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1、始发段盾构管片三轴超长同步拉紧施工工法1.前言盾构机始发过程中，在推进到120环左右（管片脱出盾构机车架70环），为了提高掘进工效，需拆除井口负环。但是，在未采取措施的情况下，始发段管片在失去负环管片支撑和盾构推进时作用在管片上的反作用力后会使管片与管片松开（由紧靠变为不紧密），从而导致管片环缝张开，影响密封防水效果，进而对隧道结构或周边环境产生不利影响。所以需要在负环管片拆除前，对始发段成型管片设置拉紧装置，对其进行纵向拉紧，来避免上述质量缺陷。当始发段拉紧的管片不受盾构推力影响时，再复紧一遍螺栓，即可拆除该拉紧装置，一般为推进至500环左右。目前，现有的盾构管片纵向拉紧方法常用槽钢拉紧、钢
2、板拉紧、扁铁拉紧，其不足之处是：槽钢、钢板、扁铁等拉紧装置是机械限位，只能起到纵向拉结的作用，拉紧力有限，很难拉紧。为此项目结合现场实际需要，我司研发了一种盾构管片三轴超长同步拉紧方法，即当盾构隧道始发段完成推进成型后，在管片拉紧范围内的开始端、结束端安装张拉架和固定架，每隔15环安装好一个固定吊装头；再通过钢绞线连接，利用千斤顶张拉，最后将张拉后的钢绞线锚固在张拉架上，为始发段管片提供精确可靠的拉紧力，环向均匀布置三道拉紧装置。通过成都市轨道交通19号线二期工程土建6工区高峰站新码头街站红莲村南站盾构区间的实际运用，总结形成了本工法文本，经四川省科学技术信息研究所查新后，显示国内无相同文献报
3、道，填补了国内部分技术空白。2 .工法特点2.0.1将始发段管片与管片用该装置拉结，拉结过程中用预应力钢锚索将所有管片拉结，形成一个整体，防止相邻管片后期的不均匀沉降对区间隧道整体结构产生影响。2.0.2利用钢绞线张拉提供拉紧力，能更好的使盾构管片与管片的靠紧，可将出始发段盾构管片在拆除负环后能有效可靠的拉紧，确保管片密封防水效果，避免始发段易出现的管片松弛、渗漏水等问题。在拆除负环前用管片纵向拉紧装置张拉后才作业，保证了始发段管片在失去后盾管片（负环管片）支撑后还能确保纵向拉紧及隧道成型质量及防水效果。2.0.3本工法拉紧装置安装方便便捷，对推进影响较小，利用液压千斤顶张拉，管片与管片之间的
4、拉紧力强，特别是对采用拉紧装置后的管片环健张开量有明显的控制作用。3 .适用范围本工法适用于软土地层（淤泥质地层）盾构隧道始发段管片进行纵向拉紧。4 .工艺原理当盾构隧道始发段完成推进成型后，在管片拉紧范围内的开始端、结束端安装张拉架和固定架，每隔15环安装好一个固定吊装头；再通过钢绞线连接，利用千斤顶张拉，最后将张拉后的钢绞线锚固在张拉架上，环向均匀布置三道拉紧装置。待三道拉紧装置均完成张拉后，拆除井口负环管片，恢复运输通道，在盾构达到500环左右时，不会对于始发段拉紧的管片产生质量影响。待盾构掘进超过500环以后，拆除回收拉紧装置，方便下次使用。斤顶安放区吊装头图4-2整体结构实物图5.工
5、艺流程及操作要点5.1工艺流程图5.IT拉紧装置施工流程图5.2操作要点5.2.1 施工准备根据数据计算得出管片衬砌纵向拉紧装置安装程序应在多少环开始进行安装，计算分析如下：1 .随着盾构正常推进，负环及反立架所受力逐步减小，盾构推进主要靠管片与土体（围岩）产生的磨擦力提供反力。为提供更大的作业空间，负环管片会进行拆除。按照常规验算结果，当盾构隧道推进完成100米时满足拆除负环条件，其计算如下：负环拆除的受力条件为已拼装成型隧道的管片的摩阻力大于盾构实际推力。管片摩阻力：F=LDP式中：管片与土体的磨擦系数；取0.3D管片外径；根据实际情况取值1.已安装的管片长度；取100米P作用于管片背面的
6、平均土压力故推进完成100米管片提供的摩阻力为：F=0.33.146.6100x100=62172KN43680KN（盾构机额定最大推力），安全系数1.423,盾构机正常掘进段最大推力不会超过20000KN,V43680KN,满足要求。2 .但盾构机后方车架长达60米左右（以中交天和盾构机为例，实际可调整），为了便于盾构区间始发段管片衬砌纵向拉紧装置安装，需当隧道成型管片脱出车架70环，故需完成推进120环左右后执行安装程序。3 .纵向拉紧设备定制，根据设计图纸加工4个纵向拉紧设备,其中3个计划投入使用，1个留作备用，并将拉紧装置使用方法交底至操作人员。4 .2.2安装吊装头在第50环管片Bl
