地鐵窄盾構(gòu)井傾斜下吊軌排施工方法及吊裝裝置研究

車彥海,楊寶鋒

(中鐵一局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司,陜西咸陽 712000)

在地鐵建設(shè)施工中常采取鋪軌基地內(nèi)釘聯(lián)軌排,再通過門吊等起重設(shè)備將其吊裝到站臺(tái)天窗口或明挖豎井口、盾構(gòu)井口上方,然后下落至運(yùn)輸設(shè)備上的施工方法。實(shí)際在地鐵施工中使用的下料口很多小于25 m,無法直接下落25 m標(biāo)準(zhǔn)軌排。所以現(xiàn)在經(jīng)常采用吊點(diǎn)置換式鋼軌下吊施工方法,即利用吊軌卡卡住單根鋼軌下洞,在洞內(nèi)進(jìn)行軌排釘聯(lián)或者將標(biāo)準(zhǔn)25 m鋼軌鋸成12.5 m短軌后釘聯(lián)成短軌排的方案來施工,但是工效低，作業(yè)量、運(yùn)量、焊接量大,目前的軌排吊裝裝置均無法在窄盾構(gòu)井口或豎井口實(shí)現(xiàn)軌排直接吊裝到位,且常用吊軌鉗在軌排傾斜后無法轉(zhuǎn)動(dòng),易滑脫。

本文通過對城市地鐵窄盾構(gòu)井傾斜下吊軌排施工方法總結(jié),設(shè)計(jì)出一種新型的軌排傾斜下吊吊裝裝置,并改進(jìn)了軌排傾斜下吊的施工方法。該方法解決了傳統(tǒng)軌排吊裝裝置無法在窄盾構(gòu)井處實(shí)現(xiàn)軌排直接吊裝到位的難題,在保證施工安全的情況下,提高了地鐵施工中軌排釘聯(lián)和運(yùn)輸?shù)男?也解決了利用短軌排法施工所帶來的焊軌接頭增多、打磨量大等弊端,能有效地降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、較大幅度的提高施工進(jìn)度,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

1 吊點(diǎn)置換式鋼軌下吊施工方法

1.1 作業(yè)流程

作業(yè)流程如圖1～圖4所示。

(1)選擇盾構(gòu)井,通過滾筒及雙葫蘆龍門吊牽引配合,將長25 m鋼軌拖吊入雙葫蘆龍門吊吊梁下；

(2)分別在鋼軌上安裝主吊軌卡及分吊軌卡,將雙葫蘆龍門吊雙葫蘆上的吊鉤分別掛在2個(gè)主吊軌卡上,雙葫蘆龍門吊行駛至盾構(gòu)井上方位置,使主吊軌卡處端的鋼軌距盾構(gòu)井一端井壁保持一定距離；

(3)雙葫蘆龍門吊控制2個(gè)主吊軌卡協(xié)調(diào)作業(yè),使與其掛接的鋼軌右端頭進(jìn)入盾構(gòu)井右側(cè)的二層站廳；

圖1 右向滑移鋼軌掛接位置示意

(4)二層站廳中的單龍門吊與分吊軌卡掛接,雙葫蘆龍門吊控制主吊軌卡配合二層站廳的單龍門吊將鋼軌下放至二層站廳平面,同時(shí)雙葫蘆龍門吊與主吊軌卡分離；

圖2 鋼軌進(jìn)入二層站廳位置示意

(5)雙葫蘆龍門吊控制主吊軌卡配合二層站廳的單龍門吊同時(shí)作業(yè),使與其掛接的鋼軌左端頭進(jìn)入盾構(gòu)井鋪軌隧道；

圖3 左向滑移鋼軌掛接位置示意

(6)當(dāng)鋼軌左端頭進(jìn)入鋪軌隧道時(shí),雙葫蘆龍門吊與主吊軌卡分離,單龍門吊與分吊軌卡分離,雙葫蘆龍門吊與主吊軌卡掛接,鋪軌隧道內(nèi)的單龍門吊與分吊軌卡掛接,起升單龍門吊及雙葫蘆龍門吊控制主吊軌卡,使單龍門吊與鋼軌分離,雙葫蘆龍門吊控制主吊軌卡與單龍門吊配合作業(yè),左向滑移下落鋼軌,直至鋼軌下落至鋪軌隧道內(nèi)。

