耳选错造成安装困难,超挖刀需从新复核复位。)

  (6)因现场情况可能利用单吊车对提前卸车平放的刀盘进行翻转起吊和下井,此时应注意垫塞,使得刀盘圈梁成为翻转的支点,严防刀具成为翻转时的支点,损坏刀具。(可垫30*30cm的大方木)

  (7)中前盾连接时应当在人仓贴合面涂抹平面密封胶。

  (8)螺栓的紧固应按顺序、分步骤紧至规定扭矩,同时对于双头螺柱应当进行尺寸和拉力的双重卡控。第一次是800KN,第二次是1200KN。

  (9)使用液压专用工具时,由于有psi、bar、N、N.M、MPa等不同单位的指示表盘,应注意换算。中前盾螺栓控制在340bar。

  (10)安装拼装机时不得将吊点选错,进而造成下井后与盾体上平台干涉而无法安装。(如:用导链调节时选用合适的导链,防止导链过小断裂,发生安全事故。)

  (11)安装螺机时应当在人仓底部焊接辅助吊耳,若吊点选于米字梁横梁上,应做好防护措施,防止锐角勒断钢丝绳而造成危险,同时也防止损坏元器件。螺机与前盾连接时贴合面涂抹平面密封胶,螺旋拧紧,按随机图纸预紧力拒拧紧。

  (12)盾尾安装时,应按照图纸的要求来安装铰接密封,紧急气囊,内侧可涂小量黄油,同时调解螺栓可在地面初紧,待完成与中盾的连接后将调解螺栓拧紧至规定量。在使用中应根据转弯情况进行调整。

  (13)盾尾防扭块焊接时应当准确定位,防止未考虑铰接油缸回收行程而定位靠前,造成防扭块的一端与防扭支腿的轴向干涉,造成盾尾不能完全回收。同时焊接时应当进行工艺控制,防止过热而损伤铰接密封系统。

  四、实践应用创新

  随着中国地铁经济的高速发展,各省会城市的地铁建设越来越密集,从2013年深圳地铁、2015年沈阳地铁、2017年南宁地铁、2018年武汉地铁大型设备盾构机吊装管理过程实践来看,通过对以往12个盾构区间吊装作业进行完善、改进,盾构机吊装技术在不断的改进中越来越成熟,对吊装设备、机具的选用也会更加合理、更加完善;在实践中,盾构机及后配套设备在运输和吊装过程中发生的一切安全质量事故和第三方事故由乙方承担全部责任。

  在地铁施工实践中,亲自参与了一种盾构后配套快速旋转横移装置的安装,本方案的主要原理是通过盾构后配套快速旋转横移装置(图1)实现盾构后配套原地旋转180°及横移目的。其施工操作如下:⑴通过2个10吨千斤顶将盾构后配套一端顶起,拆除原有后配套的行走轮。⑵然后采用M20螺栓通过连接板1将旋转横移装置固定在原后配套行走轮的位置。⑶再通过千斤顶将另一端后配套行走轮也更换为旋转横移装置。⑷旋转横移装置固定好后,在后配套的两端采用10吨手拉葫芦施加拉力,使支架3、轮子4围绕中心转动装置2旋转,从而实现盾构后配套进行180°旋转及横移。⑸旋转、横移到位后再通过10吨千斤顶,将旋转横移装置拆除,并重新将后配套行走轮复位,即完成盾构后配套在封闭车站内旋转横移工作。本实用新型彻底解决了盾构后配套在封闭车站内调头的问题,采用该旋转横移装置后,施工总工期较传统调头方式节约10天,且加工制作量减少,同时旋转横移装置可重复使用,节约成本。

  在地铁施工实践中,亲自参与了一种运浆车抽浆装置的安装,本实用新型的主要原理是通过立式泥浆泵控制柜控制开关。其施工操作如下:⑴首先待电瓶车到达放浆指定位置,通知放浆手接通立式泥浆泵控制柜电源。(2)放浆手将放浆口与台车储浆罐连接,启动立式泥浆泵控制柜开始抽浆。(3)待浆液抽完停止立式泥浆泵控制柜,开始向运浆车内进行冲洗2分钟。(4)打开污水口球阀,启动立式泥浆泵控制柜,待冲洗的污水抽尽即可。本实用新型彻底解决原有的卧式泥浆泵的缺陷,采用立式泥浆泵抽浆后解决了施工过程中抽浆泵堵塞现象和降底了维保过程中的安全风险,由原来需停工清理改进到无需清理,大大提高了施工效率。

  在地铁施工实践中,亲自参与了沈阳地铁东北大马路站-滂江街克泥效总结,克泥效控制地面沉降的方法是一种完全创新的方法,首先在施工工艺上克泥效填补了盾构掘进过程中,控制盾体上方沉降控制的空白。在原有盾构施工地面沉降控制中,只是对掘进撑子面前方及上方地表的控制采取了一些措施,采用快速通过的掘进方法,然后采用同步注浆、二次注浆的方式进行管片间隙填充沉降控制及后续下陷的控制。

  掘进过程中盾壳外注入膨润土的方法,但受到膨润土材料本身性质的限制,膨润土浆液流动性较强,很难起到支撑填充作用,达不到控制沉降的效果。然而克泥效浆液可通过同水玻璃的不同混合比例,可调节克泥效浆液的凝固强度及凝固速度,可满足盾体外侧的填充作用但又没有水泥-水玻璃浆液的最终强度,使盾体有卡死的风险。通过本次克泥效施工措施,根据房屋监测数据反映,采用克泥效注浆能够更好的控制盾构掘进时引起的地层变形及地表建筑物的沉降,对保证地表两栋房屋的变形及沉降控制在允许范围内起到了良好的效果。我们较好地掌握盾构机一系列大型设备安全吊装技术运用及实践应用创新,确保盾构设备吊装完好率达98%以上,为企业工期、质量增效,节约成本支出数万元。

  参考文献:

  (1)谢虎辉,李晓明,盾构设备吊装理论研究与关键技术[J],施工技术,2014

  (2)杜勇,盾构机吊装技术[A],中国盾构技术学术研讨会文集[C],2011

  (3)罗垠,浅谈盾构机拆卸及吊装技术[A],山西建筑,2007