CN111852521A - 大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车及同步施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车及同步施工方法，旨在解决未配备口字件拼装系统时盾构掘进与内部结构无法同步施工的技术问题。其施工方法包括如下步骤：（1）盾构掘进，口字件拼装台车进洞；（2）断轨进行首段口字件安装，轨道起坡改造，进行口字件拼装；（3）与所述盾构掘进、口字件拼装同步进行边拱回填、牛腿施工和中隔墙施工。本发明通过口字件拼装台车在隧道内独立进行口字件拼装作业，为内部结构提供后续施工作业面，解决口字件拼装及盾构掘进材料倒运的技术问题，实现了口字件拼装及后续内部结构同步施工，同时大大缩短施工工期。

Description

大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车及同步施工 方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车及同步施工方法。

背景技术

目前国内很多城市正在掀起一股地铁建设热潮，由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制，对城市正常机能影响很小的盾构隧道施工方法得到广泛的使用，许多穿越复杂区域的长距离、大断面的盾构隧道正在建设或即将开建。相对于普通隧道，大断面盾构隧道多为单洞双线，需设计内部结构。

在盾构设备不具备同步施工配套系统的情况下，需在隧道贯通后进行内部结构施工，内部结构预留工期减少，致使整体工期紧张，施工工期不可控；后续施工内部结构需加大设备、材料及人员投入，增加工程成本；且作业面多，交叉作业量大，施工管理难度增大。隧道贯通后施工内部结构对工程工期、成本及施工管理影响极大。

例如在杭州地铁1号线三期工程土建施工SG1-3-1标下沙风井~滨江一路站大断面盾构区间隧道内部结构进行施工时，采用A11.68m级泥水气平衡盾构机施工，按原计划隧道贯通后再进行内部结构施工，由于盾构掘进速度缓慢，造成工期严重滞后，无法保证工期要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车及同步施工方法，以解决未配备口字件拼装系统时盾构掘进与内部结构无法同步施工的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车，包括行走系统，所述行走系统包括行走轮对、变频器、减速机、驱动电机、轮架和转向支座；所述行走系统由所述变频器控制，同步拖动左前、左后、右前、右后四组所述驱动电机，通过设置所述变频器的输出频率和输出电流，控制所述口字件拼装台车的行走速度，并能使其在不同坡度上自由运行；所述口字件拼装台车的地梁与每个轮架之间设置一个转向支座，所述转向支座内置关节轴承，使所述地梁与所述轮架相互自由活动，在隧道转弯路段灵活运行；所述口字件拼装台车上配置有辅助液压泵站，所述地梁内侧安装有四根油缸，通过四组手动换向阀控制所述油缸伸缩，顶推口字件前后左右四个边角，实现口字件精准拼装。

利用上述口字件拼装台车的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，包括如下步骤：

（1）盾构掘进一定距离后，所述口字件拼装台车进洞；

（2）盾构停止掘进，断轨进行首段口字件拼装；

（3）轨道起坡改造，轨道隧底上坡至口字件高度回复；

（4）恢复掘进，同步进行口字件拼装与边拱回填，回填达到设计强度要求后进行牛腿施工作业，牛腿施工一定距离后将牛腿施工完成范围内单轨改变为双轨，开始中隔墙施工，形成盾构掘进+口字件拼装+两侧回填+牛腿施工+中隔墙施工同步作业。

优选的，在所述步骤（2）中，断轨进行首段口字件拼装具体包括：轨道处于断开状态，所述口字件拼装台车到达首段口字件拼装范围后，将待拼装区域轨道移除，进行首段口字件拼装。

优选的，在所述步骤（2）中，在首段口字件拼装前，将一列编组停放至洞内，用于洞内材料运输；洞外编组运载口字件、掘进材料至口字件拼装区域后，由所述口字件拼装台车将管片倒运至洞内编组上运送至盾构机后配套位置。

进一步的，投入四组编组，编号①-④，其中②、③号编组将口字件及掘进材料运输至拼装区域后，所述口字件拼装台车将所述掘进材料倒运至①号编组，运送至后配套位置，同时将待拼装区域轨排移除后拼装口字件，随后将移除的轨排安放至口字件上方，与前方轨道连接；两列编组运送盾构掘进一环所需材料及两块口字件，同时在盾构掘进材料到位后，编组一次运送三块口字件至拼装区域，口字件拼装速度快于盾构掘进速度，形成追赶形式，待拼装至后配套范围后，口字件拼装与盾构掘进保持同步进行。