圖4 鋼軌進(jìn)入鋪軌隧道位置示意

1.2 施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)吊點(diǎn)置換式鋼軌下吊施工方法的優(yōu)點(diǎn)

地鐵軌道一般穿越人口密集的繁華鬧區(qū),由于受鬧市區(qū)環(huán)境和場地的限制,很難滿足焊軌基地占地面積的要求,尤其對于人口高度密集的發(fā)達(dá)城市,更難滿足焊軌基地設(shè)置要求。針對這種情況,目前普遍采用的方法：一是在距離施工地點(diǎn)較遠(yuǎn)、地鐵穿越的郊區(qū)建立鋪軌基地,另一種方法是在人口密集的市區(qū)通過拆除現(xiàn)有建筑物以滿足鋪軌基地占地面積的要求。然而這2種方法均存在很大的弊端和不足：第一種方法的實(shí)現(xiàn)必須是地鐵穿越郊區(qū),且郊區(qū)有足夠的地方,如果地鐵只是穿越市區(qū)內(nèi),則無法實(shí)現(xiàn)；另外,采用這種方法,隨著鋪軌里程的增加,鋼軌的運(yùn)輸距離增大,必將加大人力、物力、財(cái)力的投入,增加工程成本,同時(shí)還會(huì)造成工期的延誤。第二種方法與第一種方法比較,相對減少了鋼軌的運(yùn)輸距離,但拆除既有的建筑物,又受到許多因素的限制和影響,也必將增大施工成本。

本施工方案提供了地鐵窄盾構(gòu)井吊點(diǎn)置換式鋼軌下吊施工方法,可充分利用有限空間,在不擴(kuò)大盾構(gòu)井的前提下,順利下吊標(biāo)準(zhǔn)鋼軌,從而克服現(xiàn)行施工方法的不足和弊端,以滿足工程的施工要求。

(2)吊點(diǎn)置換式鋼軌下吊施工方法的缺點(diǎn)

首先,作業(yè)安全問題：洞內(nèi)作業(yè)空間有限,且單根鋼軌使用夾軌鉗下洞時(shí)工效不高,與軌排釘聯(lián)在作業(yè)時(shí)間和空間上存在沖突,安全隱患較大；其次,軌排釘聯(lián)的不連續(xù)性問題：軌道車將釘聯(lián)好的2節(jié)25 m軌排推送至前方施工地點(diǎn)時(shí),盾構(gòu)井口下方不能進(jìn)行軌排釘聯(lián),否則軌道車將無法退回裝運(yùn)地點(diǎn),如圖5所示,5 200 mm(隧道高度)-900 mm(軌道高程)-312 mm(軌排吊起后距離洞頂高度)-400 mm×2(軌排高度)=3 188 mm<3 510 mm(軌道車高度),這樣就導(dǎo)致了即使采用以上方法進(jìn)行施工作業(yè),但是工效太低,無法保證每日的道床澆筑進(jìn)度。

圖5 盾構(gòu)隧道內(nèi)軌排釘聯(lián)尺寸計(jì)算(單位：mm)

2 短軌排施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)

城市地鐵施工中,有的城市和施工單位為了解決窄盾構(gòu)井或明挖豎井處下吊軌排的難題,將標(biāo)準(zhǔn)25 m軌排鋸成12.5 m短軌排,雖然解決了吊裝下洞問題,但是同時(shí)也增加了軌排的釘聯(lián)、運(yùn)輸、鋪設(shè)、調(diào)軌等的工作量,而且后期無縫線路焊接接頭增多、打磨量大、軌道精調(diào)費(fèi)時(shí),同時(shí)也必將投入相當(dāng)大的費(fèi)用予以支持。

