盾构调头施工方案.docx
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盾构调头施工方案
第一章编制依据及施工原则和要求
1.1编制依据
1、苏州市轨道交通4号线工程土建施工项目Ⅳ-TS-04标招标文件（通用卷、专用卷）、招标图纸、地质勘查报告、业主提供各参考资料及补遗书等。
2、本标段现场调查资料、场地影响范围内沿线建（构）筑物调查报告。
3、国家现行有关施工及验收规范、规则、质量技术标准，以及苏州地区在安全文明施工、环境保护、交通组织等方面的规定。
4、盾构机设计尺寸及相关技术参数。
5、本工程现场调查资料；
6、我公司地铁施工经验和研究成果及现有的施工管理水平、技术水平、科研水平、机械设备配套能力等。
1.2施工原则和要求
1.2.1施工原则
⑴对盾构施工具有指导性、针对性、实用性、可行性。
⑵保证盾构顺利施工，安全、质量有保证。
⑶采取先进、合理的施工工艺，保证工期。
⑷兼顾环境保护原则，保持现场及周边环境卫生。
第二章盾构掉头工程概况
苏州市轨道交通4号线工程土建施工项目Ⅳ-TS-04标包含苏锦村站、北寺塔站、苏州火车站站、苏锦村站～苏州火车站站区间（简称苏火区间）、苏州火车站站～北寺塔站区间（简称火北区间）、北寺塔站～观前街站区间（简称北观区间），共六个主要单位工程。
区间隧道工程采用盾构法施工，期间要穿越一处风井，盾构掘进总里程为5882.897m。
其中，盾构需要在火车站站进行站内调头。
7号盾构机从苏锦村站南端左线始发，到达苏州火车站站北端头后，盾体进行站内调头，后配套拉回苏锦村站南端头吊出，从地面上转运至北寺塔站北端头下井，从火北区间右线转运至火车站，完成盾构机及台车组装，完成后再次始发掘进苏～火区间右线。
8号盾构机从北寺塔站北端右线始发，到达苏州火车站站南端头后，盾体进行站内调头，后配套通过已完成的火～北区间右线转运至北寺塔站南端头吊出，从地面上转运至苏锦村站北端头下井，从苏火区间左线转运至火车站，完成盾构机及台车组装，完成后再次始发掘进火～北区间左线。
火车站站南北端头井内部净距12.00mm，宽度约25.20mm，净空高度8.00m，下翻梁处净空7.1m，满足盾构机调头时需要的最小净空6.60m。
火车站站端头井平面图见图2.1。
图2.1火车站站调头区域平面图
图2.2火车站站调头范围结构净空示意图
第三章总体施工策划
3.1人力资源配备
火车站站盾构调头期间项目人员配备见表3-1管理人员配备和表3-2作业人员配备
表3-1管理人员配备
序号
姓名
职务
工作内容
1
陈万忠
项目经理
全面指挥、安排施工
2
万凯
项目总工
技术总负责
3
王小军
副经理
负责现场生产
4
邵卫国
安全总监
全面负责现场安全
5
贾松
安质部长
负责隧道施工安全及质量工作
6
朱贤明
工程部长
盾构施工技术管理
7
张立军
测量负责人
负责盾构隧道测量及监控测量工作
表3-2作业人员配备
序号
工种
人数
1
施工队长
2
2
班长
2
3
盾构机操作司机
2
4
管片拼装工
12
5
注浆工
6
6
机电工
2
7
司索工
4
8
电瓶车司机
2
9
龙门吊司机
2
10
防水工
6
11
普通工人
10
总计
50
3.2设备与材料配备
火车站站盾构拆装及调头期间施工机具设备如下表3.3所示：
表3.3盾构组装设备表
序号
名称
数量
序号
名称
数量
1
液压扭力扳手
1把
15
空压机
1台
2
