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上海丰悦物流-苏州盾构机吊装方案

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作者:上海丰悦物流网址:http://www.fengyue56.com/col.jsp?id=112

上海丰悦物流有限公司-2016年承运中铁二局

苏州轨道交通土建工程Ⅲ-TS-09标

盾构吊装方案

编   制  人:                

审   核  人:                      

审   批  人:                

编制单位:上海丰悦物流有限公司

编制日期:二0一六年六月二十五日


目  录

一、工程概况   …………………………………………………….1

二、盾构机概况…………………………………………………..1

三、工作场地概况.…………………………………………….1

四、吊车工作位置………………………………………………….2

五、主要起吊部件尺寸和重量…………………………………….5

六、人员配备情况………………………………………………….5

七、吊装设备及工具验算………………………………………….6

八、重要吊耳的计算及焊接………………………………………8

九、场地准备……………………………………………………….11

十、人员教育培训………………………………………………….11

十一、  盾构机的吊装………………………………………………11

十二、  安全监测…………………………………………………..13

十三、  施工过程安全保证措施………………………………….13


盾构机吊装方案

一、工程概况

本工程是对本项目所用海瑞克Φ6280mm土压平衡式盾构机在苏州市宝带西路进行吊装,使用250吨履带吊机将有关解体部件从地面吊至井下组装。

二、盾构机概况

即将下井吊装的盾构机为德国海瑞克土压平衡式盾构机,出厂编号为S-356,盾体外径为6250mm,盾体长度为8500mm(由刀盘至盾尾),总装机重量约为500吨(含后续拖车)。

三、工作场地概况

1、吊装场地

盾构机吊装井平面位置示意图:

  

图1:盾构机吊装井平面位置示意图

2、工作井

盾构吊装位置为田贝站南端头。起迄里程ZDK11+374.8,亦作盾构吊装井,井口平面寸为7.5×11.5m,深度约17.5m。

3、地层岩性

始发端头洞底为11-1云开群全风化花岗片麻岩;洞身为6-3中密状残积碎石土,洞顶为6-2硬塑状或中密状残积土,距洞顶2.2m处有2.6m厚的3-3冲洪积中粗砂层,往上依次为3-1冲洪积淤泥层,1-1素填土层。

4、端头加固

始发端左线端头加固采用4排φ800钻孔桩,桩身为素混凝土。

地面硬化采用C30混凝土,混凝土厚度为200MM,硬化后的场地即可满足盾构机吊装使用。

四、吊车工作位置

本次吊装工作由经验丰富的力特工程机械吊装公司负责盾构机的吊装工作。

考虑的地基负荷安全性以及吊车的吊重能力,靠近吊装井的250T吊车履带外侧距离吊装井边缘的距离不小于1.5米。

从表二可以得知:盾构机最重部件为前体(110吨),此时250T吊车的工作半径为11米,由下图可见,当把盾体推至与吊机位置平齐时,吊机的工作半径约为9.2米,可以满足盾构机所有部件起吊。

图2:吊装井地质剖面图

图3:250T履带吊车工作位置图

表一、盾构机主要部件重量和吊机起重参数对比一览表

吊装井部件

吊机对应参数

备注

盾构机

部件名称

最大重量

(吨)

需要工作半径(米)

工作半径

(米)

起吊重量

(吨)

臂长

(米)


刀盘

55

8.16

8.5

115.4

24.4


前体

100

8.2

8

124.7

24.4


中体

100

8.2

8

124.7

24.4


后体

40

10

12.5

66.05

24.4


螺旋输送机

26

18

22

30.2

24.4


注:以上吊机数据由力特公司提供的美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表查得。

见附录:美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表

见附录:力特工程机械公司资质证书及本次吊装所需各种流动起重机检验报告(复印件)

