钢套筒接收施工技术研究.pdf
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1、1 钢套筒接收施工技术研究 1.前 言1.前 言盾构接收在盾构法隧道施工中占有极其重要的位置,确保盾构以正确的姿态顺利接收,防止出现塌陷等事故是施工的重点。盾构施工中始发和接收是施工风险较大的过程,在目前的盾构施工中,始发和接收发生的事故占一半以上。盾构接收包含导轨不能调向、盾构机易栽头、端头水土易流失的众多难题,使其接收本身成为盾构施工的关键工序之一,也是盾构施工中最容易发生安全质量事故的环节,直接关系到盾构隧道能否顺利贯通。目前国内使用的盾构接收方式有端头地层加固、化学浆加固法、冻结法、挖填法、竖井加气法等。但对于地下水位较高或有含承压水的砂性地层,盾构接收端的地下水控制较为复杂,稍有不慎
2、,便可能引起涌水涌砂的险情。此工况下,采用水泥系加长土体加固范围的方法,以包裹整台盾构设备,并通过盾尾注浆形成环箍,以达到封闭渗漏通道的目的。但是,该工艺或类似工艺对地面空间要求高且施工工期长,一旦受地面条件或工期限制将无法实现,在这种情况下采用钢套筒接收工艺便应运而生。钢套筒接收工艺主要基于水土压力平衡的理念,以小空间换取大空间,以循环利用为核心,为盾构接收提供了新的技术与思路,成功克服了盾构在接收过程中受加固空间及工期限制的问题。本文以深圳地铁 7 号线 7306 标【洪-田】盾构区间工程实例为背景,详细介绍了一种复杂工况下盾构接收的关键技术。盾构接收施工阶段,项目部经过关键技术措施的超前
3、预控、接收掘进参数的科学管理、地面监测的实时跟踪反馈,最终按期、保质、安全、快速地完成了复杂工况下的盾构接收工作。我们对此项技术进行总结,形成本工法。2.工法特点2.工法特点2.1 针对复杂地质环境下的盾构接收,提前选定好合理的接收方案,并按照正确的接收方案,积极实施钢套筒的组装和加固工作,选定合理的掘进参数,使整个接收工作安全快捷的完成。2.2 针对施工中的难题,一一制定应对措施,使其整个施工过程一次成型,安全、保质地实现了盾构安全接收工作。2.3 通过方案的优化比选,选择了合理的接收方案,取消了传统的地面加固方式,在提高接收安全性的同时,不仅降低了对周围环境的影响,而且降低了施工成本。另外
4、通过合理的技术措施控制使得整个施工过程成本低,安全系数高,经济效益好。3.适用范围3.适用范围本工法适用于区间隧道复杂环境的盾构接收工作。4.工艺原理4.工艺原理本工程盾构机接收工况复杂,主要包含以下几点:盾构井接收端头地质环境极差,盾构拱顶为饱和砾砂层,并且整个隧道处于地下水位以下;接收属于重叠接收,土体已经扰动一次。盾构拱顶管线繁多,极易受沉降影响。盾构机在以上工况下接收都极易造成大量涌砂涌水而导致的地面塌陷、接收姿态载头导致的管片变形,管线沉降大而引起的管线受损断裂。然而本工程中盾构机需在此复杂工况的前提下实现盾构的安全顺利接收。本项目针对以上难题,主要通过关键技术措施的钢套筒安装、接收
5、掘进参数的科学管理、辅助地面监测的实时跟踪反馈一一克服,形成技术总结。5.施工工艺流程及操作要点5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺5.1 施工工艺 2 左右线相隔 50 米,先后出洞接收,其接收施工工艺流程如图 5.1-1,示意如图 5.1-2所示。图 5.5-1 施工工艺流程图图 5.5-1 施工工艺流程图图 5.5-2 钢套筒接收示意图图 5.5-2 钢套筒接收示意图 5.2 操作要点5.2 操作要点 5.2.1 钢套筒制作与安装5.2.1 钢套筒制作与安装 1.钢套筒制作钢套筒主体部分总长 10900mm,直径(内径)6500mm,外径 6840mm,总重 111.83t。套筒共