优选的，在所述步骤（3）中，轨道起坡改造步骤包括：将轨道改造为上坡轨道，上升至口字件高度，并在口字件上延伸铺设，与口字件上轨道连接。

优选的，在所述步骤（4）中，边拱回填采用分层分段浇筑形式，每段30m，利用模板封堵端头，每层浇筑厚度不大于50cm。

优选的，在所述步骤（4）中，口字件拼装至隧道内后，将口字件两侧回填混凝土至口字件顶面标高，次为边拱回填。

优选的，在所述步骤（4）中，牛腿施工采用脚手架模板施工，待边拱回填强度达到设计要求后，开始进行牛腿施工，其步骤包括：脚手架搭设、牛腿植筋、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、拆模养护，形成流水作业。

优选的，在所述步骤（4）中，中隔墙施工采用轻型高分子复合模板，其步骤包括：钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、拆模养护，形成流水作业；每施工一段中隔墙后，进行一次道岔前移工作，为中隔墙预留作业面。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

发明了口字件拼装台车，可在隧道内独立进行口字件拼装作业，为内部结构提供后续施工作业面，解决口字件拼装及盾构掘进材料倒运的技术问题，实现了在盾构机未配备口字件拼装系统、盾构设备不满足内部结构施工需求以及不影响盾构掘进的情况下，进行口字件拼装及后续内部结构施工，同时大大缩短施工工期，相比隧道贯通后施工内部结构节约工期4个月以上。

附图说明

图1为本发明大断面盾构隧道内部结构的断面结构示意图。

图2为本发明大断面盾构隧道掘进与内部结构同步施工的工艺流程图。

图3为本发明口字件台车结构示意图。

图4为本发明口字件台车的纵面结构示意图。

图5为本发明口字件台车中起升系统结构示意图。

图6为本发明口字件台车行走轮结构示意图。

图7为本发明口字件台车中转向支架结构图。

图8为本发明口字件首段拼装位置示意图。

图9为本发明口字件安装及材料倒运示意图。

图10为本发明口字件安装及边拱回填示意图。

图11为本发明牛腿施工流水作业示意图。

图12为本发明中隔墙施工示意图。

图13为本发明烟道板拼装作业示意图。

以上图中，1为成型管片，2为预制口字件，3为现浇节点，4为预制烟道板，5为边拱回填，6为现浇牛腿，7为现浇中隔墙，8为通风管，9为泥浆管，10为人行踏板，11为口字件台车，12为起升系统，13为行走轮，14为转向支架，15为工作井，16为现有变轨段，17为现有单轨段，18为首段口子件安装范围，19为已安装口子件，20为口子件拼装及材料倒运区域，21为电瓶车编组，22为已回填区域，23为回填作业面，24为已拼装完成区域，25为①号编组，26为②和③号编组，27为④号编组，28为输送泵，29为待浇筑区域，30为模板安装区域，31为钢筋安装区域，32为脚手架搭设区域，33为变轨段（单变双），34为已浇筑完全区域，35为变轨段（双变单），36为烟道板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车，参见图3-7，口字件台车长6.5m、宽5.4m、高8m，重约20T，总功率40Kw。主要结构件包含主梁、支腿、地梁、轮架等。主梁上安装20T卷扬机一台，右侧地梁上安装电缆卷筒、电气控制柜以及辅助液压泵站等。

口字件台车能够满足以下工况：①台车需在隧道内弧面行走；②台车运行区域左右净空5.4m；③台车吊装高度不低于6.5m；④台车最大吊装重量20T；⑤隧道最小转弯半径800m；⑥隧道最大坡度25‰。

口字件台车主要功能：

①起升功能；台车起升功能主要靠主梁上安装的20T卷扬机来实现，配置40米φ19.5的钢丝绳，安装称重传感器以及重锤限位，超出额定重量或超高时时能自动断电，能有效防止超重或冲顶等事故的发生。

②行走功能；台车行走是本项目的重难点，台车需在隧道内弧面上行走，隧道既有25‰的上下坡度，又有最小800m的转弯半径。台车行走系统主要有行走轮对、减速机、驱动电机、轮架、转向支座等组成。行走系统由变频器控制，一拖四，同步拖动左前、左后、右前、右后四组驱动电机，通过设置变频器输出频率大小，可实现空载与重载不同工况下台车行走速度，通过设置变频器输出电流可实现在不同坡度上自由运行，有效地防止了台车走不动和溜车现象。