3 新型軌排傾斜下吊施工方法的設(shè)計(jì)思路

3.1 施工方法選擇

為使新的施工方法能夠降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高施工進(jìn)度及在復(fù)雜環(huán)境中具有更廣的適用性,根據(jù)以上2種施工方法(吊點(diǎn)置換式鋼軌下吊、標(biāo)準(zhǔn)軌排鋸成短軌排釘聯(lián))的優(yōu)缺點(diǎn),宜采用新型軌排吊裝裝置及軌排傾斜下吊施工方法。針對原有工藝存在的不足,經(jīng)過現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn),采用以下思路對其進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 窄盾構(gòu)井處傾斜下吊軌排施工方法改進(jìn)思路

本方法首先設(shè)計(jì)了一種新型的鐵路用軌排吊裝裝置,然后利用該軌排吊裝裝置起吊軌排至下料口上方,通過門吊幾次變換吊裝角度及軌排與下料口的相對位置,最后將25 m標(biāo)準(zhǔn)軌排下落至運(yùn)輸設(shè)備上。

3.3 新型軌排吊裝裝置設(shè)計(jì)簡述

其技術(shù)方案是采用槽鋼組合成吊架,吊架下方通過轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸連接專用吊軌夾鉗,由于該裝置為專項(xiàng)設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)吊軌夾鉗與吊架之間180°旋轉(zhuǎn),軌排與夾鉗之間連接緊固、不會(huì)滑脫,所以在小于25 m的下料口下落25 m標(biāo)準(zhǔn)軌排時(shí),無須置換吊點(diǎn),只需通過門吊的具體動(dòng)作改變吊裝角度和對位位置,即可實(shí)現(xiàn)25 m標(biāo)準(zhǔn)軌排順利下洞。軌排吊裝時(shí),首先選擇好吊裝位置,將吊架下方的吊軌夾鉗放置于鋼軌上,放入專用夾持塊,擰緊預(yù)緊螺栓,插入防脫銷軸并使安全鎖片旋至鎖定位置,經(jīng)起重指揮人員檢查后即可開始起吊軌排。

(1)新型軌排吊裝裝置設(shè)計(jì)

新型軌排吊裝裝置采用可分夾持吊具形式。將3根槽鋼按照三角形桁架形式分別對接相連,形成整個(gè)軌排吊裝裝置的骨架,上部連接鋼板和耳軸,并組合形成“U”形結(jié)構(gòu),使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)固并方便門吊大鉤掛鉤和吊裝；三角形底邊即骨架的均衡梁(或稱承重梁)，采用2根尺寸相同的槽鋼背對背并列布置,以連接骨架支架槽鋼的下部和焊聯(lián)2塊方鋼,形成類似于突緣叉的結(jié)構(gòu)形式；在方鋼下部的合適位置車孔,連接轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸,每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸上連接一套軌排吊架夾鉗；夾鉗主要由鉗體和鉗口兩部分組成,夾鉗與軌排吊架利用轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸鉸接,外部鉗體采用鋼板焊聯(lián)而成,同時(shí)為保證連接緊固、可靠,鉗體各部分的連接處焊接加強(qiáng)筋板,鉗體內(nèi)側(cè)根據(jù)鋼軌的具體形狀和尺寸,進(jìn)行相對性設(shè)計(jì),制作成對稱結(jié)構(gòu),鉗體上加工內(nèi)螺紋,利用預(yù)緊螺栓,配合專門設(shè)計(jì)的專用夾持塊使用,鉗體下部設(shè)置防脫銷軸和安全鎖片,防止軌排脫落。一套軌排吊裝裝置含一套三角形桁架和2套夾鉗,軌排吊裝時(shí)2套軌排吊裝裝置配合使用,如圖6～圖8所示。

