[分享]全国最大土压平衡法盾构机成功掘进1000米纪实

发表于2017-07-26    1243人浏览    2人跟帖    总热度:595  

摘要:近期由中铁六局联合中铁装备制造的国内最大直径土压平衡法盾构机——“麒麟号”,在太原铁路枢纽西南环线盾构区间掘进突破了1000米大关,标志着大直径盾构首次运用于铁路隧道穿越长距离复杂地层施工工法取得阶段性成果和胜利。使我国超大直径土压平衡盾构施工技术处于国际领先水平。
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初步成型的东晋隧道
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“麒麟号”盾构机内部
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东晋隧道“麒麟号”盾构机始发井
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盾构掘进与轨下结构同步施工
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吊装施工作业进行中
  楔子
  为完善环城铁路网,提升太原经济辐射能力,增强中西部经济发展劲头,根据规划,2015年建设太原铁路枢纽新建西南环线。该工程起自西山支线汾河站,终到北六堡站,通过太岚线间接吸引古交及岚县,全长53.53公里。中铁六局交通分公司承建的东晋隧道全长4981米,此段区间地质条件复杂,掘进路线长,大粒径高含量卵石层长达2200米。
  根据以往的施工设计经验,铁路隧道施工一般采用暗挖法,但在一座现代化城市施工,暗挖作业受到地面建筑物多、下穿风险源多、环保要求高、施工干扰大、工期紧、成本高等因素的影响,不够科学。为此铁路总公司、中国中铁和集团公司组成联合专家组,经过严谨的勘探调查研究,在论证了地质适应性、可行性、工期、工程造价的基础上,提出了土压平衡盾构施工法,这种施工作业具有科技含量高、干扰小、造价低、施工速度快、安全性高等特点,是未来地铁施工和城市铁路隧道施工的趋势。新建隧道为客货列车两用双线单洞隧道,隧道内径10.6米,这就要求掘进的盾构机刀盘直径达到12米多,这在国内土压平衡法施工中尚属首次。这对于没有经验参考,没有标准可依的中铁六局人来说无疑是一个挑战。为此,中铁六局人在完成地层勘探的前提下,就土压盾构总体要求、主要配置、施工保障措施等走访了国内所有的大盾构专家,并奔赴日本实地考察交流,进行了上百次的技术研讨,最终写出了100余页的《盾构机选型报告》,明确了盾构机的具体参数、方案,并于2016年4月联合中铁装备集团特制盾构机——“麒麟号”。
  2016年10月12日,直径12.14米的“麒麟号”盾构机在郑州下线,这是全国自主研发最大直径土压平衡盾构机、全国铁路施工最大直径土压平衡盾构机,它的成功研制和应用,打破了我国超大直径盾构产品长期依赖进口,核心生产技术受制于国外制造商的困局,填补了我国在大直径土压平衡盾构领域研发的空白,标志着我国正式突破超大直径土压平衡盾构设计与制造中一系列关键技术。
  2016年10月15日,盾构接收井主体结构底板浇筑完成。
  2016年11月1日,盾构机组装开始。
  2016年12月3日,盾构机所有部件运输完成。
  2016年12月18日,盾构机刀盘吊装下井组装。
  2016年12月21日,举行盾构机始发仪式,作为国内最大直径土压平衡法盾构机,拉开了它“探索者”的传奇序幕……