台车在隧道转弯路段，易出现轮对卡死、跳道等故障。台车地梁与每个轮架之间设置一个转向支座，转向支座内置关节轴承，可使地梁与轮架相互自由活动，在隧道转弯路段灵活运行。此外行走轮架两端安装导向轮，又可防止轮架偏转角度过大引起台车跳道。

③口字件安装微调功能

口字件吊装到位后由于隧道转弯等原因，落钩后并不能精准到达安装方位。台车上配置一套辅助液压泵站，地梁内侧安装4根油缸，通过四组手动换向阀控制油缸伸缩，顶推口字件前后左右四个边角，从而实现口字件精准安装。

④台车运行安全功能

台车除了主钩包含重量传感器和重锤限位能保障吊装安全外，行走系统配置有声光警示灯，行走过程中能提示周边作业人员注意避让，台车前后两端配置激光限位，轨道两端设置防撞梁，既能防止台车相互碰撞，又能防止台车走下轨道。此外，台车上安装倾角传感器，当台车有倾侧趋向时可以报警并使行走系统断电，及时纠偏后方能运行。

实施例2：一种利用实施例1中口字件拼装台车的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，参见图1和2。通过设置运用口字件拼装台车进行洞内口字件拼装及掘进材料倒运，并合理布设轨道，形成内部结构流水作业。实现在盾构设备无同步施工配套系统并掘进一定距离的前提下，进行盾构掘进与隧道内部结构同步施工的目的。

本发明主要施工工艺流程为：

（1）盾构掘进400m左右的距离后，口字件拼装台车进洞；

（2）参见图8，断轨进行首段口字件安装，轨道起坡改造；采用口字件拼装台车实现隧道内部结构同步施工，在保证盾构掘进正常进行的情况下，提前开展内部结构施工，形成流水作业，可在隧道贯通时完成内部结构80%施工任务，大大缩短整体施工工期。原有轨道在管片底部，口字件设计高度2.45m，口字件拼装后口字件与原有轨道存在2.45m的高差，为保证编组能在口字件上行驶，需将轨道起坡至口字件高度，满足编组正常同行，轨道隧底上坡至口字件高度回复。

1）口字件拼装起点

隧道有轨运输现有轨道布置为：工作井位置三排轨道，通过两组道岔至25环（50m）位置合并为单轨。口字件拼装后需将轨道上升至口字件高度，并在口字件上延伸铺设。考虑到上坡轨道42m，口字件拼装起点定于46环（92m）位置，考虑轨道搭接后编组能全部行驶至口字件上方，首段拼装口字件20节（40m）。

2）口字件拼装

口字件拼装台车到达首段拼装范围后，将待拼装区域轨道移除，进行首段口字件安装。轨道单节长度6m，口字件宽度2m，每安装3节口字件将原位置轨道安放至口字件上，等待与上坡段轨道连接。首段口字件安装完成后进行轨道改造，将洞口42m轨道改造为上坡轨道，并与口字件上轨道连接。完成首段口字件安装与轨道改造。首段口字件安装期间轨道处于断开状态，盾构停止掘进，上坡段轨道改造完成后回复掘进。

（3）掘进材料及口字件运输

首段口字件安装完成后，口字件上轨道与掘进方向处轨道存在高差，编组无法直接从口字件上行驶至盾构机后配套位置，因此在首段口字件拼装前，将一列编组停放至洞内，用于洞内材料运输。洞外编组运载口字件、掘进材料至口字件拼装区域后，由口字件拼装台车将管片倒运至洞内编组上运送至盾构机后配套位置。同时在该区域进行口字件拼装作业。

（4）洞内电瓶车编组配置

投入四组编组，编号①-④，编组配置及用途如下：

①号编组配置为：一台电瓶车机头+一台砂浆罐车+两台平板车，位于口字件拼装区域至盾构机后配套区间，负责掘进材料的倒运；

②、③号编组配置为：一台电瓶车机头+一台砂浆罐车+三台平板车，位于洞口至口字件拼装位置区间，负责在洞口装载盾构掘进材料及口字件运输至 拼装区域；

④号编组配置为：一台电瓶车机头+三台混凝土罐车+一台平板车，位于洞口至混凝土浇筑区域，负责在洞口装载混凝土、钢筋模板等材料至内部结构作业面。

（5）盾构掘进与口字件拼装

参见图9，②、③号编组将口字件及掘进材料运输至拼装区域后，利用口字件拼装台车，将掘进材料倒运至①号编组，运送至后配套位置。同时将待拼装区域轨排移除后安装口字件，随后将移除的轨排安放至口字件上方，与前方轨道连接。两列编组可运送盾构掘进一环所需材料及两块口字件，同时在盾构掘进材料到位后，编组可一次运送三块口字件至拼装区域，口字件拼装速度快于盾构掘进速度，形成追赶形式，待拼装至后配套范围后，口字件拼装与盾构掘进可保持同步进行。