液压泵站
（1）
1台
16
重型风动扳手
2把
3
拉伸预紧扳手
1把
17
1.5T卧式千斤顶
1台
4
液压泵站
（2）
1台
18
砂轮机
2把
5
氧气乙炔割具
2套
19
插线板
3套
6
千斤顶
2台
20
注脂管路
1套
7
80T推进油缸
2根
21
活动人梯
2架
8
液压泵站（3）
1台
22
液压工工具
1套
9
大撬棍
8根
23
电工工具
1套
10
小撬棍
8根
24
枕木
30根
11
2T倒链
2个
25
工字钢20a或175H钢
20米
12
5T倒链
2个
26
δ20mm或δ10mm钢板
若干
13
10倒链
6个
27
电动扳手
1台
14
电焊机
2台
3.3工期策划
3.3.1火车站站南端头盾构调头工期策划
2014年12月1日～2015年1月14日（共计45天）完成火车站站内调头。
3.3.2火车站站北端头盾构调头工期策划
2014年12月30日～2015年2月12日（共计45天）完成火车站站内调头。
3.4盾构调头施工要点
1、对调头断面的空间和盾构机尺寸长度的把握要准确。
对每一个限界点要认真分析计算。
2、根据推力的计算，确定机具。
3、细化调头准备工作，将调头需要的结构件和工具提前准备，并就千斤顶的反力点做出设计。
保证调头工作开始后顺利快速进行。
4、托架比较笨重，在准确放置托架前，先在托架底部钢板上涂抹黄油，确保润滑效果。
5、盾构机在车站内调头，预埋件的设计对于调头施工操作的简易优化具有重大意义。
调头断面托架的固定、盾构机初始平移、盾构机调头过程及盾构机始发均需位置准确的预埋件。
托架、负环等重型结构的安装和拆除，也需要一定的预埋件，需要事先设计好预埋件，以便具体施工操作。
6、调头断面基面及钢板平整度要求
（1）精确复测调头断面回填平整度。
（2）砂浆强度保证≥10Mpa，砂浆表面平整度≤10mm/m2。
（3）钢板之间焊接牢固焊缝打磨平整，四周固定牢靠，避免盾构机调头时钢板发生移动。
7、基面钢板铺设时机
调头位置基面铺设钢板的时间需把握：
盾构隧道贯通时，瞬间的泥沙及水的压力巨大，如果在出洞后铺设钢板，容易造成砂浆、水等杂物涌入钢板下的情况。
因此建议在盾构机出洞前，将杂物清理干净后，铺设钢板。
第四章盾构调头施工
4.1盾构主机调头技术参数确定
4.1.1盾构主机各部分重心位置的确定；
查盾构相关资料，得出盾构主机各部分重量及重心位置，如图4.1所示。
图4.1盾构主机各部分重量及重心位置
盾构主机各部分重量及其重心与刀盘面板间距如表4.1所示：
表4.1盾构主机各部分重量及重心相对位置统计表
序号
部件
重量（单位：
T）
与刀盘面板间距
（单位：
mm）
备注
重量
代号
间距
代号
1
刀盘
55
G1
400
L1
2
前体
98
G2
1800
L2
3
中体
88
G3
4700
L3
含管片拼装机
4
盾尾
30
G4
7700
L4
5
螺旋输送机
25
G5
6565
L5
6
拼装机
16
G6
7215
L6
7
接收架
8
G7
4720
L7
8
Δ15钢板
3.76
G8
4720
L8
接收架底部铺设
9
总体重量
323.76
G
3513
L
4.1.2盾构主机整体重心位置的确定
盾构主机整体重心位置计算如下：
（各参数见表4.1）
设盾构主机整体重心位置距离刀盘面板距离为L米。
则根据下面公式
G1×g×L1+G2×g×L2+G3×g×L3+G4×g×L4+G5×g×L5+G6×g×L6+G7×g×L7+G8×g×L8=G×g×L