场地地基承载能力验算

1.  验算依据

1)【翠竹站~田贝站盾构区间】吊装井结构图。

2)盾构机吊装机具清单。

3)美国“M250S-2”的250t履带式起重机的使用说明书。

2.  验算数据

Ø  盾构机主体

1)前体:重量100吨

2)中体:重量100吨

3)盾尾重量40吨

4)刀盘:重量55吨。

Ø  吊装设备

美国“M250S-2”的250t履带式起重机,吊机自重252t,履带宽度1.219,长度9.37m,两条履带外缘相距7.91m。

3.  吊机位置地面状况

在地表上铺设四块规格为2000mm×6000mm×20mm钢板,使履带受力均匀,通过钢板均匀扩散至深层地基土上。

4.  起吊时地基承载力验算(按最大件重量110吨计算)

4.1.计算依据:

1)盾构机吊装重量清单。

2)“M250S-2”的250t履带式起重机的使用说明书。

3)盾构机主体吊装三大件重量:前体重100吨,中体重100吨,刀盘重60吨。

4.2.吊装设备:一台美国“M250S-2”的250t履带式起重机,吊机自重250t,履带宽度1.219m,附地长度9.37m,两条履带外缘相距7.91m。

4.3.起吊时地基承载力验算(地基承载力按组装时最大重量计算,最大件前体重量100吨)

⑴ 吊机重量:    250t

前体重量:       100t

合计:           350t

⑵ 吊机下地基受力面积按履吊机履带下垫块面积计算:

   2m×6m×4=48m2

⑶ 地基承载力:350t/48m2=7.3t/m2

   该地基承载力可通过钢板均匀扩散至硬土土层上。

4.4.起吊时对地基承载力基本要求为:7.3t/m2,加上安全系数1.15倍后,地基承载力应为8.39t/ m2

田贝站始发端头洞底为11-1云开群全风化花岗片麻岩;洞身为6-3中密状残积碎石土,洞顶为6-2硬塑状或中密状残积土,距洞顶2.2m处有2.6m厚的3-3冲洪积中粗砂层,往上依次为3-1冲洪积淤泥层,1-1素填土层。

地层承载力特征值从上至下分别为:

3-1冲洪积淤泥层8.5t、3-3冲洪积中粗砂层19t、6-2硬塑状或中密状残积土26t、6-3中密状残积碎石土40t、11-1云开群全风化花岗片麻岩30t。

盾构机吊装之前,吊装时吊装场地施工四排φ800素混凝土桩。地面素填土曾经压实后进行混凝土硬化。

综上所述,地基承载力可满足吊装承载力要求。

五、主要起吊部件尺寸和重量

表二:主要起吊部件尺寸和重量数据一览表

序号

构件名称

长(m)

宽(m)

高(m)

重量(吨)

1

刀盘

6.28

6.28

2.50

60

2

前体

6.25

6.25

3.04

100

3

中体

6.24

6.24

3.00

100

4

后体

6.23

6.23

3.70

40

6

螺旋输送机

12

1.2

1.2

26

7

安装器

2.5

3.7

4.6

9

8

安装器导轨

4.3

2.25

1.70

6

9

连接桥

12.5

4.3

3.675

10

10

1#拖车

10.4

4.25

4.385

23

11

2#拖车

12.3

4.25

4.385

45

12

3#拖车

8.73

4.25

4.385

23.5

13

4#拖车

8.73

4.25

4.385

25

14

5#拖车

13.40

4.25

4.385

20.3

六、人员配备情况

为确保盾构机吊装工作的安全有序和高效稳妥,由本项目部的项目机电部和工程部全面协调各个吊装环节的工作,具体人员配备安排如下:

表三: 吊装人员配备表

序号

岗 位

人数

备  注

1

机电工程师(机械、电气)

6


2

安全员

1


3

机修工

6


4

电工

5


5

焊工

6


6

杂工

5


7

起重吊装工

5


8

起重司机

6


9

汽车司机

5


10

测量人员

2


本次吊装以力特公司人员为主,项目部人员配合。

见附表: 力特吊装人员资质名单

七、吊装设备及工具验算

1.吊机选择

该盾构机尺寸大,重量大。盾构机需要分件吊装,散件的尺寸较大。盾构机总重约500吨,经分解后,最大块重约100吨。由于现场的施工场地复杂,施工工艺繁多,综合考虑吊机的起吊能力和工作半径,采用250t履带式液压吊机,单独对大型设备进行吊装。