本裝置能夠有效地解決傳統(tǒng)軌排吊裝裝置存在的不足,適用于鐵路鋪軌作業(yè)中軌排吊裝和城市鐵路窄小下料口處軌排傾斜吊裝下洞的施工作業(yè)要求。

(2)新型軌排吊裝裝置具體實(shí)施方式

將3根槽鋼(2)(長度相等的2根,對稱布置)和槽鋼(17)按照三角形桁架形式分別對接相連,背對并放的2根長度相等的槽鋼(3)作為承重梁與桁架連接,桁架的頂部穿入2塊異形鋼板(1)中并焊聯(lián)緊固,在異形鋼板(1)上車孔,穿入耳軸(18)并焊接,形成吊耳,從而形成了整個(gè)軌排吊裝裝置的支架；在2根方鋼(4)的下部適當(dāng)位置車孔,作為轉(zhuǎn)動(dòng)銷耳并對稱穿入承重梁(3)中焊接,形成固定鉸鏈支座形式,方鋼(4)的孔中穿過轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸(5),從而形成整個(gè)軌排吊裝裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸(5)下部鉸接整個(gè)軌排吊裝裝置的夾鉗,本夾鉗為特殊設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)形式為夾持吊具,利用2塊夾持鋼板(9)和結(jié)構(gòu)鋼板(10)組成鉗體,鉗體上焊接加強(qiáng)筋板(11),以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,鉗體內(nèi)側(cè)的鉗口形式是根據(jù)鉗體相對于鋼軌的具體形狀和尺寸,進(jìn)行相對性設(shè)計(jì),制作成對稱的“L”形槽結(jié)構(gòu),用于放置夾持塊(13),見圖7,利用預(yù)緊螺栓(12)予以頂固,使夾持塊(13)與鋼軌(19)之間產(chǎn)生足夠的預(yù)緊力,從而在軌排傾斜時(shí),產(chǎn)生足夠的摩擦力,保證軌排在傾斜狀態(tài)下吊裝時(shí)不會(huì)滑脫；同時(shí)在夾鉗鉗體底部設(shè)計(jì)防脫銷軸(14),與定位銷軸(15)和安全鎖片(16)共同組成安全防脫裝置,可最大程度的保證軌排在傾斜吊裝時(shí)的作業(yè)安全,防止軌排脫落。

施工時(shí),2臺(tái)門吊分別鉤住一套吊裝裝置的耳軸,將軌排吊裝裝置吊至軌排上方的適當(dāng)位置處,門吊大鉤下降,夾鉗的鉗口卡住鋼軌并使鉗體上部的結(jié)構(gòu)鋼板靠緊鋼軌踏面,將夾持塊放置到鉗體內(nèi)側(cè)的“L”形槽內(nèi),用扭力扳手?jǐn)Q緊預(yù)緊螺栓,使夾持塊與鋼軌頂緊,將防脫銷軸上的安全鎖片旋轉(zhuǎn)至水平位置,防脫銷軸穿過定位孔就位,然后將安全鎖片旋至垂直位置,向下拉動(dòng),使安全鎖片卡緊；開始起吊軌排,在軌排吊裝到達(dá)下洞位置后開始傾斜下洞,在信號工的指揮下2臺(tái)門吊逐步調(diào)整吊裝角度和對位位置,由于夾鉗和軌排吊架之間利用轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸鉸接,可實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn),所以不必再置換吊點(diǎn),經(jīng)過幾次調(diào)整即可將軌排吊入洞內(nèi),對位裝車,完成本次軌排的吊裝作業(yè),進(jìn)入下一工作循環(huán)。

3.4 地鐵窄盾構(gòu)井傾斜下吊軌排施工方法

(1)根據(jù)所下吊軌排長度L驗(yàn)證所選盾構(gòu)井

如圖9所示,根據(jù)所下吊軌排的長度L選擇盾構(gòu)井：所選盾構(gòu)井的下料口寬度

式中L′——左右2臺(tái)龍門吊吊點(diǎn)與所下吊軌排左右兩端部間的距離；

h——盾構(gòu)井截面的高度；

h′——盾構(gòu)井底部的軌面高程；

h″——所下吊軌排與盾構(gòu)井底部軌面間的安全距離；

S——下料口內(nèi)部兩側(cè)的作業(yè)安全距離線分別與兩側(cè)洞壁間的作業(yè)安全距離。

圖9 傾斜下吊軌排下料口寬度計(jì)算

(2)傾斜下吊軌排流程

①由左右2臺(tái)龍門吊分別通過所述軌排吊裝裝置將軌排(5)水平起吊后,同步從左至右水平運(yùn)行至下料口(13)上方,使得軌排右端部(7)與下料口(13)右側(cè)的洞壁(11)對齊(圖10)；