  分体始发 开创行业先河
  “我国自主研制的最大直径复合土压平衡法盾构机在山西太原投入使用……这是我国第一次采用大直径土压平衡法盾构机进行铁路隧道施工。” 2016年12月22日晚间的《新闻联播》中,中铁六局的大盾构“麒麟号”正式亮相。与此同时,新华网、人民网、中国日报、首都建设报、千龙网、凤凰网、太原日报、太原晚报、山西新闻网近二十家媒体齐聚太原进行报道。
  始发的冬季,让人记忆深刻。“太原冬季寒冷温度低,最冷时低至零下二十度,对人员和设备都是挑战”项目经理卢森介绍盾构机始发时遇到的难题,“盾构机全长135米,始发空间不足百米,不能一次性组装完成,需要二次分体始发;另外,盾构机于浅覆土大坡度隧道分体始发,5.88米的最浅埋深,沉降难以控制。”
  二次始发必须有充足的垂直吊装空间,可原本的吊装通道——盾构始发井被负环全部遮盖。在常规盾构施工中,拆除负环需要等到盾构机掘进上百米、正环足以提供足够的反力时才能进行。此时大量设备并未安装,水平运输、耗材输送基本无法实行,但盾构施工等不起,停机会让地面沉降的风险大大增加。项目部当机立断,将分体始发法与半环始发法相结合,采用人工搬运耗材,用卷扬机拉运管片,隧道的前20环管片就是靠项目部半人工半机械一米一米拖出来的。
  2017年3月3日“麒麟号”完成二次始发,开创了国内首例大直径土压平衡盾构机在正环掘进17环时拆除负环二次分体始发的先河。
  隆冬太原,最低气温只有零下二十多度,这会影响盾构机的钢结构形状,增加作业风险。为了确保设备正常运转,中铁六局人采用缠绕伴热带、布设热风机、加固钢结构、增设千斤顶等措施防止设备变形,确保顺利掘进。
  太原西南环铁路隧道属于浅覆土大坡度隧道,防止地面沉降成为盾构机始发乃至整个工程掘进的重要课题。盾构区间位于太原中心区,沿线经过人口密集的居民区、商业区,多次下穿、侧穿居民楼等建筑物,下穿西矿街、迎泽西大街等六条市政交通干道,跨越三条河流,侧穿大量民用建筑及市政管线,且上覆土层部分为湿陷性黄土,在盾构掘进中极易造成地面沉降,一旦失去控制,后果不堪设想。为此,一方面,项目部加强对周边环境的勘察,全面掌握施工范围内地质结构和地表建筑等情况,编制了技术交底及应急预案,加强员工培训;另一方面加强对盾构机掘进各项参数的控制,加大同步注浆和二次注浆的注浆量,实现快速、匀速通过,减少对土体的扰动,保持土体密实稳固。坚持24小时值班制度,成立了风险源监控小组,保证每2小时检测一次,及时将监测数据报告反馈盾构作业队,指导盾构掘进施工。经过全员的共同努力,项目部成功地解决了盾构浅覆土大坡度始发的难题,完成了三次分体始发,并总结出了大直径盾构掘进防沉降的管理经验,为后续的工程建设打下了基础。
  科学管理 谱写领域新篇
  科学的管理是成功的关键。作为国内最大直径土压平衡盾构法施工的专业团队——中铁六局太原铁路枢纽西南环线盾构项目部,将科学管理作为此项工艺探索的重要基石。
  作为“探路者”,“麒麟号”盾构机每掘进一米都是新的成就,克服的每一个问题都是成长的经验,收集到的每一项数据都是企业发展的财富。为此,项目部出台例会制度和培训机制,每日一次交班会、每周一次工程例会,查找问题、研究解决办法和处理措施;每周两次专家培训会,交流工作经验、加强业务培训,全面提升工作人员业务水平,增强项目综合能力,确保工程建设顺利推进。
  强化执行,提高效率。盾构项目部积极加强执行力建设,创新推出《员工执行力积分管理考核办法》,实行“一周一考核、量化表现”,考核不过关的人不能继续待在原来岗位上,要打报告回公司人力资源部视具体情况重新进行岗位安排。积分考核还与月度优秀员工、最佳部门的评选相结合,同后备干部的推荐、选拔相结合。
