300ｔ盾構(gòu)機整體吊裝技術(shù) 廣州地鐵3號線瀝～大區(qū)間于2004年進行了盾構(gòu)機整體吊裝轉(zhuǎn)場過站作業(yè)。此次吊裝,將長8.6ｍ、直徑6.3ｍ、重300余ｔ的盾構(gòu)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(fā)井中,前后僅耗時12ｄ。 盾構(gòu)機主體體積龐大,重心高,前重后輕,三維運動復(fù)雜,易發(fā)生偏移,盾構(gòu)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(zhǔn)確,盾構(gòu)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(jīng)過交通主干道,最后到達700ｍ外的始發(fā)井并再次下井。盾構(gòu)機整體吊裝成功比原計劃將盾構(gòu)機分件拆裝方式運輸大大縮短了工期。1吊裝運輸設(shè)備1.1吊裝機具參數(shù) 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(tǒng)由預(yù)應(yīng)力錨固千斤頂發(fā)展而來,該系統(tǒng)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(xué)科技術(shù)于一體,結(jié)合現(xiàn)代施工工藝,實現(xiàn)了超大、超重、超高構(gòu)件的大跨度、高空整體提升與平移。 系統(tǒng)主要性能:①可實現(xiàn)平穩(wěn)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(jù)工程的需要進行無級調(diào)節(jié),最高可達20ｍ /ｈ;④在提升過程中,能控制提升構(gòu)件的運動姿態(tài)、應(yīng)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(rèn)為是提升架支腿下部的滑輪系統(tǒng))在軌道梁上移動,保證整個提升架吊起盾構(gòu)后可以平穩(wěn)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(shù) 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(guī)格為19370ｍｍ×5420ｍｍ×(1070±210)ｍｍ。 液壓全掛車輪子軸數(shù)可以按照構(gòu)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(tǒng)控制轉(zhuǎn)向,保證了整個掛車的靈活性。2 有關(guān)計算(1)盾構(gòu)機主體有關(guān)數(shù)據(jù)(見表1)
盾構(gòu)機外徑6260ｍｍ,盾尾內(nèi)徑6060ｍｍ,盾構(gòu)機身長8170ｍｍ(包括刀具為8520ｍｍ)。 (2)液壓提升機構(gòu)的負(fù)荷率 液壓提升機構(gòu)為200ｔ,4臺,各穿16條鋼索,實際吊裝能力為467 2ｔ,負(fù)荷率 1.2×300 467 2×100%=77 1%(1.2為不均勻系數(shù)),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(fā)電機定子吊裝而設(shè)計,起吊能力為4000ｋＮ,故可認(rèn)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(huán)狀繩掛2臺液壓提升機構(gòu),鋼絲繩的極限承載力為2900ｋＮ。 鋼絲繩的安全系數(shù)為:0 82×8×2900/ 3000=6.34,安全。(5)移動系統(tǒng)計算 移動總重:140ｔ(吊裝架)+300ｔ(盾構(gòu)機)+80ｔ(吊裝附加梁)=520ｔ。 用2臺30ｔ液壓提升機構(gòu)進行拖移,小坦克的滾動摩擦系數(shù)為0.01,牽引力為52ｋＮ,考慮起動系數(shù)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(dāng)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(shù),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(zhì)量為1400ｋｇ。軌道梁每隔3ｍ設(shè)一支撐點(對應(yīng)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(shù)量+軌道梁自重=1497.2ｋＮ。故懸空軌道梁下支柱應(yīng)按1497.2ｋＮ設(shè)計。(7)液壓全掛車負(fù)荷率 全掛車的最大裝載量為4000ｋＮ,盾構(gòu)機運輸能力3000ｋＮ,輔助運輸設(shè)備重200ｋＮ,則:η=(3000+200)/ 4000=0.8(8)結(jié)構(gòu)驗算 將以上吊裝荷載輸入相關(guān)結(jié)構(gòu)計算程序,可以對盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)進行復(fù)核。本工程盾構(gòu)始發(fā)井為車站的北端頭結(jié)構(gòu),計算得出吊裝荷載對車站結(jié)構(gòu)影響較大,為此對車站結(jié)構(gòu)進行了加固。(9)地面道路驗算 盾構(gòu)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(gòu)機下井路線要求與出井相同。吊裝架組裝區(qū)域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地壓不小于100ｋＰａ。3 加固措施3.1混凝土結(jié)構(gòu)加固 由于整體提升架尺寸已定型,車站結(jié)構(gòu)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(jīng)過驗算本標(biāo)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(gòu)機主體加固 盾構(gòu)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(shè)備,而后段基本為空筒體,盾構(gòu)機前重后輕。為了保證整體性和防止變形,在盾構(gòu)機鉸接部位按120°等分圓加了3個型鋼支撐,在盾構(gòu)機后筒體內(nèi)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(yán)格控制盾構(gòu)機和提升架的穩(wěn)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(gòu)機傾斜。在吊裝過程中技術(shù)人員須嚴(yán)密監(jiān)測每一個環(huán)節(jié),當(dāng)盾構(gòu)機吊離地面10ｃｍ時,技術(shù)人員對盾構(gòu)機的平衡性及相關(guān)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(xù)往上吊,盾構(gòu)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(shè)備架本身高16ｍ,重130ｔ,加上盾構(gòu)機后近430ｔ,水平位移速度控制為5ｍ/ｈ,移位時專人負(fù)責(zé)控制軌道梁與各支撐間的變化,保證安全。5結(jié)語 整體吊裝運輸共用了12ｄ,期間關(guān)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(fā)井700ｍ路程運輸只用了ｌｈ。吊裝完成后經(jīng)復(fù)核盾構(gòu)機尺寸沒有變形,圓滿完成了盾構(gòu)機轉(zhuǎn)場過站任務(wù)。相對于盾構(gòu)機地下過站,因為降低了車站負(fù)二層的層高,大大節(jié)約了車站維護主體結(jié)構(gòu)、裝修和機電安裝中不必要的費用;而相對盾構(gòu)機拆裝過站又節(jié)約了工序和工期。盾構(gòu)機整體(轉(zhuǎn)場)過站有相當(dāng)大的應(yīng)用前景。參考文獻[1] 程曉.盾構(gòu)施工技術(shù)[Ｍ].上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社,1990.[2] 施仲衡.地下鐵道設(shè)計與施工[Ｍ].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1997.