圖10 傾斜下吊軌排流程1

②左側(cè)龍門吊保持不動(dòng),右側(cè)龍門吊向左走行的同時(shí)其大鉤下降,使軌排(5)傾斜角度α,0°<α≤β,β=arccos(L1/L2),L1為兩門吊最小中心距,L2為軌排上兩吊點(diǎn)的間距(圖11)；

圖11 傾斜下吊軌排流程2

③2臺(tái)龍門吊同步向右水平運(yùn)行且二者的大鉤同時(shí)下降,使軌排右端部(7)下降至與下料口(13)右側(cè)的洞壁(11)底部平齊(圖12)；

圖12 傾斜下吊軌排流程3

④2臺(tái)龍門吊同步向右水平運(yùn)行且二者的大鉤同時(shí)下降,使軌排右端部(7)下降至盾構(gòu)井截面(12)內(nèi)的軌排端部距軌頂安全距離線(14)(圖13)；

⑤2臺(tái)龍門吊均向右水平運(yùn)行,左側(cè)龍門吊的運(yùn)行速度>右側(cè)龍門吊的運(yùn)行速度,左側(cè)龍門吊大鉤的下降速度>右側(cè)龍門吊大鉤的下降速度,使右側(cè)龍門吊的吊點(diǎn)二(9)移至下料口(13)右側(cè)的作業(yè)安全距離線(16)(圖14)；

圖13 傾斜下吊軌排流程4

圖14 傾斜下吊軌排流程5

⑥右側(cè)龍門吊保持不動(dòng),左側(cè)龍門吊向左走行的同時(shí)其大鉤下降,使軌排(5)下落至盾構(gòu)井截面(12)內(nèi)并呈水平狀態(tài)；再由2臺(tái)龍門吊同時(shí)下落軌排(5)并在盾構(gòu)井截面(12)內(nèi)進(jìn)行對位裝車；最后,完成整個(gè)傾斜下吊過程,進(jìn)入下一工作循環(huán)(圖15)。

4 結(jié)語

本工藝中的新型軌排吊裝裝置結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,造價(jià)低廉，安全可靠。采用本裝置進(jìn)行軌排吊裝作業(yè),在城市鐵路施工中遇到窄小盾構(gòu)井等下料口時(shí),可解決標(biāo)準(zhǔn)軌排整體傾斜吊裝下洞時(shí)軌排吊具設(shè)計(jì)的難題,給施工作業(yè)帶來了極大的便利。且傾斜下吊軌排施工方法的工序步驟簡單、操作簡便、施工成本低且功效高,能有效解決在窄盾構(gòu)井中成功傾斜下吊軌排的施工難題,施工進(jìn)度基本不受影響。此種施工方法在北京地鐵4號線、北京地鐵大興線、北京地鐵亦莊線的施工中廣泛采用。

注：1—龍門吊；2—龍門吊；3—軌排吊裝裝置；4—軌排吊裝裝置；5—軌排；6—軌排左端部；7—軌排右端部；8—軌排左吊點(diǎn)；9—軌排右吊點(diǎn)；10—下料口左洞壁；11—下料口右洞壁；12—盾構(gòu)隧道截面；13—下料口；14—軌排端部距離軌頂安全距離線；15—軌頂高程線；16—作業(yè)安全距離線；17—軌排左端部運(yùn)行軌跡；18—軌排右端部運(yùn)行軌跡；h—盾構(gòu)截面高度；h′—成形道床軌頂高程；h″—安全距離。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50278—98，起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]GB50157—2005，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]DB11/T311.1—2005，城市軌道交通工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].