将表4.1的参数带入上面的公式可得，L≈3.638m
为保证盾构主机安全顶升，前体与中体重心位置需位于顶升支腿之间，因此确定顶升油缸支腿位置分别为距刀盘1.2m和距离刀盘4.838m。
4.1.3站内调头用固定轴受力验算
本次盾构调头主要原理为在千斤顶的推动下盾构机绕固定轴进行旋转，下面对固定轴的承载力进行简算。
首先，盾构机与托架、钢板整体重量为323.76t，盾构机整体与底板钢板面间接触面正压力为323.76X9.8=3172.848kN，查表得接触面为钢板与钢板之间摩擦系数为0.1，推动盾构机整体的最大静摩擦力为3172.848X0.1=317.8kn。
所以盾构机调头时转动轴承受的最大力小于317.8kn。
假设固定轴用直径为60mm的Q235圆钢。
按照计算公式固定轴承受的最大剪应力τ=F/A=317.8kn/3.14X302mm2=112.46mpa，小于Q235钢材抗剪强度设计值125mpa；固定轴承受的最大挤压应力б=f/a=258.3kn/40X60=107.6mpa,小于Q235钢材抗弯强度设计值215mpa；
综上计算可知，盾构机调头时固定轴可以选用直径为60mm的Q235圆钢。
图4.2盾构机旋转固定轴示意图
4.2火车站站盾构调头施工
由于火车站站南北端头站内调头方法与工序相同，下面以火车站站南端头盾构调头为例对施工过程进行叙述。
4.2.1盾构调头施工工艺
盾构井底板铺20mm厚砂浆找平
铺设20mm厚钢板
接收架与20mm钢板焊接固定并定位
盾构机接收
管线拆除，工作平台、双梁与盾构机分离
顶升油缸支座焊接
安装4个150吨的垂直顶升油缸并取出垫块
在钢板上涂抹黄油
用两个100t油缸顶推盾构机井内调头
盾构机定位
顶升盾构，始发架下放入垫块
连接双梁与工作平台间进行盾构组装调试
图4.3盾构调头施工工艺
4.2.2盾构机调头施工准备
⑴端头井底板铺设20mm厚砂浆找平，铺设前混凝土面标高为-20.460，铺设20mm砂浆找平后，砂浆面标高为-20.440m，如图4.4所示。
图4.4盾构井底板铺设砂浆示意图
⑵在砂浆找平层上铺设20mm厚钢板，形成一个平面，钢板表面标高为-20.420m，钢板之间焊接固定，钢板宽度为2m，需要铺设12道钢板。
钢板铺设要求：
1）钢板与钢板之间紧密靠拢，钢板之间缝隙进行焊接，并打磨处理；
2）钢板铺设需用水平尺校准，保证钢板面水平，钢板与钢板接缝处应平顺；
3）钢板接缝焊接后，每隔4m用长200mm直径20的螺纹钢植入底板，并与钢板接缝进行焊接固定钢板，防止钢板产生水平位移。
⑶接收架底部焊接20mm厚钢板
接收托架底板焊接9000X4000X20钢板，钢板与接收托架连接成一个整体，见图4.5。
图4.5托架与钢板焊接成整体
钢板四周用割枪割出45度倒角，并打磨处理，以便盾构机和托架、钢板整体位移时减小摩擦阻力。
⑷接收架定位、加固；
托架在安装时，底部用17个170mm高钢轨垫块间距500mm平行布置，垫在底板钢板与托架下部钢板之间，
如图4.6和图4.7所示。
图4.6接收架定位、加固侧面示意图
图4.7接收架定位、加固纵断面示意图
⑸盾构机接收及盾构机解体
盾构接收后，拆除盾构机工作平台与双梁间管线，工作平台、双梁与盾构主机分离，螺旋后闸门拆调，只留下螺旋的前闸门；将中体上乌龟壳头部刨除，并对顶升油缸支腿焊接位置进行除锈；此时盾构机状态如图4.8所示。
