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“金蝉脱壳”------盾构机洞内脱壳解体拆除施工技术2017-11-06 15:43

    “金蝉脱壳”------盾构机洞内脱壳解体拆除施工技术

    赵洪岩

    (北京建工土木工程有限公司) 


        在地铁盾构施工中,盾构机从始发井向前掘进,到达接收井接收完成,然后在接收井正常解体,分体吊出,也就是说盾构机是无法也不能“走回头路”的。    北京建工土木公司承建的北京地铁14号线13标段,通过采取盾构机洞内脱壳解体拆除的方法,实现了盾构机在同一隧道口进出。以“金蝉脱壳”的形式让盾构机走了“回头路”。 

        1.工程概况

        北京地铁14号线13标段原本包括两站两区间,分别为北工大站(明挖法)、南八里庄站(缓建)、南八里庄站-北工大站区间(盾构法)和北工大站-平乐园站区间(暗挖法),全长2.4公里。其中盾构区间段右线长为1208.5米,左线长为1182.918米,盾构机从北工大站常规方式始发,因原定的南八里庄站缓建,盾构区间与相邻已建成的暗挖区间合并为一个区间,盾构区间与暗挖区间贯通段无修建接收井的条件,盾构机无法正常解体吊出,面对如此困境,建工土木公司与科研单位合作,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法,对盾构机洞内接收、拆解施工技术进行了深入、系统研究,确定方案为:暗挖接收,金蝉脱壳,即设置暗挖扩大端对盾构进行接收,在扩大端对盾构机进行洞内脱壳拆解后,水平运输至北京工业大学站始发井口吊出。

        2.“金蝉脱壳”施工技术方案

        盾构机是一种由机电、液压、传感、信息、及测量等多种技术集合而成的隧道施工设备,整个盾构机的完整性强,多种设备相互影响相互配合,各项设备的精度要求高。尤其在盾构隧道内拆解,作业空间有限,保证整个拆解过程合理、安全、有序,在最大程度上保证拆解下设备的完好性,拆解后的零部件进行再制造,使其可以再度利用,是盾构洞内拆解的关键。

        将盾构机整个拆解流程分为几大部分,分析每一部分的施工重点,合理安排拆除各个设备的先后顺序,确保拆除工作安全、快速、顺利的进行。对盾构设备拆除中难度较大,危险性较高的部件进行软件建模,模拟整个拆除过程,检验拆除方案的可行性。

        整体方案的主要施工步序,即第一步:暗挖扩大断面注浆加固、开挖初支及二衬等,二衬时预埋接收洞门钢环。第二步:接收端头洞内注浆加固。第三步:盾构机扩大段洞内接收。第四步:金蝉脱壳,拆除时保留盾壳,以盾壳为初支,壳内零部件及刀盘解体运出。第五步:在盾壳内模筑隧道二衬,将盾构隧道与暗挖隧道扩大端二衬连接。

     “金蝉脱壳”的主要施工步序:

    拆机工装设计制作准备      盾构机洞内接收     刀盘解体拆除     推进及铰接油缸拆除     台车桥架拆除      螺旋机拆除      拼装机拆除    中体结构拆除      主驱动拆除      前体结构拆除      拆除物件运出。

    金蝉脱壳过程中主要技术措施:①刀盘的拆除先将八个刀臂分别除成八块,然后拆除106颗刀盘螺栓,将刀盘中心件整体拆除,最重块重达23t,结构厚度大,切除量大,切除后水平移动困难,通过设计制作专用起升设备完成;②盾构推进油缸和铰接油缸的拆除,通过设计制作机械手完成;③螺旋机、拼装机拆除过程中垂直起升和水平移动难度大,通过设计制作门字吊架完成;④盾构前体拆除包括刀盘电机及减速机、主驱动、前体胸板结构及其他结构部件。主驱动单件重量30t,尺寸大,外形扁平,运输难度大。通过设计制作保护台架辅助完成。

        3、“金蝉脱壳”施工方法的难点和意义

       (1)“金蝉脱壳”施工方法有4个难点

         难点一:作为国内首次无专项设计盾构机洞内拆解,无可借鉴的施工经验,对于拆解过程中的每一步都要进行理论计算和设计模拟。并在实施过程中不断修正专项方案,以总结最佳施工方法。

         难点二:盾构设备复杂结构紧凑,各部分设备之间相互关联影响。各部分的拆除需严格安排工序,保证拆除施工合理、顺利进行。拆除时也需充分考虑盾构机后续的再制造恢复,最大程度保证盾构机拆除部件的完整性。

         难点三:隧道内拆除作业空间极其有限,盾构拆除各部分重量、尺寸大,不能使用常规的起重设备,需设计制作专用起重设备,焊接大量辅助吊耳进行吊装作业。

         难点四:由于盾构机新机制造时未作洞内解体专项设计,盾壳内绝大部分结构件只能破坏性切割,中体、前体结构等尺寸大,需进行大量气焊切割,危险性较大。同时作业空间小,通风困难,与电焊、气割量大,需要大量通风。

        (2)“金蝉脱壳”施工方法的意义

        意义一:随着社会的发展与人民生活水平的不断进步,城市轨道施工环境也日益复杂。通过本项目的施工和研究,总结出一套高效、经济、合理的盾构洞内拆解技术并形成工法,提高盾构施工适应性,提高地铁施工机械化水平。

        意义二:盾构洞内解体既让业主在高昂的拆迁费用面前有更好的选择,可以大幅缩减施工成本和工期,也可对人民生活环境、秩序的影响做到最小化。

    意义三:盾构法是隧道施工最安全、最高效的选择,许多隧道工程,由于不具备盾构接收及吊出条件,无法使用盾构,金蝉脱壳技术的成功,上述问题迎刃而解。

    意义四:本次金蝉脱壳的成功,一批自行设计制作的台吊架等专用起重设备成为洞内拆机的技术积淀,多种拆解技术得到成功应用,创造了一项行之有效的盾构机洞内解体工法。

        4、结语

    结合目前国内现状,该技术适用性较广,与传统地面征地开挖竖井接收整体吊出的方法相比,盾构机洞内解体相对经济,对现状交通及人民生活环境的影响做到最小,业主再面对类似困境时有了更多的选择。同时,此次采用“金蝉脱壳”的方法在洞内对盾构机进行解体拆除,从开始拆解到运出完成,单台约60天,总体感觉效率偏低,主要原因在于拆解过程机械化程度较低,手工气割和电焊等原始工艺占主导地位,与盾构施工的高效率、高安全性不协调,“金蝉脱壳”作为一种成熟工法还有较长的路要走。


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