盾構(gòu)機外徑6260ｍｍ,盾尾內(nèi)徑6060ｍｍ,盾構(gòu)機身長8170ｍｍ(包括刀具為8520ｍｍ)。 (2)液壓提升機構(gòu)的負(fù)荷率 液壓提升機構(gòu)為200ｔ,4臺,各穿16條鋼索,實際吊裝能力為467 2ｔ,負(fù)荷率 1.2×300 467 2×100%=77 1%(1.2為不均勻系數(shù)),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(fā)電機定子吊裝而設(shè)計,起吊能力為4000ｋＮ,故可認(rèn)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(huán)狀繩掛2臺液壓提升機構(gòu),鋼絲繩的極限承載力為2900ｋＮ。 鋼絲繩的安全系數(shù)為:0 82×8×2900/ 3000=6.34,安全。(5)移動系統(tǒng)計算 移動總重:140ｔ(吊裝架)+300ｔ(盾構(gòu)機)+80ｔ(吊裝附加梁)=520ｔ。 用2臺30ｔ液壓提升機構(gòu)進行拖移,小坦克的滾動摩擦系數(shù)為0.01,牽引力為52ｋＮ,考慮起動系數(shù)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(dāng)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(shù),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(zhì)量為1400ｋｇ。軌道梁每隔3ｍ設(shè)一支撐點(對應(yīng)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(shù)量+軌道梁自重=1497.2ｋＮ。故懸空軌道梁下支柱應(yīng)按1497.2ｋＮ設(shè)計。(7)液壓全掛車負(fù)荷率 全掛車的最大裝載量為4000ｋＮ,盾構(gòu)機運輸能力3000ｋＮ,輔助運輸設(shè)備重200ｋＮ,則:η=(3000+200)/ 4000=0.8(8)結(jié)構(gòu)驗算 將以上吊裝荷載輸入相關(guān)結(jié)構(gòu)計算程序,可以對盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)進行復(fù)核。本工程盾構(gòu)始發(fā)井為車站的北端頭結(jié)構(gòu),計算得出吊裝荷載對車站結(jié)構(gòu)影響較大,為此對車站結(jié)構(gòu)進行了加固。(9)地面道路驗算 盾構(gòu)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(gòu)機下井路線要求與出井相同。吊裝架組裝區(qū)域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地壓不小于100ｋＰａ。3 加固措施3.1混凝土結(jié)構(gòu)加固 由于整體提升架尺寸已定型,車站結(jié)構(gòu)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(jīng)過驗算本標(biāo)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(gòu)機主體加固 盾構(gòu)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(shè)備,而后段基本為空筒體,盾構(gòu)機前重后輕。為了保證整體性和防止變形,在盾構(gòu)機鉸接部位按120°等分圓加了3個型鋼支撐,在盾構(gòu)機后筒體內(nèi)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(yán)格控制盾構(gòu)機和提升架的穩(wěn)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(gòu)機傾斜。在吊裝過程中技術(shù)人員須嚴(yán)密監(jiān)測每一個環(huán)節(jié),當(dāng)盾構(gòu)機吊離地面10ｃｍ時,技術(shù)人員對盾構(gòu)機的平衡性及相關(guān)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(xù)往上吊,盾構(gòu)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(shè)備架本身高16ｍ,重130ｔ,加上盾構(gòu)機后近430ｔ,水平位移速度控制為5ｍ/ｈ,移位時專人負(fù)責(zé)控制軌道梁與各支撐間的變化,保證安全。5結(jié)語 整體吊裝運輸共用了12ｄ,期間關(guān)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(fā)井700ｍ路程運輸只用了ｌｈ。吊裝完成后經(jīng)復(fù)核盾構(gòu)機尺寸沒有變形,圓滿完成了盾構(gòu)機轉(zhuǎn)場過站任務(wù)。相對于盾構(gòu)機地下過站,因為降低了車站負(fù)二層的層高,大大節(jié)約了車站維護主體結(jié)構(gòu)、裝修和機電安裝中不必要的費用;而相對盾構(gòu)機拆裝過站又節(jié)約了工序和工期。盾構(gòu)機整體(轉(zhuǎn)場)過站有相當(dāng)大的應(yīng)用前景。參考文獻[1] 程曉.盾構(gòu)施工技術(shù)[Ｍ].上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社,1990.[2] 施仲衡.地下鐵道設(shè)計與施工[Ｍ].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1997.