6、分成三段标准段、一个后端盖和一个过渡环,每段 3300mm,每段又分为上下两个半圆。筒体采用钢板卷制而成。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度,如照片所示。每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰,采用法兰连接,用高强度螺栓连接紧固。另外,每节钢套筒分别于顶部设置 4 个起吊用吊耳,1 个直径 600mm 的加料口,底部设置 3个 3 寸的排浆管。钢套筒的制作由专业厂家负责,最终将验收合格的钢套筒运至施工现场。2.钢套筒的安装预埋件安装钢套筒的固定主要通过钢套筒与洞门钢环焊接、钢套筒底座与底板预埋钢板连接、钢套筒与反力架间的千斤顶连接以及底座四周临时增加的锚筋与底板间的连接四种方式
7、,在主体结构施工阶段,需要在主体结构底板上预埋钢套筒与底板的连接钢板及反力架钢板,根据钢套筒结构尺寸,钢套筒中心至钢套筒基座底部高度为 3390mm,即钢套筒中心至钢套筒基座底部(预埋件顶部)高度为 3390mm,在对应高度的平面上预埋钢板,具体见图 5.2-1、场地移交技术方案准备刀盘掘进至连续墙钢套筒制作主体结构施工(洞门钢环安装)钢套筒填料、加压并封闭检测盾构机掘削通过地连墙进入钢套筒盾尾补充注浆排空钢套筒中泥浆打开加料孔试水拆开钢套筒上半部吊出盾构机钢套筒安装反力架安装3 5.2-2。图 5.2-1 钢套筒与底板关系图图 5.2-1 钢套筒与底板关系图 图 5.2-2 钢套筒与底板预埋
8、件平面图图 5.2-2 钢套筒与底板预埋件平面图 预埋钢板采用 2cm 厚钢板,尺寸:1080*400mm(2 块),1580*400mm(2 块),900*400mm(2 块),400*400mm(4 块),锚筋采用 HRB335 直径 32 钢筋,锚筋与钢板的连接采用穿孔焊接,焊接满足规范要求,锚筋锚入底板内部 30d(960mm),锚筋布置在底座开孔位置,开孔四个角落各布置一根锚筋。根据目前洪湖站主体结构设计图纸,隧道中心线距离底板顶部高度为 3520mm,为保证预埋件的安装高度,需要将目前底板顶部高程增加 130mm(即保证预埋钢板顶部距离隧道中线的距离为 3390mm),现场须做好测
9、量放样工作,见图 5.2-3。4 图图 5.2-35.2-3 钢套筒与车站结构关系图钢套筒与车站结构关系图 钢套筒安装 总体安装顺序 过渡连接环(下半幅)吊装下井过渡连接环(下半幅)与洞门钢环焊接,与底板焊接第一节钢套筒(下半幅 A1)吊装下井第一节钢套筒(下半幅 A1)与过渡连接环(下半幅)螺栓连接,与底板焊接第二节钢套筒(下半幅 A2)吊装下井第二节钢套筒(下半幅 A2)与第一节钢套筒(下半幅 A1)螺栓连接,与底板焊接第三节钢套筒(下半幅 A3)吊装下井第三节钢套筒(下半幅 A3)与第二节钢套筒(下半幅 A2)螺栓连接,与底板焊接钢套筒 B-1 块吊装下井钢套筒 B-1 块与下半幅左侧套