图4.8盾构机接收
⑹将接收架与盾构机焊接成一体，同时焊接4个顶升油缸支腿；如图4.9和图4.10所示。
图4.9顶升油缸支腿位置示意图
图4.11顶升油缸支腿位置示意图
⑺顶升盾构机及接收架，使其升高50mm，此时油缸行程240mm（油顶受外力前油缸行程190mm），取出接收架下部170mm支墩，将油缸行程缩回至0，盾构机和托架也同时下降，当油缸行程所致20mm时，托架底部钢板恰好与地面钢板面接触，将油缸继续缩回至0，此时盾构机与托架与地面充分接触，油缸可以取下来，如图4.11和4.12所示。
图4.11油缸将盾构机顶起50mm示意图
图4.12取出垫块后盾构机示意图
4.2.3盾构机井内调头施工
（1）盾构机接收后，停在盾尾距离内衬墙1m的位置，停机位置见图4.13
图4.13盾构机接收停机位置示意图
（2）用2个100吨液压油缸将盾构机南移9.68m，使盾构机整体达到盾构调头指定位置，见图4.14；
图4.14盾构达到调头指定位置示意图
（3）盾构机绕轴a顺时针旋转90度，位置见图4.15。
图4.15第二步盾构机绕轴a顺时针旋转90度位置示意图
（4）盾构机绕轴a顺时针再旋转90度，累积旋转180度，完成盾构调头，位置如图4.16所示；
图4.16第三步盾构机绕轴a顺时针旋转180度位置示意图
（5）将盾构机向南平移1.32m，向西平移0.25m，即移至始发位置，轴线与隧道中心重合，刀盘距离洞门钢环750mm，如图4.17所示。
图4.17盾构机移至始发位置示意图
（6）将盾构机用千斤顶顶起，油缸行程至240mm，将17个170mm高垫块平行放到托架下部钢板与底板的钢板中间，保证盾构始发轴线位置，如图4.18所示。
图4.18盾构机顶起250mm示意图
然后将油缸缩回，将盾构机和托架一起落在垫块上，然后油缸缩到零，取调油缸，并且割除油缸支座，并进行打磨处理，同时对始发托架进行加固处理，如图4.19所示。
图4.19盾构机到达始发位置示意图
第五章后配套调头方法
5.1后配套调头方法及验算
5.1.1后配套调头方法
盾构后配套台车及桥架在封闭的火车站站内调头较困难，因此本方案将渣车底盘进行改装，用3道H150型钢平行固定在渣车底盘上，形成一个平台，并且对平台进行加固，用改装后的渣车在电瓶车牵引下，将火车站站南北端头盾构后配套台车分别依次拉到北寺塔站北端头和苏锦村站南端头，然后用汽车吊将后配套依次进行吊出，然后从地面转运至苏锦村站南端头和北寺塔站北端头，按照安装顺序依次将各节台车吊装下井，转运至火车站，完成盾构机及台车组装。
如图5.1渣车改装示意图。
H150型钢构成平面
图5.1渣车改装示意图
5.1.2受力验算
渣车底盘用三道H150型钢构成一个平面，台车重量取最重的1#台车45吨，取一侧悬挑的型钢为研究对象，则每端型钢承受重量为22.5/6=3.75t，H150型钢承受的最大正弯矩：
δmax=M/Wz=（37500N*61.5cm）/（231.35cm3*100）
=99.68mpa＜［δ］=215mpa，满足强度要求；
τ=37500N/（150*6）=41.66mpa＜［τ］=125mpa，满足切应力要求；
5.2后配套调头施工
5.2.1拆除管线
后配套运输前拆除台车间管路和线路及连接螺栓、销子等，但是1号台车与双梁连接不用拆除，并将双梁的前方用焊有特殊架子的管片车支撑，从而保持双梁的稳定性。
拆除管路的同时进行道岔铺设。
5.2.2后配套的配重
