《地铁盾构支洞步进技术》 中铁隧道集团有限公司 .ppt

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1、地铁盾构支洞步进技术 中铁隧道集团有限公司 2011 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室2一、引言二、工程概况三、步进始发及准备四、步进关键技术五、步进参数计算六、步进效果七、结论与讨论目 录盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室3一、引言一、引言盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室4 随着我国科学技术水平的发展和综合国力的提高，基础建设得到质的飞越，地铁、过

2、江、过河、过海等铁路公路隧道都能看见盾构和TBM施工的身影，盾构法施工已经逐渐成为地铁区间施工的主导时代。以往的盾构施工中均以车站配始发井、端头始发井、始发井配盲洞或导洞施工；由于重庆地理位置比较特殊，这种常规施工法难以满足要求，因此，采用支洞步进正线始发成为优选方案。盾构始发前，主机洞外组装后小曲率半径、长距离步进、正线组装始发施工，在我国地铁施工史中尚属首次。盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室5二、工程概况二、工程概况盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室6 重庆地铁6号线支线工程礼嘉站-平场站区间和平场站-黄茅平站区地理位置特殊，属典型的丘陵山区，

3、地表起伏较大，车站和区间埋深较大，线路平面为“S”型，曲线半径分别为R=650m、R=700m最大纵坡为29，最大埋深60多米；全线总长12Km，包括5座车站6个区间和1座中桥，全线区间隧道采用钻爆法+盾构法施工，其中礼嘉站-平场站区间和平场站-黄茅平站区间采用盾构法施工，盾构开挖直径6.28m，管片外径6m内径5.4m，其它区间采用钻爆法施工。盾构采用支洞步进、正线组装、调试和始发,采用有轨运输出碴进料。1、2号盾构由1号施工支洞步进进入正盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室7线，支洞长470m，曲线250m，20下坡；3、4号盾构由3号施工支洞步进进入正线，支洞长420

4、m，曲线150m，20下坡。盾构施工平面示意图如下：平面示意图平面示意图3号 盾 构4号 盾 构3号 支 洞1号 支 洞2号 支 洞2号 盾 构1号 盾 构盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室8三、步进始发及准备三、步进始发及准备盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室9(一)步进始发流程前期准备盾构主机组装盾构主机步进后配套步进整机组装调试始发验收、始发洞门密封安装洞外门吊组装图图1 1 始发流程图始发流程图盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室10(二)前期准备 根据盾构设备的特殊性，为快速、优质、高效完成盾构组装工作，组装前必须完善前

5、期的各项准备工作，主要包括：人员、场地、风水电、材料、工具及设备。盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室11(三)步进准备 盾构步进前的准备工作，除相关人员外包括：洞内场地准备，推力装置的设计和选型，辅助设备及材料等，洞内场地准备包括：底板的清理和整平、轨枕和钢轨的铺设，洞内轨枕、钢轨铺设示意如图2。推力装置的设计和选型：主要依据所需推力和速度进行设计和选型。辅助设备及材料包括：焊割设备、冲击钻、膨胀螺栓、钢板等。盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室12图图2 2 洞内轨枕、钢轨铺设示意图洞内轨枕、钢轨铺设示意图盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国

6、家重点实验室13四、步进关键技术四、步进关键技术盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室14 步进前应先将步进的两个80t步进油缸及反力座安装好，再将泵站、油管及油缸连接好并安装到位，启动泵站依次开启两边步进油缸使其靠紧步进小车，再根据需要同时或单独开启两边的步进油缸，使油缸伸出顶推步进小车并带动主机前移；根据线路曲线走向控制油缸伸缩速度及伸缩量，以便于盾构主机沿设计轴线步进。由于市场无法提供80t的防爬器作为油缸反力座，同时钢轨面上又不便安装或焊接反力座，经多(一)主机步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室15次反复试验和改进，开发了利用钢轨及辅助构件提

7、供反力的装置，经过前后四台盾构步进得到极好的应用和验证，并取得了良好的效果，同时也降低了施工成本；固定板及反力座如图3，中间夹板如图4。图图3 3 固定板及反力座固定板及反力座 图图4 4 中间夹板中间夹板(一)主机步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室16 步进原理：第一个循环开始，步进油缸伸出与步进小车接触，在推力的作用下主机随步进小车向前步进，直至步进油缸伸缩至要求位置则完成第一个步进循环，步进循环如图5；松开钢轨上面的固定板（反力座）处固定螺栓，将上部钢轨向前移至合适位置，然后再将上部螺栓安装好，根据固定板与油缸距离增设或调整中间夹板，夹板间离一般为1000mm并

8、左右安装一个，以防止上部钢轨受力变形发生危险，并影响盾构主机的正常步进。待钢轨及(一)主机步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室17固定板安装好后即进行第二个循环的步进，步进循环如图6，如此重复以完成主机的整个步进工作。以往的施工案例中，出现的盾构步进主要用于短距离过站、正线始发导洞步进，步进距离小，且均以直线为主，工序简单、难度较低。车站过站时均以铺设钢板配合液压油缸或卷扬机进行步进；正线导洞步进时均以导轨梁或导轨台配合推进油缸进行步进。(一)主机步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室18图图5 5 第一个步进循环第一个步进循环盾构及掘进技术国家重

9、点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室19图图6 6 第二个步进循环第二个步进循环盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室20 步进过程中主机偏离预计中心线是不可避免的，重要的是及时发现，并及时纠正。经平时的总结及现场的具体情况，纠偏的方法主要有以下三种方法：第一种：利用单边的步进油缸在步进过程中纠偏，这种方法只适合偏移量较小时；纠偏时根据调整方向选择单边油缸动作，另一边油缸停止或慢伸，以期达到纠偏目的。第二种：利用步进油缸在小车的前后两端对角顶推小车以改变小车方向，顶推前需对小车移动范(二)步进纠偏盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室21围内的轨枕及钢轨进行