因此选用美国“M250S-2”的250t履带式起重机1台,采用锤头式吊杆,配备24m吊杆。

2.选用钢丝绳、卸扣的依据

力特吊装公司根据美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表及多年经验,将吊臂安全系数定为2.5。故以下钢丝绳、卸扣的选用时,按安全系数大于2.5作为依据。

3.钢丝绳选用

(1)前体、中体、后体、刀盘

盾构机的前体、中体、后体是四个吊点;刀盘是二个吊点。

盾构机的前体、中体、后体钢丝绳的选用按盾构机的前体考虑,构件重100t,采用四个吊点,每吊点为27.5t,应选用抗拉强度为170kg/mm2,D=65的6×37钢丝绳,其破断拉力为266.5t。安全系数K=266.5/27.5=9.7,远大于2.5,满足施工要求。

盾构机的刀盘构件重60t,采用二个吊点,每吊点为28.35t,应选用抗拉强度为170kg/mm2,D=65的6×37钢丝绳,其破断拉力为266.5t。安全系数K=266.5/28.35=9.4,远大于2.5,满足施工要求。

(2)螺旋输送机、安装器、拖车

螺旋输送机、安装器二个吊点,拖车四个吊点。

盾构机的螺旋输送机、安装器钢丝绳的选用按最大重量26t,均采用二个吊点考虑,每吊点为13t,因此选用抗拉强度为170kg/mm2,D=39的6×37钢丝绳,其破断拉力为95.95t。安全系数K=95.95/13≈8,远大于2.5,满足施工要求。

盾构机的拖车钢丝绳的选用按盾构机最重的的2#拖车考虑,构件重25t,采用四个吊点,每吊点为6.25t,因此选用抗拉强度为170kg/mm2,D=39的6×37钢丝绳,其破断拉力为95.95t。安全系数K=95.95/6.25=15,远大于2.5,满足施工要求。

4.卸扣选用

(1)前体、中体、后体、刀盘

盾构机的前体、中体、后体采用四个吊点起吊,刀盘采用二个吊点起吊。

盾构机的前体、中体、后体起吊用卸扣按盾构机最重的前体的重量进行选用。构件重110t,采用四个吊点,每吊点为27.5t,选用美式弓型2.5寸卸扣,卸扣采用合金钢轴经过锻造及热自理调质处理,卸扣直径为69.85mm,破断负荷为135t, 安全系数远大于2.5满足施工要求。

盾构机的刀盘构件重56.7t,采用二个吊点,每吊点为28.35t,同样选用美式弓型2.5寸卸扣, 破断负荷为135t,安全系数远大于2.5,满足施工要求。

(2)螺旋输送机、安装器、拖车

螺旋输送机、安装器采用二个吊点起吊,拖车采用四个吊点起吊。

螺旋输送机、安装器卸扣的选用均按最重的螺旋输送机重量作为工作负荷考虑,构件重26t,采用二个吊点,每吊点为13t,应选用美式弓型1.5寸卸扣,卸扣采用合金钢轴经过锻造及热自理调质处理,卸扣直径为52mm,安全负荷为17t,大于13t,满足施工要求。

拖车起吊用卸扣的选用按最重的的2#拖车考虑,构件重25t,采用四个吊点,每吊点为6.25t,应选用美式弓型1寸卸扣,卸扣采用合金钢轴经过锻造及热自理调质处理,卸扣直径为52mm,安全负荷为17t,大于6.25t,满足施工要求。

