CN109296374B - 一种深井密闭空间tbm吊装平移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，包括S1、深井吊装S2、TBM主要部件的尺寸及重量选取；S3、吊装人员配置；S4、吊装机具准备；S5、起重设备的选择；S6、施工场地的准备；S7、地基承载力计算；S8、负荷率计算；S9、吊机选择性能计算；S10、试吊。该施工方法解决了城市轨道交通领域深井吊装，大重量平移，及密闭空间出渣的难题，避免了复杂施工，节约了成本，为企业积累了类似工程的施工经验，增强了企业的技术储备，可对类似条件下的城市轨道交通施工提供指导和借鉴，具有良好的推广和应用价值和社会影响。

Description

一种深井密闭空间TBM吊装平移方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种深井密闭空间TBM吊装平移方法。

背景技术

随着我国经济快速发展及人口的增长，地面交通已不能满足人们生活出行的需求，地下作为一种安全、便利、广阔的可利用空间，地下城市轨道交通的开发利用是当今世界发展的重要趋势。在硬岩隧道施工中，基本上采用钻爆法和TBM法两种。钻爆法有着成本低、施工机动灵活等优点，其缺点是效率较低、施工条件差、安全隐患较大。和钻爆法相比，TBM法是利用全断面隧道掘进机一次成型的快速安全高效的隧道成型方法，对掘进岩层适应性强、生产效率高、施工安全性高。在实际施工过程中，某些项目前期征地拆迁、管线迁改难度大，导致施工现场条件受限，由于TBM 法的高生产效率，所以必须根据施工条件等实际情况，将TBM出渣、材料运输等合理分析对比，选取最优方案提高效率，才能保证整个TBM施工保持高效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种场地受限，如深井，密闭空间的TBM吊装平移方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，吊装工艺主要包括如下步骤：

S1、深井吊装

S2、TBM主要部件的尺寸及重量选取；

S3、吊装人员配置；

S4、吊装机具准备；

S5、起重设备的选择，所述起重设备采用中联QUY350履带吊主吊、 QY160吨汽车吊配合翻身；

S6、施工场地的准备；

S7、地基承载力计算；

S8、负荷率计算；

S9、吊机选择性能计算；

S10、试吊。

进一步的，平移工艺主要包括：

a1、TBM主机下井前准备，所述TBM主机长度大于14m时，所述TBM 主机分为两部分，分别为第一部分和第二部分，所述第一部分总长12.5米，井下组装后通过横通道平移到正线隧道后，在正线隧道内完成后一部分的连接组装工作，所述第二部分为2/3盾尾、拼装机支撑梁、拼装机及第二节皮带架；

a2、安装基座；

a3、TBM主机的第一部分吊装下井及平移。

进一步的，所述步骤a1中，所述TBM主机的第一部分由刀盘、前盾、伸缩盾、支撑盾、第一节皮带架组成；

所述步骤a3中，组装顺序为前盾、1/3伸缩盾、支撑盾、第一节皮带架、主推进油缸、1/3尾盾、顶部两块伸缩盾、刀盘。

进一步的，所述步骤a2中，TBM主机的基座总长为12.5m，分成4节，将始发架在场地组装完成吊入竖井并固定。

进一步的，所述步骤S5中，QUY350履带吊主吊规格为长9米，宽8.4 米，桅杆半径13米；

所述步骤S5中，QY160吨汽车吊规格为长16.13米，宽3米，支腿间距纵向8.84米，横向9米。

进一步的，所述步骤S10中，进行正式起吊前需进行作业，连接好吊绳及卡扣，慢慢起钩使吊物慢慢离开地面，等吊物完全离开地面200mm 时停止5分钟，观察连接锁具和吊物有无异样变化，观察吊车占地位置地面地面有无沉降和断裂，如果任何一个部件或检测位置有变化及时将吊物防止地面并垫好固定枕木，处理变化部位直到检查合格后再继续试吊，直到全部合格之后再正式吊装。

