李 斌
上海申通地鐵集團有限公司 上海 200000
在城市軌道交通施工過程中,盾構(gòu)機吊裝孔不可避免的設(shè)置在有限高要求或場地狹小區(qū)域,特別是針對不同等級架空高壓線、飛機航線等,導(dǎo)致采用常規(guī)吊裝工藝無法完成盾構(gòu)機吊裝出井作業(yè),本文以上海軌道交通15號線銅川路站南端頭井毗鄰220KV高壓走廊盾構(gòu)機吊裝退場為例,介紹了一種新工藝——SPMT門架吊運系統(tǒng)吊裝盾構(gòu)機的吊裝工藝。
根據(jù)本工程施工總體籌劃,梅嶺北路站北端頭作為梅嶺北路站~銅川路站區(qū)間隧道盾構(gòu)始發(fā)井,銅川路站南端頭作為盾構(gòu)接收井,而銅川路站位于大渡河路與銅川路交叉路口,與14號線呈T字型交叉,其中14號線沿銅川路道路下方呈東西向布置,為地下二層站;15號線沿大渡河路道路正下方呈南北方向布置,為地下三層站。
15號線銅川路站南端因管線回遷及道路翻改等需要僅保留東側(cè)盾構(gòu)機吊裝工作井,該吊裝孔毗鄰220KV高壓走廊,經(jīng)現(xiàn)場實測220KV高壓線距地面21m,距離上行線盾構(gòu)吊裝孔中心約12.7m,因220KV高壓線保護(hù)需要(任何起重機械高度進(jìn)入架空電力線6m保護(hù)區(qū)內(nèi),要求水平安全保護(hù)距離不得小于15m),致使在220KV高壓線保護(hù)范圍內(nèi),盾構(gòu)不具備采用常規(guī)吊裝工藝吊裝出井的條件。
針對銅川路站南端頭井毗鄰220KV高壓線下盾構(gòu)機吊裝,我們結(jié)合施工經(jīng)驗、現(xiàn)場實際情況及走訪調(diào)查,并對300t履帶吊盾構(gòu)吊裝方案、100t履帶吊盾構(gòu)完全解體吊裝方案、100t履帶吊盾構(gòu)完全解體吊裝方案、SMPT門式系統(tǒng)吊裝方案共計4種吊裝方案進(jìn)行了可行性分析,其中100t履帶吊盾構(gòu)完全解體吊裝方案與SMPT門式系統(tǒng)吊裝方案能滿足吊裝要求在施工現(xiàn)場進(jìn)行實施。
我們針對施工現(xiàn)場能夠?qū)嵤┑摹?00t履帶吊盾構(gòu)完全解體吊裝方案”與“SMPT門式系統(tǒng)吊裝方案”兩種方案從工期、經(jīng)濟及安全等方面進(jìn)行了綜合評比,其分析結(jié)果如下:SMPT門架系統(tǒng)吊裝方案不論從技術(shù)、工期、費用等方面均優(yōu)于盾構(gòu)機完全解體吊裝方案,有利于總體投資控制,預(yù)計節(jié)省工期超過2個月,銅川路站盾構(gòu)機快速吊裝出井為軌道交通14號線、15號線總體工期策劃提供可靠保障。綜合,在本工程特殊工況條件下SMPT門架系統(tǒng)吊裝方案更為合理,故本工程最終確定采用“SMPT門架系統(tǒng)吊裝方案”。
編制SPMT門架吊運系統(tǒng)吊裝盾構(gòu)機施工方案→基礎(chǔ)梁設(shè)計及施工→安裝模板車→安裝立柱→安裝橫梁→安裝提升裝置→調(diào)試提升架→穿鋼索、裝下錨頭及穿鋼索→掛鉤、鋼索預(yù)緊→試吊及試吊過程檢查→正式吊裝提升→行走裝車。
盾構(gòu)機吊裝模擬效果圖
盾構(gòu)吊裝作業(yè)場地要求:(1)平整結(jié)實耐壓能力需達(dá)到5.19t/m2;(2)提前施工SMPT門架基礎(chǔ)梁,滿足吊裝盾構(gòu)期間SMPT門架行走需要。