5.其它工具及设备

各种专用工具和量具,100吨液压千斤顶2台和液压站,焊接、气割等设备。

表四:工具清单

序号

名称

规格

数量

备注

1

直流焊接

CO2焊机

2


ZX630

1


2

焊条烘干机


1


3

气割枪


2

含气管、氧气、乙炔等

4

空压机

0.7Mpa可移动式

2

电动

5

手扳葫芦

1~2T

6


6

拉链葫芦

1~2T

8


5T

4

10T

4

7

千斤顶

1~30T

每规格各2个


8

推力油缸

100T

2

并配液压站和油管20m

9

气动扳手


1

可用于最大M42螺栓

10

其他常用电工、机修工工具


3


11

钢丝绳吊索

φ12,L=1~2米

6


φ16,L=1~2米

6

φ16,L=3米

4

φ20,L=4米

4

φ20,L=6米

2

八、重要吊耳的计算及焊接

1吊耳准备

盾体重要部件起吊用的吊耳共14个。吊耳采用16Mn热轧厚钢板气割制成,各吊耳尺寸及焊接坡口详见附图。

2、吊耳承载能力计算

根据相关资料查知,16Mn热轧厚钢板(δ>40mm)的抗拉强度系数为:σb=470MPa,即47Kg/mm2

(1)刀盘吊耳承载能力

由刀盘重量:56.7t,刀盘吊耳数量:2个,焊缝面积:S=50mm×300mm=15000mm2得:

每个吊耳的承载能力为:F=σb×S=705t>T=56.7/2,满足要求。

图4、5、6、7、8、9等相关参数的说明:

4  吊耳位置示意图       5 吊耳受力示意图      6 焊缝允许最大弯矩

        

7 刀盘吊耳尺寸图(2个)         8 前、中体吊耳尺寸图(4×2=8个)

9  后体吊耳尺寸图(4个)

刀盘/后体、前中体使用的钢丝绳长度分别为6米、10米;β-两吊耳钢丝绳之间的夹角;T-钢丝绳总承载力;T1-水平方向的分力;M-外力产生的弯矩;M-吊耳焊缝允许最大弯矩;A-A截面-受力最小截面;O点-受力最不利支点;

根据相关资料查知:M=T1×h (h-吊耳高度);M=1/2×δ2×l×σb(δ-吊耳厚度、l-吊耳长度);参考图7、8、9以及附图SPDC-01可以得出:

M=0.38t.m    M=1.7625 t.m    M <M满足要求。

(2)前、中、后体吊耳承载能力计算

通过刀盘吊耳承载能力的计算,同理可以计算前、中、后体吊耳承载能力结果如下表:

表五

项目

F(t)

T(t)

是否满足

M(t.m)

M(t.m)

是否满足

前体

1128

27.5

满足

4.512

0.323

满足

中体

1128

23.75

满足

4.512

0.2786

满足

后体

564

10

满足

1.128

0.196

满足

3、吊耳的焊接

(1)焊前准备

l  将各吊耳的焊接坡口及盾体上吊耳点的焊接表面采用砂轮机认真打磨除锈,务必露出金属本色,以保证焊接质量。

l  焊接材料是决定焊接质量的主要因素,焊接材料选择根据16Mn的力学性能、化学成分、接头钢性及坡口形式和使用要求选取507焊条。

(2)焊接工艺:

l  采用手工电弧焊或二氧化碳气体保护焊。

l  施焊前,应检查坡口组对质量,如发现尺寸超差或坡口及其附近有缺陷,应处理后放可施焊。

l  焊工在施焊过程中必须严格监测和控制预热温度。

l  严禁在非焊接部位的母材上引弧,试电流及焊接临时支架。

l  双面焊的焊缝,焊接方法采用双面循环,做到彻底清根除渣,保证整体焊透。第一道缝必须完全清楚。

l  多层多道焊时,将每道的溶渣、飞溅仔细清理,自检合格后,方可进行下一道焊接。焊缝的表面尽可能平滑,咬边、焊瘤、焊趾过度角过大的部位要用细纱轮仔细打磨,使表面光滑平整。

l  由于特殊原因中途停焊时,应立即进行后热保温,再次焊接时应全部进行预热后方可按原焊缝要求进行焊接。

l  焊件矫形应用机械方法进行,不得热矫形。

l  消除焊接应力,采用加热到250300后热方法,保温1.2h1.8h,分阶段降温方法

l  焊缝焊后,首先进行外观检查。外观检查合格后方可进行内部质量检查,内部质量无损检查在焊缝焊完48h后进行。

l  焊缝外观质量及内部质量检查按GB33231987《钢熔化焊接对接接头射线照相和质量分级》、GB113451989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》、JB39651985《钢制压力容器磁粉探伤》等规范要求进行。