在上述技术方案中，本发明提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，具有以下有益效果：解决了城市轨道交通领域深井吊装，大重量平移，及密闭空间出渣的难题，避免了复杂施工，节约了成本，为企业积累了类似工程的施工经验，增强了企业的技术储备，可对类似条件下的城市轨道交通施工提供指导和借鉴，具有良好的推广和应用价值和社会影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法的锁口圈基坑回填示意图；

图2为本发明实施例提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法的吊装受力地基示意图；

图3为本发明实施例提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法的履带吊与汽车吊配合站位图；

图4为本发明实施例提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法的吊装立面示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，吊装工艺主要包括如下步骤：

S1、深井吊装

S2、TBM主要部件的尺寸及重量选取；

S3、吊装人员配置；

S4、吊装机具准备；

S5、起重设备的选择，起重设备采用中联QUY350履带吊主吊、QY160 吨汽车吊配合翻身；

S6、施工场地的准备；

S7、地基承载力计算；

S8、负荷率计算；

S9、吊机选择性能计算；

S10、试吊。

本发明实施例提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，平移工艺主要包括：

a1、TBM主机下井前准备，TBM主机长度大于14m时，TBM主机分为两部分，分别为第一部分和第二部分，第一部分总长12.5米，井下组装后通过横通道平移到正线隧道后，在正线隧道内完成后一部分的连接组装工作，第二部分为2/3盾尾、拼装机支撑梁、拼装机及第二节皮带架；

a2、安装基座；

a3、TBM主机的第一部分吊装下井及平移。

优选的，上述的步骤a1中，TBM主机的第一部分由刀盘、前盾、伸缩盾、支撑盾、第一节皮带架组成；

步骤a3中，组装顺序为前盾、1/3伸缩盾、支撑盾、第一节皮带架、主推进油缸、1/3尾盾、顶部两块伸缩盾、刀盘。

优选的，上述的步骤a2中，TBM主机的基座总长为12.5m，分成4节，将始发架在场地组装完成吊入竖井并固定。

优选的，上述的步骤S5中，QUY350履带吊主吊规格为长9米，宽8.4 米，桅杆半径13米；

步骤S5中，QY160吨汽车吊规格为长16.13米，宽3米，支腿间距纵向8.84米，横向9米。

优选的，本实施例中步骤S10中，进行正式起吊前需进行作业，连接好吊绳及卡扣，慢慢起钩使吊物慢慢离开地面，等吊物完全离开地面200mm时停止5分钟，观察连接锁具和吊物有无异样变化，观察吊车占地位置地面地面有无沉降和断裂，如果任何一个部件或检测位置有变化及时将吊物防止地面并垫好固定枕木，处理变化部位直到检查合格后再继续试吊，直到全部合格之后再正式吊装。

本工法适用于城市轨道交通领域，场地受限，深井，密闭空间，TBM偏离正线很远，无法满足传统龙门吊出渣条件等情况下的施工环境。

为满足深井密闭空间TBM吊装平移始发的需要，采用用加筋路面与钢板辅助的方式，保证了吊装机械站位的基坑稳定，同时通过计算分析，选用适当的钢丝绳吊具，吊装机械，完成了53m的深井TBM吊装工作。在密闭空间中，使用型钢滑道，使得TBM主机在拼装好后，始发托架在千斤顶和顶铁的配合下通过平移、扭转、纵移的方式，完成了135m长距离移动，具备了TBM密闭空间内始发条件。在掘进过程中，由于横通道密闭空间的特点，不具备龙门吊出碴条件，采用翻渣机+三级皮带运输的方式出渣，有效的解决了密闭空间出渣难题，同时翻渣机在TBM首次应用，取得了良好的效果。