10、筒及过渡连接环螺栓连接钢套筒B-2 块吊装下井钢套筒 B-2 块与下半幅右侧套筒及过渡连接环螺栓连接钢套筒 C 块吊装下井钢套筒 C 块与钢套筒 B-2 块、B-2 块及过渡连接环螺栓连接后端盖吊装下井后端盖与钢套筒 B-2 块、B-2 块、C 块及第三节钢套筒下半幅螺栓连接。对应编号见附图钢套筒组装标识图。主要安装要求 a、钢套筒连接螺栓为 M24*240mm(8.8 级),“”型密封圈,规格均为10mm,长度实配;b、根据钢结构工程施工质量验收规范规范要求,钢套筒安装完成结构尺寸偏差为3mm,接头错位3mm。c、钢套筒吊装 钢套筒单件最大重量为 21.05t,具体参数见表 5.1-1。表表
11、 5.2-15.2-1 钢套筒重量汇总钢套筒重量汇总 序序号号 名称名称 规格规格 数量数量 单重(吨)单重(吨)总重量(吨)总重量(吨)备备注注 1 1 BC 块 3240*9900 3 11.783 35.35 2 2 A 块 3390*7200*3300 3 21.0521.05 63.165 3 3 后端盖 6732*5420*500 一开二 4 4 过渡环 6732*3266*500 一开二 13.315 5 5 封头 6 6 合计 111.83 按照目前洪湖站东端施工场地情况,计划将钢套筒单件运送至洪湖站 D 出入口施工场地内,采用一台 XGC150 履带吊进行吊装,见图 5.2-
12、4。吊装参数选择:单件吊装最大重量:21.05t;作业半径:R=14m(围护结构外边至隧道中心距离)+2m(履带外边距离围护结构距离)+3.4m(转盘中心至履带外边距离)=19.4m20m,设备折减系数取 0.8;查 XGC150 性能参数表 4-2 知,当作业半径取 20m,主臂长度取 27m 时,起吊重量为 31t21.051.25=26.3t,设备满足要求。物件的调转采用 4 点吊装,吊点厂家在出场前已施作,在现场吊装时须做好物件的牵引稳固,钢丝绳的有效保护措施。5 表表 5.2-25.2-2 XGC150XGC150 性能参数表性能参数表 图图 5.2-45.2-4 履带吊摆放位置图履
13、带吊摆放位置图 d、钢套筒组装 钢套筒组装由厂家派专业技术人员进行现场指导,直至安装完成并验收合格为止;在螺栓紧固前,需要检查,确保密封胶条的正确安装,以免影响后期的气密性实验;钢套筒的移动采用 2 个 60t 液压千斤顶完成,一端利用型钢顶在基坑底板横梁上,另一端顶在钢套筒的平面位置,依次将下放的各段钢套筒沿隧道中心线向洞门方向平移,直至与前段钢套筒相接,并保持隧道中心线与钢套筒中心线不偏离。5.2.5.2.2 2 洞门破除洞门破除 6 在盾构机刀盘距离洞门 30m 时开始进行洞门破除施工,采用人工风镐从上至下、从中间至两边、分块、分层依次破除洞门外层 600mm 厚围护结构,根据现场实际情
14、况,须在洞门前搭设临时钢管脚手架,脚手架搭设为两排,搭设高度为 7.5m,脚手板铺设三层,满足操作人员操作。破除过程中配备专职安全员进行监督,杜绝安全事故的发生。破除顺序及施工平台搭设见图 5.2-5、5.2-6、5.2-7。12234567891010 图图 5.2-55.2-5 洞门破除示意图洞门破除示意图 图图 5.2-65.2-6 脚手架搭设正面示意图图脚手架搭设正面示意图图 图图 5.2-75.2-7 脚手架搭设侧面示意图脚手架搭设侧面示意图 5.2.5.2.3 3 后端盖安装及检测后端盖安装及检测 洞门破除完毕后,清理碎渣及套筒内部杂物,安装后端盖并进行密封性实验。后盖板由椭球盖和
