300ｔ盾构机整体吊装技术
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300ｔ盾构机整体吊装技术 广州地铁3号线沥～大区间于2004年进行了盾构机整体吊装转场过站作业。此次吊装,将长8.6ｍ、直径6.3ｍ、重300余ｔ的盾构机主体从约20ｍ深的到达井一次性整体吊出,运至700ｍ外再整体放入18ｍ深的始发井中,前后仅耗时12ｄ。 盾构机主体体积庞大,重心高,前重后轻,三维运动复杂,易发生偏移,盾构机中间较为薄弱,易变形。从距地面20ｍ的井下提升过程要求控制准确,盾构机吊装出井后,装在600ｔ的大型平板车上,穿越地基为淤泥土的临时道路,爬坡经过交通主干道,最后到达700ｍ外的始发井并再次下井。盾构机整体吊装成功比原计划将盾构机分件拆装方式运输大大缩短了工期。1吊装运输设备1.1吊装机具参数 由1台带有微处理器的主控柜控制的4台ＬＳＤ200Ｂ 300 200ｔ液压提升装置,单台提升装置的额定起重量为2000ｋＮ。配专用工具及4×16根25ｍ长Φ15.5ｍｍ钢索。ＬＳＤ液压提升系统由预应力锚固千斤顶发展而来,该系统采用钢绞线承重,提升千斤顶集群、计算机控制、液压同步整体提升原理,集机械、电控、液压、计算机程控等多学科技术于一体,结合现代施工工艺,实现了超大、超重、超高构件的大跨度、高空整体提升与平移。 系统主要性能:①可实现平稳提升与下放;②单台提升千斤顶提升力可为1000、2000ｋＮ,行程为300ｍｍ;③提升速度可根据工程的需要进行无级调节,最高可达20ｍ /ｈ;④在提升过程中,能控制提升构件的运动姿态、应力分布以及各提升吊点的同步性,提升同步精度误差不超过±10ｍｍ。 吊装架水平移动依靠8台100ｔ小坦克(可认为是提升架支腿下部的滑轮系统)在轨道梁上移动,保证整个提升架吊起盾构后可以平稳平移。 1套专用吊装架,承载能力为4000ｋＮ,自重达2800ｋＮ,外形尺寸(长×宽×高)为8000ｍｍ×14000ｍｍ×19055ｍｍ。1.2运输机具参数 牵引拖头为1台ＴＲ88Ｍ8ＣＫ Ｄ90型ＮＩＣＯＬＡＳ拖头,在爬坡段增加1台ＢＥＮＺ拖头在后部顶推。单台拖头的额定拖载能力为6000ｋＮ,功率为559ｋＷ。1台12×3轴线400ｔ工况液压全挂车,规格为19370ｍｍ×5420ｍｍ×(1070±210)ｍｍ。 液压全挂车轮子轴数可以按照构件大小进行组合以减小轮压,本次共采用12×12=144个轮子,不同轴的轮子由液压系统控制转向,保证了整个挂车的灵活性。2 有关计算(1)盾构机主体有关数据(见表1)
盾构机外径6260ｍｍ,盾尾内径6060ｍｍ,盾构机身长8170ｍｍ(包括刀具为8520ｍｍ)。 (2)液压提升机构的负荷率 液压提升机构为200ｔ,4台,各穿16条钢索,实际吊装能力为467 2ｔ,负荷率 1.2×300 467 2×100%=77 1%(1.2为不均匀系数),安全。(3)吊装架强度校核 因吊装架是日本ＭＨＩＬＴＤ为珠海工程2×660ＭＷ机组发电机定子吊装而设计,起吊能力为4000ｋＮ,故可认为安全。(4)吊装钢丝绳计算 吊装钢丝绳选用6×37+1-Φ65ｍｍ(185ｋｇ ｍｍ2),30ｍ长一对,吊装时采用4点8个头进行挂绳,即将环状绳挂2台液压提升机构,钢丝绳的极限承载力为2900ｋＮ。 钢丝绳的安全系数为:0 82×8×2900/ 3000=6.34,安全。(5)移动系统计算 移动总重:140ｔ(吊装架)+300ｔ(盾构机)+80ｔ(吊装附加梁)=520ｔ。 用2台30ｔ液压提升机构进行拖移,小坦克的滚动摩擦系数为0.01,牵引力为52ｋＮ,考虑起动系数2.5,牵引力最大为130ｋＮ,满足要求。