本次吊装采用中联QUY350(350吨)履带吊单机主臂吊装。中联QUY350(350 吨)履带吊，吊钩选用150吨钩(吊钩自重3吨)穿六轮十一股绳；用30米主臂吊装。吊装最重件前盾时，350吨履带吊工作半径9.33米，吊车吊装负荷 137.6吨(含钩头索具及1.2的动载系数)，此时吊车额定负荷185吨，在主驱动完全直立竖起状态时，主吊车负荷最大，此时吊车负荷系数74.4％，当前盾处于水平状态刚离开地面时辅助溜尾吊车负荷最大为(前盾重量51％+钩头重量)×1.2＝(56.1+1.5)×1.2＝69.12t，此时半径为5米，额定负荷为98吨，负荷率为70.5％(先由350吨履带吊车与160吨吊配合，将前盾翻转90°，使其水平状态变为竖立状态，后由350吨履带吊单机吊装下井)；

QY160吨汽车吊配合翻身、辅助溜尾时，使用13.6米主臂；单机吊装其它后配套台车时，使用19.5米主臂。

步骤S6中，施工场地的准备：

①现场场地较小，必须清理出足够的组装场地、吊车行走和作业空间以及盾构机部件的现场卸车场地和临时存放区域(具体存放区域见吊装平面布置图)。吊车行走和作业区间的场地必须平整、坚实，地耐力>14t/m2，满足吊车行走和吊装需要；吊装现场场地地面处理及布置需充分考虑履带吊组装、刀盘存放、刀盘翻身、前盾卸车、翻身的需求；履带吊作业区域要求场地平整结实，地面换填后进行硬化处理，履带吊组装要求地面耐压不少于10t/m2、工作区域要求地面耐压不小于14t/m2(12m×8.5m×0.5m钢筋混凝土，地面水平度要求≤5‰)汽车吊站位区域地面耐压不小于12t/m2；

②TBM其他部件卸车时尽量减少对吊装过程的影响；

③主吊车的停放位置以满足起吊刀盘和各盾体块为主；

④TBM进场前，堆放及组装场地应提前做好风、水、电的配备；

⑤TBM进场前，装机所需的小型设备、工具、材料准备齐全。

步骤S7中，地基承载力计算：

(1)地压计算

起重机自身重量：约350t

铺设钢板重量：约25t

前盾重量：110t

地基承载力计算：

竖井锁扣圈梁周围土层为8米深的回填土，回填土下方为花岗岩。

吊装受力地基为钢筋混凝土地面12m×8.5m×0.5m，配置双层双向Φ10 钢筋加固方式，加固后水泥浆回填。

TBM吊装过程中，为保证履带及地面受力均匀，避免地面不平顺造成地基局部受力集中，在地面上铺设5cm左右厚度的中粗砂，必要时再铺设4cm 厚2.2×9米尺寸钢板以更好的分散荷载。

吊车单个履带地面支承反力为：

吊装最重构件支撑盾加吊具总重量为110t，吊车自重350t，履带与地面接触面积1.2×9m，路面混凝土层及稳定层厚约1m。考虑吊装过程中制动荷载系数1.3，偏载系数1.5。

F＝αkG/2＝1.3×1.5×(110+350)/2＝448.5t；

式中：a——动载系数1.3；

k——吊装时考虑的偏载系数1.5；

G——为吊车自重及吊载重量；

(2)吊车履带产生的地面荷载分析：

根据吊装受力地基附近开挖情况看，路面结构沥青层及混凝土稳定层厚度约1米，可视履带荷载通过铺设的钢板及刚性路面层按照45度扩散在地基土上，类似浅层条形扩展基础，单侧履带下地基土荷载计算如下：

式中：A——(1.2+2×1×tg45°)×(9+2×1×tg45°)＝35.2m²，单个履带荷载通过钢板及混凝土路面厚度扩散到地基土换算面积。

(3)地基承载力验算分析：

吊装受力地基主要为粘土、粉质粘土及混凝土加固土体，根据地质勘查报告物理力学性能参数，地层承载力标准值90～135kPa，重度18kN/m3,粘聚力 c＝18～30kPa，内摩擦角