基礎(chǔ)梁作為盾構(gòu)機吊裝及SPMT門架系統(tǒng)橫向行走的主要承載結(jié)構(gòu),需要在吊裝前根據(jù)盾構(gòu)機吊裝工作井結(jié)構(gòu)形式及尺寸、吊裝環(huán)境狀況、交通情況、盾構(gòu)機在地面的拆卸與裝車位置等綜合確定,其長度不得小于SPMT模塊車長度,SPMT行走所需的基礎(chǔ)梁一般設(shè)計為“T”型結(jié)構(gòu),在車站頂板施工前,請車站土建結(jié)構(gòu)設(shè)計單位根據(jù)吊裝荷載(盾構(gòu)機最重部件+SPMT設(shè)備自重)確認(rèn)基礎(chǔ)梁配筋,以便隨著頂板結(jié)構(gòu)施工提前完成鋼筋預(yù)埋等工作。車站施工盾構(gòu)施工單位按照設(shè)計單位提供的設(shè)計方案施工基礎(chǔ)梁。
SPM門架吊運設(shè)備主要由動力頭、模板車、門架、縱橫梁、液壓提升裝置,其中橫梁重為17t,根據(jù)施工工機具重量尺寸及門架吊運系統(tǒng)組裝需求,此次施工主要采用130t汽車吊進(jìn)行設(shè)備組裝施工。液壓提升裝置吊裝高度達(dá)到了14m,最重件橫梁重17t,根據(jù)130t汽車吊性能表工作幅度控制在10m以內(nèi)可滿足工機具卸車、設(shè)備組裝。
(1)模板車及動力頭安裝:130t汽車吊提前到達(dá)指定位置站位,做好吊裝卸車準(zhǔn)備工作,裝載模板車的平板車到達(dá)場內(nèi)卸車指定位置,采用汽車吊將動力頭+模板車卸車到指定組裝位置,通過連接SPMT模塊車的油管、插銷拼裝完成2臺(1PPU+8×2)軸線模塊車組裝,組裝完成后SPMT進(jìn)行電器標(biāo)定,確保電器可行,SPMT車組進(jìn)行調(diào)試驗收,確保SPMT性能良好投入使用,同時在SPMT上布置防滑膠皮。
(2)立柱的安裝固定:模板車+動力頭調(diào)試完成后,將2.43米鋼板焊接到圓筒底部,在圓筒與鋼板之間均布焊接8塊限位鋼板。而后使用汽車吊依次進(jìn)行門架第一節(jié)立柱進(jìn)行吊裝安裝至SPMT車板指定位置。最后將SPMT車板通過焊接鋼板與圓筒底部鋼板進(jìn)行限位焊接。整個安裝過程中,使用扳手將立柱與立柱之間的連接螺栓緊固。每列SPMT車組立柱間距5.6m。調(diào)整兩列SPMT車組橫向中心距為16430mm,車板內(nèi)空為14000mm。
(3)縱、橫梁及勞辛格油缸安裝:使用吊機進(jìn)行門架縱梁進(jìn)行吊裝。吊裝16.6m橫梁至圓筒第二節(jié)頂部,調(diào)整好橫梁位置后,并將第二節(jié)圓筒頂部過渡鋼板與橫梁焊接固定;然后將SPMT門架拉桿、吊耳進(jìn)行吊裝配焊;橫梁焊接好后,在橫梁上布置4條28#槽鋼,槽鋼中心對稱焊接在橫梁上,每條槽鋼里面布置4個重物移動器,重物移動器上墊好膠皮,在膠皮上面架4條縱梁(縱梁中心距為活動的,可以通過重物移動器在槽鋼內(nèi)滑動,縱梁下兩個重物移動器一個點),在雙梁上表面布置4條油缸座梁,并在油缸座梁上布置一臺勞辛格油缸。
(4)穿鋼索及勞辛格接油管調(diào)試:勞辛格油缸布置好后,進(jìn)行穿鋼索;在縱梁上采用架子管布置勞辛格導(dǎo)向架,搭設(shè)導(dǎo)向架需要6m長架子管12條,4m長架子管20條,2.5m長架子管30條,扣件一批;勞辛格接油管調(diào)試:穿好鋼索之后分別連接穿入下錨頭,并掛入4條鋼絲繩,在其中2個錨頭掛入4條86mm×4m鋼絲繩,在另2個錨頭上掛上2條65mm×1.7m鋼絲繩用于盾體翻身,錨頭銷上裝上鋼絲繩限位。吊裝系統(tǒng)組裝完成后,空載試驗起升和下井,待一切正常后,將SPMT行駛到盾構(gòu)機出井口兩側(cè),操作勞辛格,將吊裝鋼絲繩下降至井下。