  管理考核办法最大的特点是,严格考核,灵活执行。有错必发牌,但如果在后续工作中有重大突出表现,可经集体研究决定撤销处分。如一次由项目总工方继安负责的责任成本未按时报送,耽误了责任成本下达时间,经集体研究给予黄牌警告,但他在后期通过努力使项目课题成功在北京市科委立项,为项目作出了重大贡献,经过讨论一致通过消除了黄牌。诸如这样的例子在项目部有很多,截至目前,项目部已累计发牌53张,消牌47张,表彰奖励优秀部门7个,优秀员工14人,为公司推荐优秀后备干部十余名。
  与执行力积分管理考核同时实行的还有“盾构之星”评比,同样作为激励措施鼓励一周之内表现优秀的工班。
  这些措施极大地激发员工的积极性与创造力,使大家斗志昂扬地投入到现场施工中,不断创造新的施工纪录,目前,项目单班最高掘进隧道5环10米,单日掘进10环20米,远超国际上直径10米以上的盾构机一天7、8米的掘进速度。
  对于这样惊人的效率,项目经理卢森笑了笑说:“激励机制极大地调动了工人的积极性,项目部实行的是两班倒工作机制,早上七点和晚上七点是交班时间,那天严格来说掘进了18米,第二天早上交班时,晚班的工人不愿意下班,又抢出了两米的进度,为了激励大家的积极性,我们将数据算在了前一天的工作量里。”
  为保证施工质量控制,加强施工过程参数、产品性能的监控,盾构项目部实行工序“质量实名制”管理,在每片管片和口字件上贴上拼装信息标识牌,明确盾构管片盾构机司机、机电总工、管片拼装手、质量管理人员等信息,明确施工责任人,做到有据可查;在每环管片拼装完成后粘贴管片二维码,二维码包含掘进施工时间、掘进环数、对应地层情况、盾构掘进参数控制情况、同步注浆量等情况,便于抽查信息,时时掌握施工动态;另外,项目部建立二维码网络管理系统,通过二维码反馈信息,对现场检查中发现的错台、破损、渗漏水等质量问题,通过扫码上传,记录汇总。项目部根据问题情况,有针对性地召开专题会议,研究落实整改措施,整改完成后上传整个结果,实现现场信息化管理。
  项目部积极实行月度检查机制,查找问题、解决问题,还将群众安全员生产监督活动和青年安全监督岗活动,纳入安全管理体系,作为项目安全生产控制的重要力量之一。截至目前,项目群安员队伍共查处安全隐患356起,提出合理化建议27条。
  科技领航 开启创新航程
  科技创新是企业永葆活力的源泉。大直径盾构施工是未来城市地铁乃至铁路隧道施工的趋势,有助于我们逐渐形成战略性新兴产业,中铁六局作为引领这一潮流的探路者,全力实现专业化施工大格局,力争走在时代的前沿。
  “麒麟号”盾构机体形巨大,比广泛用于地铁隧道施工的6米多盾构机大了一倍,掘进隧道区间长4850米,属于长距离挖掘,这对安全出渣是个考验。以往盾构施工采取的有轨电车和皮带机相结合的出渣方式,存在电车制停现象带来地面沉降的风险,且在长距离出渣中存在漏渣、速度慢等现象,为提高安全出渣效率,盾构项目部创造性地将连续皮带机出渣运用于铁路隧道施工中,并配套设计出了渣土运输U型转渣槽,确保皮带机渣土的均匀性,增加了皮带机的运输距离,提升了掘进速度,有效的控制了地面沉降。
  在“麒麟号”盾构机施工中,采取掘进与轨下结构同步拼装预制管片方法,形成隧道的“内立面”。每9块管片为一组,拼成一个圆管形,支撑着隧道四周的泥土和水,避免土层塌方,边掘进边拼装,提高施工的效率和安全性。