履带可视为方形基础，根据土力学天然浅基础地基极限承载力近似计算理论(勃朗特-维西克公式)：

P_c＝391.5kPa＞P＝127kPa，

地基承载力满足要求，按照地层力学性能最小取值计算仍具备1.823的安全系数。

式中：γ——地基土的平均重度18kN/m3；

b——浅基础宽度，取计算扩散宽度12m；

c——地基土的粘聚力，取土层中最小值18kPa；

d——浅基础的埋深8m；

K——地基承载力安全系数；

Nγ、Nc、Nq——勃朗特-维西克公式地基承载力系数，是内摩擦角的函数，按照土层中最小内摩擦角查取，如下表所示：

承载力系数(勃朗特-维西克公式)

吊装平台的承载力大于吊车起吊对场地的地基承载力要求，因此该吊装区是安全的。

履带吊装时作业最小工作半径＝履带板外宽/2+内侧履带距吊装孔边距离 1.07m+竖井宽度/2＝8.62/2+1.07+8/2＝9.33米。

主要部件负荷率计算表

主要部件抬吊时负荷率计算表

钢丝绳选用

(1)Φ65入井吊装最重件前盾组合件时钢丝绳安全系数

K1＝(0.82×4×2050/10×sin72°)÷110＝6.4＞6(安全)

注：0.82为钢丝绳的折旧系数，4为钢丝绳的吊装头数，2050为钢丝绳的破断拉力(单位:KN),sin72°为钢丝绳吊装角度，110为前盾组重量。

(2)Φ43钢丝绳计算：

前盾下部两个辅助翻转吊耳布置：沿径向方向距离为1.4米*2，纵向靠近中前体接口处，α＝arcos(吊耳与吊钩受力中心的间距/绳索长度)＝ arcos(1.4/10)＝81.952°(钢丝绳水平夹角)；P＝K Fmax/(2×sin81.952°) ＝1.05*0.4846*110/(2×sin81.952°)＝28.3t

绳索选用6×37+1，φ65，长20米，二根，对折并排使用，取对折折减系数1.5，对折后4股绳索破断拉力为98.5×1.5×2＝295.5t，安全系数＝295.5/28.3＝10.4＞6。

Φ28钢丝绳计算

吊装台车时使用双沟吊装选用6×37+1，φ28钢丝绳10米4根对着使用 (其9号台车最重29.2t)，K＝(0.82×8×505/10×sin65°)÷29.2＝13＞6(安全)

吊装卸扣：

主吊用55t卸扣四个；辅吊用35t卸扣二个。

主吊卸扣选择：P1＝110×1.1/4sin72°＝31.8(吨)(其中1.1为动载系数， 72°为钢丝绳夹角)

辅吊卸扣选择：根据计算，受力最大为56.1吨。P3＝56.1/2sin90°＝28.1 (吨)

由抬吊翻转过程可知：刚开始盾体竖起时，对主吊卸扣来说为最不利情况，此时由4只主吊卸扣承担整个盾体重量，随着辅助溜尾吊车的缓慢受力，靠近上部接口的卸扣受力逐渐减小，逐渐转移到翻身吊耳上，整个过程一直保持四吊点受力。主吊采用55t卸扣，盾体竖起时主吊卸扣为55t＞31.8t，满足起吊安全要求。