(1)刀盤出井:刀盤尺寸φ6760mm×1545mm重37t。拆機人員將刀盤推出洞口,為刀盤焊接吊耳。下井勞辛格,2條65mm×1.7m鋼絲繩連接2個35t卡環(huán),然后將2個55t卡環(huán)分別連接到刀盤已焊接好的2個吊耳上(吊耳通過了探傷檢測),另外將另一個下錨頭上的鋼絲繩用卡環(huán)兜住刀盤底部;鋼索預(yù)緊:操作勞辛格提升使鋼絲繩預(yù)緊受力,用預(yù)緊器卡住鋼索掛在1t手拉葫蘆上,對每根鋼索進(jìn)行預(yù)緊,加力200-300kgf,反復(fù)多次逐根預(yù)緊,使每一根鋼索均勻受力。再操作勞辛格微微起升,使鋼索張緊,確認(rèn)鋼索的張緊度,保證每根鋼索均勻受力,如有受力不均則再次對鋼索進(jìn)行預(yù)緊。預(yù)緊之后,操作勞辛格將刀盤整體提升(2個勞辛格側(cè)提升慢,另一端提升快),在提升過程中,使用3t葫蘆平穩(wěn)拉動雙梁,使刀盤在空中翻身過程中始終保持勞辛格受力垂直,直至刀盤整體平放;
(2)盾構(gòu)主體出井:分為前盾、中盾、盾尾。其中,前盾尺寸為φ6770mm×3290mm,重99t;中盾尺寸為φ6760mm×3360mm,重109t,下井勞辛格,2個勞辛格側(cè)的4條86mm×4m鋼絲繩掛腰連接4個55t卡環(huán),然后將4個55t卡環(huán)分別連接到盾體已焊接好的4個吊耳上(吊耳通過了探傷檢測),另外將另一端通過65mm×1.7m和2個55t卡環(huán)連接盾體底部的一個吊耳;操作勞辛格將盾體提升(兩個勞辛格端提升慢,另一端提升快),在提升過程中,使用3t葫蘆平穩(wěn)拉動雙梁,使盾體在空中翻身過程中始終保持勞辛格受力垂直,直至盾體平放,提出井口之后裝車運走。盾尾重32t,出井過程和盾體類似;
(3)螺旋機出井:螺旋機長10.88m,重20t,采用勞辛格直接將其平放提著出井,采用四個35t卡環(huán)連接吊耳和鋼絲繩,鋼絲繩采用4條28mm×2m鋼絲繩。
(1)臺車出井:后配套臺車長度均為8m,小于井口尺寸,直接采用兩條32mm×4m鋼絲繩要掛在錨頭的大銷上,另外再同樣也用兩條32mm×4m的鋼絲繩掛在另外一端的錨頭的大銷上,用4個35t卡環(huán)連接臺車的4個吊耳。同步提升兩臺勞辛格,保持臺車在起升過程中水平,直至提出井口裝車。
(2)設(shè)備橋出井:設(shè)備橋長15.27m,重12t,由于其尺寸大于井口11.5m尺寸,因此采用勞辛格打斜出井方式,直接采用兩條2條32mm×4m鋼絲繩要掛在銷軸上,另外用2個17t卡環(huán)連接設(shè)備橋一端的2個吊耳,另一端端用兩條32mm×4鋼絲繩掛在錨頭銷上,然后用兩個17t卡環(huán)連接設(shè)備橋另外2個吊耳。操作提升勞辛格,單錨頭端先不起,打斜至設(shè)備橋尺寸比井口尺寸小時(控制勞辛格提升速度和用葫蘆調(diào)節(jié)6m雙梁位置),再同步提升兩臺勞辛格,直至設(shè)備橋提出井口,提出井口之后再用葫蘆調(diào)整6m雙梁位置,使設(shè)備橋平放,然后行走SPMT車本進(jìn)行裝車。
盾構(gòu)出吊裝出井之后,啟動動力頭,轉(zhuǎn)換手柄至平移狀態(tài),操作頂升塔行走,直到預(yù)定位置后??焖偻瓿傻侗P、中盾等進(jìn)行裝車,裝車的車板停放在SPMT內(nèi)空中間,停放時,摘掉車頭,裝好車之后,SPMT車板行走開,然后裝車車板再裝上車頭,行駛離開。然后將裝盾體的車板倒進(jìn)裝車區(qū)域,同樣拆掉車頭,SPMT車組開到吊裝區(qū)域在進(jìn)行吊裝。