（6）边拱回填

恢复掘进，同步进行口字件拼装与边拱回填，参见图10。考虑到④号编组站位问题，待口字件拼装完成50节后，开始进行边拱回填施工。边拱回填采用分层分段浇筑形式，每段30m，利用模板封堵端头，每层浇筑厚度不大于50cm。④号编组运输混凝土至浇筑区域，采用自卸方式进行浇筑。运输及浇筑时需在②、③号编组倒运材料时擦缝进行，混凝土自卸速度快，运输及浇筑一次时间较短，回填施工不影响掘进材料运输。口字件设计高度2.45m，宽度3.9m，口字件拼装至隧道内后，需将口字件两侧回填混凝土至口字件顶面标高，次为边拱回填。边拱回填为内部结构一部分，口字件拼装完成后及时进行边拱回填，可扩大口字件平面上的面积，轨道有条件变成双轨，同时牛腿施工的脚手架可搭设在边拱回填后的平面上。

（7）牛腿施工

回填达到设计强度要求后进行牛腿施工作业，参见图11；牛腿施工采用脚手架模板施工，待边拱回填强度达到设计要求后，开始进行牛腿施工：脚手架搭设、牛腿植筋、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、拆模养护，形成流水作业。脚手架设计三排立杆，加设扫地杆、横杆、纵杆、剪刀撑等，在满足受力要求同时，保证与水平运输有足够安全距离。牛腿混凝土浇筑采用小型输送泵进行洞内浇筑，将输送泵放置待浇筑区域，④号编组运送混凝土至作业面后，利用输送泵进行牛腿混凝土浇筑。牛腿浇筑与边拱回填穿插作业，在保证盾构掘进材料运输及时的情况下，当牛腿具备浇筑条件后，先浇筑牛腿混凝土，后进行边拱回填。

（8）中隔墙施工

中隔墙为内部结构的一部分，中隔墙位置位于隧道中线，单轨占用中隔墙施工位置，考虑到单双轨变轨道岔长度和中隔墙手段施工长度，为避免频繁变轨，决定牛腿施工完成400m后将牛腿完成范围内的单轨变成双轨；本盾构隧道采用有轨运输，内部结构同步施工后洞内有轨运输需满足盾构掘进材料运输、内部结构材料及混凝土运输，任务量大，单轨无法满足运输需求，需采用双轨，中间设置汇车段，投入多列编组，提高运输效率。同时，单轨位置为中隔墙施工位置，单轨变双轨后，可为中隔墙提供施工作业面。

形成盾构掘进+口字件拼装+两侧回填+牛腿施工+中隔墙施工同步作业；参见图12和13，施工中隔墙前，需进行轨道改造，将待施工区域单轨改造为双轨，为中隔墙施工预留作业面。为不影响水平运输，可提前将轨排及道岔摆放至现有单轨一侧，待牛腿浇筑完成400m后，快速改造该段轨道，进行中隔墙分段施工。每施工一段中隔墙后，进行一次道岔前移工作，为中隔墙预留作业面。中隔墙施工采用轻型高分子复合模板：钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、拆模养护，形成流水作业。

最后进行烟道板洞内拼装，采用自主研发烟道板安装台车，从两侧洞口同时向洞内进行拼装，完成隧道内部结构全部施工任务。

在杭州地铁1号线三期工程土建施工SG1-3-1标下沙风井~滨江一路站大断面盾构区间隧道内部结构施工时，该区间线路全长2963m，采用A11.68m级泥水气平衡盾构机施工。因前期场地移交问题，盾构始发滞后于计划始发时间，后因工程地质问题，盾构掘进速度缓慢，造成工期严重滞后。如果按照现有技术等隧道贯通后再进行内部结构施工，无法保证工期要求，而通过本发明的施工方法，解决洞内口字件及掘进材料吊运问题，实现盾构掘进与内部结构同步施工，按期完成工程验收。