(3)手工焊如果出现了问题就要进行修补,修补注意如下几条:

l  焊件表面被电弧、碳弧气刨等损伤处必须用砂轮打磨、平滑过度,然后应进行渗漏或磁粉探伤。打磨深度超过板厚10%或大于2mm时,应进行焊接修补。

l  焊缝内部超标缺陷,表面裂纹修补前,应分析原因,指定切实可行的修补方案。

l  局部焊缝修补时预热应在修补处四周15mm范围内进行,预热温度控制在120170ºC

l  焊缝缺陷可用碳弧气刨,砂轮机打磨方法清除,不允许用电弧或气刨火焰熔除,用碳弧气刨清除后再用砂轮机清除渗碳层。焊缝缺陷清除后,不允许有毛刺和凹痕,坡口底部应圆滑过渡。

l  焊缝缺陷修补施焊与原焊缝相同,焊接修补后要后热,后热温度与原焊缝相同。

l  缺陷修补只允许一次,同一部位修补超过一次应经焊接技术负责人研究批准后方可进行。

l 修补后按原焊缝的质量要求,检查方法对修补处及其附近进行100%检查。其中内部质量检验应再修补完成48h后进行。

表六:焊机类型

焊条牌号

507,Φ3.2或Φ4.0。如采用CO2保护焊,则使用焊丝。

焊接电流强度

160180A

电流种类与极性

直流反接(工件接电源负极,焊条接电源正极)

吊耳的焊接位置

详见示意图。

电弧电压

2024V(供手弧焊参考)

焊接速度

140160mm/min(供手弧焊参考)

九、场地准备

1、  根据250吨吊车的位置,吊装井进洞端头周围的材料要清除干净。

对250吨吊车的支承面进行处理,具体做法是平整该处场地,在地表上铺设四块规格为2000mm×6000mm×20mm钢板,使履带受力均匀,通过钢板均匀扩散至深层地基土上。

2、  吊装井口范围地面铺设钢板作为接收托架滑移载体,钢板采用膨胀螺栓固定方法,使其同地面固接牢靠,防止接收托架侧移时钢板同时滑动。

十、人员教育培训

1、认真阅读拆卸方案有关技术资料,核对构件的空间就位尺寸和相互的关系,掌握结构的高度、宽度,构件的型号、数量、几何尺寸,主要构件的重量及构件间的连接方法及拆卸断点位置。

2、熟悉吊装场地范围内的地面、地下和高空的环境情况。

3、了解已选定的起重、运输及其它机械设备的性能及使用要求。

4、进行认真细致的方案和作业技术交底。

5、各处油管接头的包扎保护知识和规定。

6、一般安全常识和特定工件拆卸、吊装中的特别安全注意事项教育。

十一、   盾构机的吊装

1.吊车安装及就位:

按照规定位置安装并停放好250吨吊车,按照前述要求在250吨吊车履带位置下面铺设四块规格为2000mm×6000mm×20mm钢板,增加承重面积。

2.接收托架安装及就位

(1)按照盾体进洞位置的测量结果调整接收托架的中心线和导轨的高度,安装好接收托架并至正确的位置。

(2)固定接收托架。

3.连接桥及后续台车吊装

(1)分别将5#~1#台车、连接桥垂直吊装至接收托架,再移至车站站台内。

(2)连接桥前端用支撑撑在管片板车上,移至站台内。

4.前盾(φ6250×2200、83.5t)

前盾吊装机型选用250t履带式液压吊机,吊机通过旋转、起落臂杆把中体吊到前端井边1m处,吊机缓慢将中体放下井去,放在始发台中前部。

5.中盾(φ6240×3440、86.5t)

中盾包括中部盾壳、铰接千斤顶、推进千斤顶及支撑。中盾吊装机型选用250t履带式液压吊机,吊装方式与前盾相同。缓慢将中盾放在始发台上,并推向前盾,与前盾进行连接。

6.刀盘(φ6300×1500、58t)