(1)SPMT門架吊運設(shè)備負(fù)荷率計算
以最重件中盾109t吊裝出井進(jìn)行計算。采用2×(PPU-103+8×4)門架吊運系統(tǒng),工裝重約100t,中盾重109t,該車組額定承載=16*36=576t。
(2)130t汽車吊負(fù)荷率
吊機型號徐工QY130,工況:主臂17.8m,吊裝最重件橫梁重約17t,吊鉤+吊索具重量1t,吊裝過程中最大作業(yè)半徑控制在14m內(nèi),14m作業(yè)半徑額定起重量20t,則130t汽車吊機負(fù)荷率為:η2=(17+1)/20×100%=90%
(3)勞辛格負(fù)荷率
中盾吊裝提升開始時由尾端兩勞辛格受力,所受載荷為20條鋼索+2錨頭+4條鋼絲繩+盾體,吊具重約5t,吊裝中盾及吊具總重量5+109t=114t,2臺勞辛格提升能力700t。
則勞辛格負(fù)荷率=114t÷700t=16.28%。
中盾吊裝翻身過程尾端勞辛格受載荷逐漸減小,前端勞辛格受載荷逐漸增加,中盾吊裝翻身完畢后由4臺勞辛格受力負(fù)荷率約為(114t+5t)÷1400t=8.50%。
(4)鋼索負(fù)荷率
兩臺勞辛格單獨提升時鋼索負(fù)荷率最大,1臺勞辛格10條鋼索,按每條鋼索最大提升能力10t計算,共計20條鋼索受力,此時尾端鋼索負(fù)荷率為(109+5)÷200=57.00%
翻身完成后鋼索負(fù)荷率為(109+5+5)÷400=39.75%
(5)鋼絲繩負(fù)荷率
本次銅川路站南端頭井盾構(gòu)機進(jìn)洞接收后,采用SPMT門架吊運系統(tǒng)安全順利完成吊裝退場作業(yè),不僅規(guī)避了220KV高壓線下吊裝風(fēng)險,同時為銅川路站南端管線回遷、道路翻交及14號線銅川路站基坑施工等爭取了寶貴的時間,同時SPMT門架吊裝盾構(gòu)機施工工藝在上海軌道交通領(lǐng)域首次使用,效果較好,為類似復(fù)雜工況條件下盾構(gòu)機整體或分段吊裝提供了寶貴的施工經(jīng)驗。
SPMT門架吊運系統(tǒng)吊裝盾構(gòu)機較盾構(gòu)機大解體吊裝,能有效縮短盾構(gòu)吊裝施工工期,同時在節(jié)省施工管理費、場地使用費及盾構(gòu)施工管理費和設(shè)備攤銷費方面效果明顯。
銅川路站南端盾構(gòu)機進(jìn)洞接收后,通過SPMT門架吊運系統(tǒng)在白天將盾構(gòu)機起吊至井口,晚上裝車的方式穩(wěn)步推進(jìn)。上行線盾構(gòu)于2019年4月1日~2019年4月6日順利完成退場,下行線盾構(gòu)于2019年4月29日~2019年5月6日順利完成退場。實踐證明采用SPMT門架吊運系統(tǒng)吊裝盾構(gòu)機較為高效的解決了毗鄰220KV高壓電線的施工難題,破解了節(jié)點瓶頸,既保證了220KV高壓線的安全、又確保了盾構(gòu)吊裝施工安全,又節(jié)約工期約65天,同時降低了成本,在開拓創(chuàng)新方面得到了較高評價,可以為以后其他盾構(gòu)機吊裝出井工藝的選取提供借鑒。另外,如果盾構(gòu)機運輸路線的路面承載力、架空線路凈高、交通通行以及接收場地等如果滿足要求,采用此工藝還可對盾構(gòu)機整體進(jìn)行吊裝及運輸,這樣還可繼續(xù)節(jié)省工期約20天。