15、平面环板组成,椭球盖采用厚钢板冲压加工制作,平面环板采用钢结构组焊而成,后盖板边缘设置法兰,与钢套筒端头法兰采用高强度螺栓连接紧固,内侧与椭圆封板的外侧采用高强度螺栓连接紧固,后盖平面环板与椭球盖外缘内外焊接成整体。见图5.2-8。7 图图 5.2-85.2-8 后端盖连接大样图后端盖连接大样图 钢套筒圆度 使用前对整体钢套筒的圆度进行检查,必要时由制造厂家进行检查,确保其圆度,避免盾构机进入钢套筒时与钢套筒间距不均,导致盾体与钢套筒碰撞使钢套筒发生位移变形等意外。钢套筒密封性 钢套筒分多块组成,各组成块之间均须加橡胶垫,对橡胶垫必须严格控制质量,防止损坏,或有漏洞,避免出现漏浆泄压。另外,钢
16、套筒各部件之间连接均采用螺栓连接,对螺栓连接面也应进行检查,对连接面出现变形或破坏的部位进行修复,避免出现漏洞。连接螺栓是保证各部分连接紧密的重要构件,使用前应确保连接螺栓质量和数量,保证各部分连接的强度。检查方法如下:钢套筒组装完成后,在筒体内加水检查其密封性,筒体中心位置水压为 0.3Mpa,若在 12小时内,压力保持在 0.28Mpa 上,则可满足钢套筒接收要求,如果小于 0.28Mpa,找出泄露部分,检查并修复其密封质量,然后再次进行试压,直至满足试压要求。钢套筒焊缝 钢套筒由钢板焊接而成,使用前必须全面检查钢套筒各个部位的焊缝,对有损伤的焊缝进行补焊,确保焊缝质量,保证整个钢套筒的整
17、体性。5.2.45.2.4 反力架及横撑安装反力架及横撑安装 反力架是用于给钢套筒整体提供反力的装置,反力架紧贴后盖平面板安装,冠球部分不与反力架接触。反力架是一“井”字结构型式,“井”字框架采用 500mm 的工字钢组焊而成,中间间隔增加钢板筋板。反力架采用左右分半的型式,中间用高强度螺栓连接紧固。反力架及端面连接如图 5.2-9 所示。图图 5.2-95.2-9 反力架与钢套筒连接示意图反力架与钢套筒连接示意图 8 反力架与后盖板相邻的一侧,设置加力顶杆(双向液压锁千斤顶 20 台),顶杆采用单独加工制作,顶杆与顶杆撑托配套加工制作,撑托底部是平面,与后盖板的平面相接触,增大了接触面积,而
18、且撑托内部与顶杆可以相对活动,撑托主要用于防止顶杆顶推过程中受力不均匀的情况。反力架与后盖板的关系图如图 5.2-10 所示。图图 5.2-105.2-10 反力架与后盖板的关系图反力架与后盖板的关系图 反力架的支撑:反力架上下位均布 4 根 10 寸钢管与洞口墙体顶紧,其中能够支撑在侧墙的一侧均布三根 10 寸钢管与结构侧墙顶紧,另一侧用两根直径 500mm 钢管做斜支撑。反力架斜撑安装好以后,需进行压紧螺栓的调整。安装好反力架后,分别上紧每个压紧螺栓,上紧时要对角上紧,保证后盖的均匀受力。每颗螺栓的压紧力要平均,上紧后用锁紧螺母锁住,这样能保证钢套筒在有水压时洞门环板处连接螺栓不受力。上紧
19、的过程中注意检查反力架各支撑是否松动,各段法兰连接螺栓是否松动。钢套筒安装完毕,检查确认后,即进行安装横向支撑。如图 5.2-11、5.2-12 所示,横向支撑采用 125H 型钢支撑在基坑侧墙结构上,支撑在侧墙的一端要加钢板封盖,保证支撑与侧墙的接触面积。坚向高度要求支撑在距离钢套筒托架底部 500mm 处。另外反力架也要安装横向支撑,上下共四根支撑,上部支撑在负三层结构上,避免反力架出现横向位移。9 图图 5.2-115.2-11 钢套筒横向支撑安装示意图(一)钢套筒横向支撑安装示意图(一)图图 5.2-125.2-12 钢套筒横向支撑安装示意图(二)钢套筒横向支撑安装示意图(二)5.2.
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