(6)支柱受力计算 支柱受力最大时就是当1个吊装架的支腿走到支柱上方时,此时支柱受力为1818ｋＮ,再加80ｋＮ轨道梁重,为1898ｋＮ。吊装架所有重力分配到4根650ｍｍ×400ｍｍ×13500ｍｍ立柱上,考虑1.2的荷载不均匀系数,每根立柱受力为: Ｆ4=1.2×牵引重量=2182.8ｋＮ 轨道梁截面尺寸为700ｍｍ×1300ｍｍ,质量为1400ｋｇ。轨道梁每隔3ｍ设一支撑点(对应剪力墙或柱承压),用斜垫铁垫实。 轨道梁下支撑点受力简单估算如下:支撑点受力Ｆ6=Ｆ4/承压支柱数量+轨道梁自重=1497.2ｋＮ。故悬空轨道梁下支柱应按1497.2ｋＮ设计。(7)液压全挂车负荷率 全挂车的最大装载量为4000ｋＮ,盾构机运输能力3000ｋＮ,辅助运输设备重200ｋＮ,则:η=(3000+200)/ 4000=0.8(8)结构验算 将以上吊装荷载输入相关结构计算程序,可以对盾构井结构进行复核。本工程盾构始发井为车站的北端头结构,计算得出吊装荷载对车站结构影响较大,为此对车站结构进行了加固。(9)地面道路验算 盾构机及吊装架运输通道,要求平坦,地压不小于120ｋＮ/ｍ2,路面纵向坡度<6%,横向坡度<3%,高空障碍物高度≥7 6ｍ。盾构机下井路线要求与出井相同。吊装架组装区域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地压不小于100ｋＰａ。3 加固措施3.1混凝土结构加固 由于整体提升架尺寸已定型,车站结构的竖向体系与提升架不吻合,必须在车站增加临时竖向支撑,经过验算本标段在整体提升架轨道梁两端加了2个直径800ｍｍ的钢管支撑。3.2盾构机主体加固 盾构机主体为外径6260ｍｍ筒体,且由铰接分为前后两段,前段集中了油马达、刀盘、支撑架等主要设备,而后段基本为空筒体,盾构机前重后轻。为了保证整体性和防止变形,在盾构机铰接部位按120°等分圆加了3个型钢支撑,在盾构机后筒体内部用型钢作了“井”字形支撑架(见图1、2)。4吊装过程控制 整体提升运输流程如图3所示。 整体提升过程中必须严格控制盾构机和提升架的稳定性。4个液压千斤顶同步差和钢缆绳行程差容易造成盾构机倾斜。在吊装过程中技术人员须严密监测每一个环节,当盾构机吊离地面10ｃｍ时,技术人员对盾构机的平衡性及相关部件的安全状况进行彻底检查,保证4个主吊钢缆绳万无一失后才能继续往上吊,盾构机以5ｍ/ｈ的速度向上移动,于8月22日上午吊出地面。吊装设备架本身高16ｍ,重130ｔ,加上盾构机后近430ｔ,水平位移速度控制为5ｍ/ｈ,移位时专人负责控制轨道梁与各支撑间的变化,保证安全。5结语 整体吊装运输共用了12ｄ,期间关键控制时间为提升架的安装拆卸,而提升和下井各用2ｄ,从到达井到始发井700ｍ路程运输只用了ｌｈ。吊装完成后经复核盾构机尺寸没有变形,圆满完成了盾构机转场过站任务。相对于盾构机地下过站,因为降低了车站负二层的层高,大大节约了车站维护主体结构、装修和机电安装中不必要的费用;而相对盾构机拆装过站又节约了工序和工期。盾构机整体(转场)过站有相当大的应用前景。参考文献
盾构机外径6260ｍｍ,盾尾内径6060ｍｍ,盾构机身长8170ｍｍ(包括刀具为8520ｍｍ)。 (2)液压提升机构的负荷率 液压提升机构为200ｔ,4台,各穿16条钢索,实际吊装能力为467 2ｔ,负荷率 1.2×300 467 2×100%=77 1%(1.2为不均匀系数),安全。(3)吊装架强度校核 因吊装架是日本ＭＨＩＬＴＤ为珠海工程2×660ＭＷ机组发电机定子吊装而设计,起吊能力为4000ｋＮ,故可认为安全。(4)吊装钢丝绳计算 吊装钢丝绳选用6×37+1-Φ65ｍｍ(185ｋｇ ｍｍ2),30ｍ长一对,吊装时采用4点8个头进行挂绳,即将环状绳挂2台液压提升机构,钢丝绳的极限承载力为2900ｋＮ。 