为了确保台车在运输过程中由于偏心而产生倾覆，运输台车前，对台车左右两侧进行配重，详见表5-1。
表5-1后配套台车配重情况
后配套名称
尺寸（长*宽*高）
总重
重量分布情况（视掘进方向）
配重情况
桥架
12.275*4.3*3.5
16T
左8T，右8T
不用配重
1#台车
10.4*4.723*3.5
39.00
左21T，右18T
右侧配重3T
2#台车
12.409*4.723*3.5
45.00
左15T，右30T
左侧配重15T
3#台车
12.409*4.723*3.5
30.00
左16T，右14T
右侧配重2T
4#台车
10.684*4.723*3.5
20.00
左9T，右11T
右侧配重2T
5#台车
12.031*4.723*3.5
20.00
左10T，右10T（不含电缆重量）
根据电缆长度确定
5.2.3台车运输顺序
⑴用电瓶车牵引带特制平台的渣车将5号台车、4号台车、3号台车、2号台车、1号台车依次托至北寺塔站北端头，并用吊车转移至地面，为了保持双梁的稳定性，将1号台车与双梁最后倒运。
⑵将所有台车依次转运至苏锦村站南端头，按照顺序依次将1、2、3、4、5号台车吊装下井。
⑶用电瓶车牵引带特制平台的渣车将1、2、3、4、5号台车依次托至火车站。
⑷依次完成各节台车组装及盾构机组装。
第六章质量保证措施
盾构调头应该满足的功能要求包括安全性、适用性。
凡是在施工过程中对这些结构可靠性能有不良影响的工序，都是质量控制的重点。
6.1盾构接收保证措施
盾构接收是盾构法施工很重要的一个环境，除去外因的影响，施工组织、现场控制等等各个环节都不能出错，一旦有隐患，将会造成灾难性的后果。
所以盾构接收非常重要。
1）确保姿态准确：
盾构贯通前200m时，必须进行1～2次贯通测量，将接收端车站拉通进行一次联系测量，以准确定位盾构机的位置和洞门的位置关系。
2）盾构接收段，由于姿态可能不好，容易出现盾尾漏浆现象，当尾刷里进浆液时，在加大油脂注入量的同时，盾尾间隙一定要调整均匀。
否则进入尾刷的浆液一旦凝固之后，就取不出来，这样以来，易损伤盾尾，损伤盾尾后更易造成漏浆，漏浆后又造成尾刷破损，形成恶性循环。
3）二次注浆封环，尽早启动二次注浆，形成封水的环箍，严防盾构机后部来水，降低施工风险。
6.2盾构主机调头保证措施
盾构主机调头时，主要是两个方面，一个是平移，一个是旋转。
6.2.1盾构平移
⑴盾构机在平移前，一定要将主机和托架焊接牢固。
⑵提前将盾构机平移轨道上的杂物清理干净，并涂抹黄油。
⑶千斤顶在推进过程中，严格控制推进速度，及时进行纠偏，防止托架侧移。
⑷为千斤顶提供反力的构件必须加固牢靠，防止出现意外。
⑸千斤顶行程不够时，可通过增加垫块来延长，尽量减少千斤顶的移动次数。
6.2.2盾构旋转
⑴测量组提前标明需转向的点位，现场实施过程中，派专人进行跟踪、指导。
⑵在托架旋转中心的角上用一千斤顶作为支点，用另外千斤顶在托架最佳顶推位置附近顶推托架，形成旋转力偶，使托架以固定转轴为旋转中心按预定旋转轨迹旋转。
⑶转动角度不宜过大，过程中及时调整托架与轨道的位置关系，防止托架从轨道滑落。
⑷待调头完成后，将盾构机主体推进至始发位置，并进行初步定位。
6.3台车调头保证措施
后配套台车调头，主要是轨道铺设和台车吊运转移。
1、尽早清理隧道底板的杂物，提前开始进行铺轨。
2、起吊台车过程中，注意保护管线。
3、吊运转移过程一定要平稳，吊车配合时一定要有专人进行指挥。