本发明合理制定隧道内部结构各施工任务进场计划、规划编列运输路线，实现成型隧道多作业面稳步进行，流水施工，提高隧道内施工空间利用率。通过科学合理的进行隧道内部结构施工任务编排，并结合现场实际施工情况，一次性投入固定材料、设备，形成各工序稳步流水作业，人员固定，材料、设备投入小，且重复利用次数高。施工成本低，施工速度快。提前开展隧道内部结构施工，合理编排施工工期，避免隧道贯通后施工内部结构因抢工期造成工程安全风险增大。本发明大大缩短了整体施工工期，同时避免了后期因抢工期导致的安全事故发生，采用本发明的施工方法，在区间贯通时可完成80%内部结构施工任务，相比隧道贯通后施工内部结构节约工期4个月以上。缩短工期后，人工、机械费及其它固定投入均减少，与隧道洞通后施工内部结构相比，节约成本巨大。本发明操作简易，机具、材料得到合理利用，节约了资源投入，同时采用隧道内部结构同步施工工法，材料重复利用率高，废弃材料少。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，不再一一详述。

Claims (10)

1.一种大断面盾构隧道内部结构施工用口字件拼装台车，包括行走系统，其特征在于，所述行走系统包括行走轮对、变频器、减速机、驱动电机、轮架和转向支座；所述行走系统由所述变频器控制，同步拖动左前、左后、右前、右后四组所述驱动电机，通过设置所述变频器的输出频率和输出电流，控制所述口字件拼装台车的行走速度，并能使其在不同坡度上自由运行；所述口字件拼装台车的地梁与每个轮架之间设置一个转向支座，所述转向支座内置关节轴承，使所述地梁与所述轮架相互自由活动，在隧道转弯路段灵活运行；所述口字件拼装台车上配置有辅助液压泵站，所述地梁内侧安装有四根油缸，通过四组手动换向阀控制所述油缸伸缩，顶推口字件前后左右四个边角，实现口字件精准拼装。

2.一种利用权利要求1所述口字件拼装台车的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）盾构掘进一定距离后，所述口字件拼装台车进洞；

（2）盾构停止掘进，断轨进行首段口字件拼装；

（3）轨道起坡改造，轨道隧底上坡至口字件高度回复；

（4）恢复掘进，同步进行口字件拼装与边拱回填，回填达到设计强度要求后进行牛腿施工作业，牛腿施工一定距离后将牛腿施工完成范围内单轨改变为双轨，开始中隔墙施工，形成盾构掘进+口字件拼装+两侧回填+牛腿施工+中隔墙施工同步作业。

3.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，断轨进行首段口字件拼装具体包括：轨道处于断开状态，所述口字件拼装台车到达首段口字件拼装范围后，将待拼装区域轨道移除，进行首段口字件拼装。

4.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，在首段口字件拼装前，将一列编组停放至洞内，用于洞内材料运输；洞外编组运载口字件、掘进材料至口字件拼装区域后，由所述口字件拼装台车将管片倒运至洞内编组上运送至盾构机后配套位置。

5.根据权利要求4所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，投入四组编组，编号①-④，其中②、③号编组将口字件及掘进材料运输至拼装区域后，所述口字件拼装台车将所述掘进材料倒运至①号编组，运送至后配套位置，同时将待拼装区域轨排移除后拼装口字件，随后将移除的轨排安放至口字件上方，与前方轨道连接；两列编组运送盾构掘进一环所需材料及两块口字件，同时在盾构掘进材料到位后，编组一次运送三块口字件至拼装区域，口字件拼装速度快于盾构掘进速度，形成追赶形式，待拼装至后配套范围后，口字件拼装与盾构掘进保持同步进行。

6.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，轨道起坡改造步骤包括：将轨道改造为上坡轨道，上升至口字件高度，并在口字件上延伸铺设，与口字件上轨道连接。

7.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，边拱回填采用分层分段浇筑形式，每段30m，利用模板封堵端头，每层浇筑厚度不大于50cm。

8.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，口字件拼装至隧道内后，将口字件两侧回填混凝土至口字件顶面标高，次为边拱回填。

9.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，牛腿施工采用脚手架模板施工，待边拱回填强度达到设计要求后，开始进行牛腿施工，其步骤包括：脚手架搭设、牛腿植筋、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、拆模养护，形成流水作业。

10.根据权利要求2所述的大断面盾构隧道内部结构同步施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，中隔墙施工采用轻型高分子复合模板，其步骤包括：钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、拆模养护，形成流水作业；每施工一段中隔墙后，进行一次道岔前移工作，为中隔墙预留作业面。

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