钢丝绳的安全系数为:0 82×8×2900/ 3000=6.34,安全。(5)移动系统计算 移动总重:140ｔ(吊装架)+300ｔ(盾构机)+80ｔ(吊装附加梁)=520ｔ。 用2台30ｔ液压提升机构进行拖移,小坦克的滚动摩擦系数为0.01,牵引力为52ｋＮ,考虑起动系数2.5,牵引力最大为130ｋＮ,满足要求。(6)支柱受力计算 支柱受力最大时就是当1个吊装架的支腿走到支柱上方时,此时支柱受力为1818ｋＮ,再加80ｋＮ轨道梁重,为1898ｋＮ。吊装架所有重力分配到4根650ｍｍ×400ｍｍ×13500ｍｍ立柱上,考虑1.2的荷载不均匀系数,每根立柱受力为: Ｆ4=1.2×牵引重量=2182.8ｋＮ 轨道梁截面尺寸为700ｍｍ×1300ｍｍ,质量为1400ｋｇ。轨道梁每隔3ｍ设一支撑点(对应剪力墙或柱承压),用斜垫铁垫实。 轨道梁下支撑点受力简单估算如下:支撑点受力Ｆ6=Ｆ4/承压支柱数量+轨道梁自重=1497.2ｋＮ。故悬空轨道梁下支柱应按1497.2ｋＮ设计。(7)液压全挂车负荷率 全挂车的最大装载量为4000ｋＮ,盾构机运输能力3000ｋＮ,辅助运输设备重200ｋＮ,则:η=(3000+200)/ 4000=0.8(8)结构验算 将以上吊装荷载输入相关结构计算程序,可以对盾构井结构进行复核。本工程盾构始发井为车站的北端头结构,计算得出吊装荷载对车站结构影响较大,为此对车站结构进行了加固。(9)地面道路验算 盾构机及吊装架运输通道,要求平坦,地压不小于120ｋＮ/ｍ2,路面纵向坡度<6%,横向坡度<3%,高空障碍物高度≥7 6ｍ。盾构机下井路线要求与出井相同。吊装架组装区域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地压不小于100ｋＰａ。3 加固措施3.1混凝土结构加固 由于整体提升架尺寸已定型,车站结构的竖向体系与提升架不吻合,必须在车站增加临时竖向支撑,经过验算本标段在整体提升架轨道梁两端加了2个直径800ｍｍ的钢管支撑。3.2盾构机主体加固 盾构机主体为外径6260ｍｍ筒体,且由铰接分为前后两段,前段集中了油马达、刀盘、支撑架等主要设备,而后段基本为空筒体,盾构机前重后轻。为了保证整体性和防止变形,在盾构机铰接部位按120°等分圆加了3个型钢支撑,在盾构机后筒体内部用型钢作了“井”字形支撑架(见图1、2)。4吊装过程控制 整体提升运输流程如图3所示。 整体提升过程中必须严格控制盾构机和提升架的稳定性。4个液压千斤顶同步差和钢缆绳行程差容易造成盾构机倾斜。在吊装过程中技术人员须严密监测每一个环节,当盾构机吊离地面10ｃｍ时,技术人员对盾构机的平衡性及相关部件的安全状况进行彻底检查,保证4个主吊钢缆绳万无一失后才能继续往上吊,盾构机以5ｍ/ｈ的速度向上移动,于8月22日上午吊出地面。吊装设备架本身高16ｍ,重130ｔ,加上盾构机后近430ｔ,水平位移速度控制为5ｍ/ｈ,移位时专人负责控制轨道梁与各支撑间的变化,保证安全。5结语 整体吊装运输共用了12ｄ,期间关键控制时间为提升架的安装拆卸,而提升和下井各用2ｄ,从到达井到始发井700ｍ路程运输只用了ｌｈ。吊装完成后经复核盾构机尺寸没有变形,圆满完成了盾构机转场过站任务。相对于盾构机地下过站,因为降低了车站负二层的层高,大大节约了车站维护主体结构、装修和机电安装中不必要的费用;而相对盾构机拆装过站又节约了工序和工期。盾构机整体(转场)过站有相当大的应用前景。参考文献
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