  太原西南环铁路枢纽工程盾构施工区间全长4850米,其中大粒径高含量卵石层就长达2200米,先后穿越复合地层(含新黄土、粉土、粉质粘土、砂层、圆砾、卵石层)、全断面大粒径卵石地层(最大粒径超过600mm)、粉土和粉质粘土层。由于盾构区间地层复杂,为确保盾构机刀盘掘进安全,项目部积极监控分析地质情况,测量班监测人员24小时监控每一个工作步骤,并根据现场土壤、水层、沙层等情况不断调整盾构机的参数、挖掘速度、土仓压力、出土量、同步注浆量以及调整刀盘设置等,加大了盾构的刀盘开口率,适时更换刀具,总结规律和经验,为工程下一步施工提供依据。
  设备副经理卫晓斌说,根据经验在传统盾构施工中,轨下结构两侧一般采取回填素混凝土的方式处理,但这种作业方式既浪费了既有地下空间,又严重浪费人、机、料,形成作业干扰,影响工期进程,为此盾构项目部在盾构机始发伊始多次召开创新研讨会,进行工艺革新,设计制作出了两套轨下结构模板台车,每套模板台车长74米、宽3.6米,放置于轨下结构预知底座和隧道壁之间,形成一个作业平台,用于工人绑扎钢筋、进行浇筑,这种工艺每周可以浇筑一版长74米的轨下结构,大大提升了工作效率,增加了轨下结构的利用空间,可以形成多个作业面同时,提高整个了工程的施工效率。
  截至目前,项目部已成功申报专利22项,工法3项。其中,以“大直径盾构机选型及适应性研究”“大直径土压平衡盾构机浅覆土、大坡度分体始发关键技术研究”“大直径土压平衡盾构复杂地层长距离掘进关键技术研究”“盾构掘进与轨下结构同步施工关键技术”为重点内容,编制申报的“直径12.14米土压平衡盾构机复杂地层长距离掘进技术研究”课题已在北京市科委、股份公司重大课题、集团公司成功立项,累计获批科研经费380万元。
  2016年7月,连日的特大暴雨打破了龙城的平静,一时间工地被淹、驻地损毁、施工受阻。“大家加把劲儿,明天还有特大暴雨,今天把底板打了,我请大家喝酒。虽然天气有变,但我们自己排的工期,没理由不完成。”生产副经理李宏斌抹去脸上的雨水,站在过膝的积水中高声动员。在他看来,施工中办法总比困难多,在那场和暴雨的博弈中,他两天两夜没有合眼,雨水湿透了衣裳也顾不得换,终于在更大的暴雨来临前,完成了底板浇筑,保证了施工进度。
  盾构机下线的日子,恰好是项目安全总监井东旭结婚喜日。作为安全总监,在运输和安装过程中要全程盯紧,脱不开身。他求得未婚妻的原谅后,毫不犹豫推迟了自己的婚期。然而,天意弄人,下一个婚期又赶上了拼装机的紧要关头,他依然没有丝毫犹豫,再次推迟了自己的婚礼成全了“麒麟号”的顺利拼装。可谓牺牲了“小家”,顾全了“大家”。
  顺利始发、百环掘进、连续下穿风险源、掘进突破千米,每一个环节都凝聚着六局人的智慧和心血,每一寸掘进都隐藏着六局人艰苦卓绝奋斗的勇气和力量。“麒麟号”所取得的进展绝非一蹴而就,它是中铁六局几代盾构人技术和经验长期积累的结果。
  目前,中铁六局盾构领域的施工效率、安全质量、运行情况等综合指标均达到国际先进水平,逐步树立了六局品牌,成为行业标杆。虽然对于整个工程,1000米只是一小步,但对于全国大直径土压平衡盾构施工,却跨出了重要的一大步,这一百环不仅证明了大直径土压盾构在复杂地层中施工的可能性,更填补了这方面施工的空白。踏石留印、抓铁有痕,六局的地下尖兵将在传承和创新中继续奋勇攻坚、砥砺前行……
(来源:千龙网)
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 发表于2017-07-26   |  只看该作者      

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