辅吊采用35t卸扣，溜尾抬吊过程中35t＞28.1t，满足起吊安全要求。

15t手拉葫芦：

倒链需检查合格，润滑良好。

其它机具使用前需认真检查，符合规范安全要求的才可投入使用；否则禁止进场。

吊装校核

吊装时采用350T履带吊机为主吊车，以160T汽车吊机为副吊车也足够符合起重规范要求，对于本吊装工程是安全的。

吊机选择性能计算

1)350t吊车时吊装最大重量为前盾组合件110t。

实际重量：G＝110t，查350t汽车吊吊装曲线，选择吊杆长30米，吊装支撑盾组合件最大作业幅度9.33米，吊车额定载荷185吨，满足吊装要求。

2)TBM到达基座时吊车卷扬上剩余走绳的最小圈数：

剩余走绳长度＝走绳全长-放出走绳长度＝走绳全长-动定滑轮的最大距离×倍率-走绳在动定滑车上的绕行长度-导向滑轮与定滑轮间距-吊臂长度

＝1000米-{(30sin77°+3)(履带地面以上部分高度)+50(竖井深度)-6.3 (TBM直径)-6in72°(主吊索在竖直方向高度)}×11-3.14159×0.6/2×5× 2-1.8-30＝1000-812.3(放出走绳长度)＝187.7(米)；

最小圈数＝剩余走绳长度/卷扬周长＝187.7/(3.14159×0.6)＝99.5(圈)>规范要求的最小3圈，满足吊装所需安全要求。

卷扬放出走绳重量：吊钩承载盾体全部重量下井时，盾体落至基座时，卷扬需要放出812.3米走绳，按走绳规格(查《起重工工艺学》)：6×19+1-170, Ф26钢丝绳的243kg/100m,

放出812.3米走绳重量＝812.3m*243kg/100m＝1974kg。

在上述技术方案中，本发明提供的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，具有以下有益效果：解决了城市轨道交通领域深井吊装，大重量平移，及密闭空间出渣的难题，避免了复杂施工，节约了成本，为企业积累了类似工程的施工经验，增强了企业的技术储备，可对类似条件下的城市轨道交通施工提供指导和借鉴，具有良好的推广和应用价值和社会影响。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，其特征在于，吊装工艺主要包括如下步骤：

S1、深井吊装

S2、TBM主要部件的尺寸及重量选取；

S3、吊装人员配置；

S4、吊装机具准备；

S5、起重设备的选择，所述起重设备采用中联QUY350履带吊主吊、QY160吨汽车吊配合翻身；

S6、施工场地的准备；

S7、地基承载力计算；

S8、负荷率计算；

S9、吊机选择性能计算；

S10、试吊，进行正式起吊前需进行作业，连接好吊绳及卡扣，慢慢起钩使吊物慢慢离开地面，等吊物完全离开地面200mm时停止5分钟，观察连接锁具和吊物有无异样变化，观察吊车占地位置地面有无沉降和断裂，如果任何一个部件或检测位置有变化及时将吊物防止地面并垫好固定枕木，处理变化部位直到检查合格后再继续试吊，直到全部合格之后再正式吊装；

平移工艺主要包括：

a1、TBM主机下井前准备，所述TBM主机长度大于14m时，所述TBM主机分为两部分，分别为第一部分和第二部分，所述第一部分总长12.5米，井下组装后通过横通道平移到正线隧道后，在正线隧道内完成后一部分的连接组装工作，所述第二部分为2/3盾尾、拼装机支撑梁、拼装机及第二节皮带架；

a2、安装基座；

a3、TBM主机的第一部分吊装下井及平移；

所述步骤a1中，所述TBM主机的第一部分由刀盘、前盾、伸缩盾、支撑盾、第一节皮带架组成；

所述步骤a3中，组装顺序为前盾、1/3伸缩盾、支撑盾、第一节皮带架、主推进油缸、1/3尾盾、顶部两块伸缩盾、刀盘。

2.根据权利要求1所述的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，其特征在于，所述步骤a2中，TBM主机的基座总长为12.5m，分成4节，将始发架在场地组装完成吊入竖井并固定。

3.根据权利要求1所述的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，其特征在于，所述步骤S5中，QUY350履带吊主吊规格为长9米，宽8.4米，桅杆半径13米。

4.根据权利要求1所述的一种深井密闭空间TBM吊装平移方法，其特征在于，所述步骤S5中，QY160吨汽车吊规格为长16.13米，宽3米，支腿间距纵向8.84米，横向9米。

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