6.4调头断面基面及钢板平整度
1）精确复测调头断面和K型断面回填平整度。
2）要保证砂浆强度和表面平整度。
3）板之间焊接牢固焊缝打磨平整，四周固定牢靠，避免盾构机调头时钢板发生移动。
6.5基面钢板铺设时机
调头位置基面铺设钢板的时间需把握：
需在贯通前准备阶段就铺设好钢板，但在贯通时需对钢板平面进行保护，以防贯通瞬间泥沙及水在巨大压力情况下拥入钢板底部，避免钢板铺设工作返工。
6.6反力点和调头工具的准备
细化调头准备工作，将调头需要的结构件和工具提前准备，并就千斤顶的反力点做出设计。
保证调头工作开始后顺利快速进行。
托架比较笨重,在准确放置托架前,先在托架底部钢板上涂抹黄油,确保润滑效果,后期在钢板上涂抹黄油,因为托架钢板与基面钢板接触紧密,基面钢板上的黄油进不了托架内部,达不到理想的润滑效果。
6.7调头期间设备的检修、保养
1、利用调头期间对盾构机的刀盘、刀具、盾尾密封刷、泡沫系统和膨润土系统进行全面检查。
2、对刀盘面加焊耐磨层，和对刀盘磨损处进行修复。
3、利用车站，盾构机在洞外进行换刀。
4、利用盾构调头期间，对电瓶车和其他运输车辆进行保养维修。
5、调头期间对龙门吊进行一次全面检修和保养，对常出故障进行改进。
第七章安全保证措施
7.1技术安全措施
7.1.1盾构接收
⑴提前做好盾构接收的各项准备工作。
⑵隧道内和接收井内储备足够的应急物资和相应的小型机具。
⑶现场设专职安全员加强巡视。
7.1.2盾构主体及台车调头
⑴加强托架刚度，特别加强托架受力点处（千斤顶顶推处）的刚度，托架底部加焊钢板，加大托架受力面积，保证托架底部平整度，杜绝托架在调头过程中发生变形或其他意外情况。
⑵盾构调头时加强现场指挥，控制千斤顶油缸速度，并设专人观测盾构机姿态和托架变形情况，一旦出现异样马上停止并查明原因后才能继续施工。
⑶各种滑轮、钢丝绳、倒链使用前先进行安全检查，合格后方能使用。
⑷加强对台车调头的钢架或起重设备的检查。
⑸按操作规程要求对盾构机的各个系统进行检查，严禁违章检验、违章操作。
⑹加强盾构机及台车拆卸安装时的消防工作。
杜绝因电焊、氧气焊、电气等原因引起的火灾。
⑺台车起吊时设专人指挥，防止意外发生。
⑻现场各项工作严格按照相应的技术交底和安全交底进行，不得违章作业。
7.1.3安全措施
⑴组建作业班承担盾构机调头工作，指定生产副经理负责组织，协调盾构机组装工作。
⑵地面钢板涂油，太滑，调头操作人员注意行走安全。
⑶盾构通过时，派专人负责检查盾构通过范围内是否有杂物，影响盾构调头。
⑷台车调头过程中，每班作业前按起重作业安全操作规程及盾构机制造商的组装技术要求进行班前交底，完全按有关规定执行。
7.2台车运输过程中安全措施
1、台车运输过程中控制不好可能造成倾覆现象，将采取以下措施保证台车运输过程的安全：
1）渣车底盘改造时加强焊接质量控制，确保支架的安全；
2）台车与改造后的渣车牢固，并用倒链拉紧；
3）运输过程中严格电瓶车速度，限速5km/h，400m小半径曲线上运输速度限速3km/h;
4）台车运输时，不少于4个人跟在台车后面，并准备好两个5t倒链和2个机械千斤顶，发现问题立即停车及时处理。
2、若发生侧翻采取以下应急措施：
1）电瓶车立即停止运行。
2）用倒链和千斤顶将台车进行调整至平衡为止。
3）对改造的渣车进行加固处理，确保不再发生侧翻。
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