10、固定或加固，以防止钢轨侧翻发生危险。第三种：在主机侧面用液压油缸或千斤顶纠偏，利用边墙或地锚提供反力在主机侧面顶推步进小车进行纠偏，顶推前需对小车移动范围内的轨枕及钢轨进行固定和加固，以提供足够的轨枕与地面摩擦力。总之，在具体操作时可将第一、二种方法结合使用，如果第一、二种方法达不到纠偏目的时，可(二)步进纠偏盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室22用第三种方法。实际工作中根据现场需要合理选择，本工程盾构主机步进工作中三种纠偏方式均得到了很好的应用，效果也比较理想。(二)步进纠偏盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室23 由于步进时小车下面铺设的轨枕和钢轨

11、影响小车的定位和固定，故主机步进到位后，立即开展步进小车下轨枕及钢轨的取出和主机始发位置的定位和固定，利用4个200t油缸将主机及步进小车抬升，抽出底部钢轨及轨枕，根据测量技术交底对小车及主机进行定位。(三)步进到位盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室24 在洞内各种轨枕及钢轨铺设完毕并加固完成后立即进行后配套拖车步进工作，在拖车上加装一个横梁用于牵引的装置，利用电机车直接将1号拖车和设备桥牵引至设备桥前端安装位置，利用支洞顶预埋点或盾尾上焊接的吊点将设备桥与主机连接，再将其它后配套拖车牵引到位；3号支洞由于转变半径太小而无法将后配套拖车整体牵引到位，必须分节为单位进行牵引

12、，在三岔口将设备桥与1号拖车拼装到位再进行依次安装，1号支洞转变半径达到盾构设计半径要求，可以直接整个后配套拖车牵引到位。(四)后配套步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室25标准轨枕 用于主机步进时所设计轨枕的尺寸均满足后配套拖车及电机车钢轨的铺设和通过要求，故后配套拖车钢轨不需再行铺设，只需移铺外侧钢轨放入电机车轨线位置即可，铺设示意图如图7。(四)后配套步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室26图图7 7 机车及拖车钢轨铺设示意图机车及拖车钢轨铺设示意图盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室27变坡轨枕 由于隧道设计及施工便利

13、，始发位置与后配套拖车处于同一水平面，由于盾构设计要求后配套拖车水平面与始发架位置需有一定高度差，故此时需进行一定处理将后配套拖车抬高到要求位置，根据高差、快捷、成本要求此处选用型钢加工字钢结构，并按一定坡度进行铺设调整，直至第一节拖车前端行走钢轨达到设备设计高差要求，变坡坡度如图8，结构示意如图9。(四)后配套步进盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室28图图9 9 变坡轨枕示意图变坡轨枕示意图图图8 8 变坡示意图变坡示意图盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室29五、步进参数计算五、步进参数计算盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室3

14、0盾构主机重量确定根据盾构设计参数，主机组装好后总重约330t，外加步进小车及钢板约20t，则需总步进重量取G=350t。(一)主机推力、阻力计算主机步进阻力主机步进阻力按下式计算：f=Ncos 式中：-动摩擦因数，钢与钢之间的摩擦系数无润滑0.15盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室31 N-为正压力 坡度夹角，此方案中tan=0.02则理论推力为：f=Ncos=0.153500.999=52.4t 实际推进过程中，因为钢板的变形、地面不平整等原因造成磨擦力的增加，按安全系数2.0考虑，则：f实际=52.42.0=104.8t(一)主机推力、阻力计算盾构及掘进技术国家重点

15、实验室盾构及掘进技术国家重点实验室32推进油缸选择 根据现场实际步进距离较远，且线路曲线半径较小，为减少油缸的移动次数及调向，此处取油缸伸缩量为1000mm。(一)主机推力、阻力计算结论 根据以上计算，选择2个80t油缸满足推力要求。盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室33 根据现场实际步进情况，底部钢轨移动前只要满足以上的重物不接触就可以移动的要求，故顶升油缸的伸缩长度要求不大，此处取油缸伸缩量为200mm。考虑顶升主机时的平衡和重量，故选择四根油缸同时顶升主机。根据以上的分析可知，当考虑泵站能力及油缸性能，按安全系数2.0考虑，选择4个200t油缸满足顶升要求。(二)主

16、机顶升力计算盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室34六、步进效果六、步进效果盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室35 投入本工程的1、2号盾构，于2010年8月28日主机步进，采用的步进顺序为2台主机同时步进再一起步进拖车，由于开始经验的不足，施工时间较长，两台步进到位总耗时23天。3、4号盾构，于2010年10月23日主机步进，在总结1、2号盾构的步进经验后，步进顺序调整为1台主机随对应拖车步进，3号盾构耗时14天步进到位，11月20始发。4号盾构10月27日开始步进，11月30日始发。盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室36七、结论与讨论七、结论与讨论盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室37根据实际施工情况，超越以往盾构主机步进方法，延伸为钢轨直推法；大坡度小半径长距离盾构步进方法，比较适合车站或始发井施工较难工程施工；经过经验积累，为以后的同类工程施工提供有力的保障；突破常规地铁盾构施工始发技术。步进反力座的形式有待提高，快速的安装装置有待进一步研究和开发。盾构及掘进技术国家重点实验室盾构及掘进技术国家重点实验室38