刀盘在井上安装初装盘形滚刀重约60吨。刀盘起吊也需采用抬吊方式翻转刀盘。利用一台250吨履带式吊机将刀盘竖直吊稳。吊机把刀盘吊到前端井边1m处停止,再垂直吊下竖井。刀盘下井后,将其慢慢靠向前体,螺栓孔位完全对准后,再穿入拉伸预紧螺栓,按拉伸力由低到高分两次预紧螺栓。预紧完毕后,再用预紧专用工具复紧一遍。

7.安装机以及行走梁(4670×4060×3200、22.5t)

安装机及行走梁在地面组装好,并作固定后整体下井。利用一台250吨履带式吊机把安装器及安装器导轨平衡吊起,安装器及安装器导轨应呈水平。吊机将安装器及其行走梁吊到中盾处缓慢放下与盾体相连。

8.螺旋输送机(12000×1800×1600、24.4t)

用250t的履带式吊机吊装螺旋输送机,用多个手动葫芦调整安装。

9.盾尾(φ6240×3930、26.4t)

后体顶部的吊环由250吨履带式吊机吊稳。250吨履带式吊机将后体缓慢地放在始发架后端。将盾尾前移并与中盾相连接。

10.盾构机吊装注意事项

1、所有液压球阀打到关闭状态。

2、已拆各种管线及电缆必须做好接头标识。

3、用油管堵头油管接头进行封堵。

4、如果油管悬空长度较长,应尽量将其绑扎好并固定在靠近的钢结构上。

5、其它如水管、油脂管、发泡剂管等应用塑料袋绑扎保护。

十二、   安全监测

1、吊装期间安排,安排专职的测量人员每天监测盾构吊装井吊机位置的位移和变形情况,根据起吊情况,进行加密测量,发现情况及时报告,并采取相应的措施。

2、安排专职的安全员进行吊卸现场安全巡视,发现隐患,及时整改,确保安全有序的进行。

十三、   施工过程安全保证措施

1、进入施工现场必须戴安全帽,高空作业人员应佩戴安全带。

2、特种作业人员必须持证上岗,施工前安全检查员应组织有关人员进行安全交底。

3、吊机、拖挂机车行走路线应平整压实,基坑回填的地方应铺设20毫米厚钢板。

4、双机抬吊时要根据起重机的起重能力进行合理的负荷分配,并在操作时统一指挥,互相密切配合,整个抬吊进程两台吊钩应基本保持垂直状态。

5、指挥人员应使用统一指挥信号,信号要鲜明、准确,吊机司机应听从指挥。

6、开工前应检查工具、机械的性能。防止绳索脱扣、破断。

7、各件构件的吊装方法均为双机抬吊,因此根据实际情况,采用4点起吊(每台吊机2点),选用的4条钢丝绳长度必须一致,严禁有长短不一,以负起吊后造成构件扭曲变形。钢丝绳长度应与构件的夹角为70°,大大减少了构件的压应力。

8、各构件起吊后应呈水平。

9、各构件移动时应小心移动,速度应缓慢,以免损坏盾构机。

10、高空作业人员切勿急于求成,用力过猛,严禁向下丢掷工具。

11、在井下施工时应设置足够灯光,施工的需要。

12、注意井口安全施工。

13、吊装盾构机时设置施工禁区,防止闲杂人员进入。

附录1:美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表

附录2:美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表

附录3:美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表

附录4:力特工程机械公司资质证书(复印件)

附录5:力特工程机械公司50t流动起重机检验报告(复印件)

附录6:力特工程机械公司150t流动起重机检验报告(复印件)

附录7:力特工程机械公司260t流动起重机检验报告(复印件)

附录8:力特工程机械公司吊装技术人员特种工作证(复印件)

上海丰悦物流有限公司

   盾构机吊装方案

〇一六年六月二十五日


附录2:美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表


附录3:美国“M250S-2”的250t履带式起重机的机械性能表