7、块、B2块以及F块吊装孔安装吊装头具体为：首先在第50环管片Bl块、B2块以及F块吊装孔安装吊装头，管片吊装孔分布如下图：图5.2.2-2吊装头结构图操作步骤如下：1.将对应管片预埋件上的闷头盖拧下5 .用管钳或活动扳手将吊装头安装至管片吊装孔上。注：吊装头螺纹丝牙需与管片吊装孔预埋件相匹配，钢筋混凝土管片举重臂吊装孔预埋件如下图：图5.2.2-3吊装孔预埋件结构图6 .2.3安装固定架及固定吊装头固定架安装当吊装头安装好后，准备好六角高强螺栓、固定架，然后进行安装。六角螺栓、固定架结构安装示意图如下图：六角螺栓固定架用六角螺栓将吊装 头与固定架连接连接好的示意图图5.2.3T六角螺栓、固定架
8、结构图操作步骤如下：(1)固定架与吊装头对位；(2)用高强六角螺栓插入连接固定架及吊装头；(3)拧紧六角螺栓螺母；安装固定架过程中应确保六角螺栓为高强螺栓，推荐&8级，安装完成后需检查吊装头及固定架是否牢固。7 .每15环安装一个固定吊装头前面部件安装好后，然后在第35环、20环Bl块吊装孔各安装一个吊装头，备后面穿钢绞线用，主要防止在液压千斤定顶张拉过程中保持钢绞线在水平同一直线上受力。吊装头结构图见图522-2。安装步骤如下：(1)将对应管片预埋件上的闷头盖拧下(2)用管钳或活动扳手将吊装头安装至管片吊装孔上。8 .2.4安装张拉底架张拉架是来锚固张拉后的钢绞线的，安装位置在起始拼装的第1
9、、2环，如起始环号为0环，则按照位置为0环、1环，两个吊装孔之间的间距为管片宽度(常规为1.2m),故张拉架的对应孔中心间距为管片宽度。张拉架结构如下图：吊装头吊装头图5.2.4-1张拉架结构图安装步骤如下：1 .将对应管片预埋件上的闷头盖拧下2 .人工将张拉架对空对位。3 .将吊装头分别安装至第1、2环Bl吊装孔固定，且吊装头有空方向与钢绞线张拉方向平行。4 .2.5钢绞线连接上述步骤按要求完成后，用15.2mm或12.72mm厚钢绞线从固定架开始穿过中间吊装头再到张拉架；钢绞线与固定架、张拉架连接时用锚具初步固定，待张拉完成后永久锚固。锚具如下图：图5.2.5-1锚具照片图安装步骤如下：1
10、.准备好15.2mm或12.72mm直径钢绞线5 .将钢绞线穿过固定架、吊装头、张拉架等，在对应的位置需穿锚具，固定架的锚具方向与张拉架上2道锚具的安装方向相反。6 .首先连接固定架和钢绞线。7 .其次连接张拉架和钢绞线。注：钢绞线穿线完成后在张拉架端留够需要张拉的长度，方便液压千斤顶作业。8 .2.6千斤顶张拉准备好小型前卡式液压千斤顶1台，放置张拉架上、将钢绞线穿过，前卡式千斤顶结构图如下：1.&X修2,后3.4. 6富时做5.6. *it7. MS8. 检H9. 工10. 回段祥皆H.弄膏座12.友承*13工具失月U.环16.松*环承tKJYCJ26前卡式千斤顶构造图图5.2.6-1前卡
11、式千斤顶示意图安装步骤如下：1 .准备好小型前卡式液压千斤顶，将钢绞线穿过2 .将千斤顶放置到张拉架上固定。3 .开始施加液压力，仪器上显示值为30KN。4 .2.7锚固为了保证后续管片拉紧装置持续有效，张拉架上设置了2道锚固区，具体位置如下：图5.2.7-1张拉架锚固区示意图锚固步骤如下：1 .用千斤顶张拉至30KN；2 .在第一道锚固区用锚具锚固；3 .去掉千斤顶，在第二道锚固区用锚具锚固。上述步骤完成后，隧道管片设置的第一道纵向拉紧装置安装完毕。具体示意图如下:吊装头图5.2.7-2拉紧装置安装完成示意图随后重复拉紧装置安装步骤两次，分别在既定位置安装吊装头以及拉紧装置并张拉,直至隧道前
12、50环三道管片纵向拉紧装置安装完成后，即该工法涉及拉紧装置全部安装完成。5.2.8 拆除负环然后达到井口负环管片拆除条件，按照施工方案拆除井口负环管片。5.2.9 装置拆除在负环管片拆除完成后，恢复运输轨道，盾构机进入快速掘进阶段（正常掘进段），在盾构掘进至500环左右时，始发段拉紧的管片完全不受其推进的作用力影响，不会对始发段管片造成前述质量缺陷，拉紧装置达到拆除条件。盾构机正常掘进至500环后，及按照先安后拆、后安先拆的顺序进行拉紧装置拆除，并回收，便于下次重复利用。5.3劳动力组织表5.3T劳动力组织情况表序号类别人数负责内容备注1安装队长1负责安装2辅助工1负责配合安装3电机车司机1负
13、责F块配合安装4安全员1负责安装过程安全监督6.材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见下表。表6-1机械设备计划表序号设备名称单位数量备注115.2mm钢绞线米180每道60米，共3道2管钳把1拧紧吊装孔3活动扳手把1拧紧六角螺栓4固定架个3每道1个5锚具个9每道3个6张拉架个3每道1个7千卡式液压千斤顶台1可重复利用8吊装头个15每道5r9液压升降平台台1安装在电瓶车上，与隧道其他作业共用，不占资源，可以用脚手架、移动平台代替。7质量控制7.1 质量控制标准7.1.1 本工法主要遵照执行的现行规范、规程、标准有：1 .城市轨道交通设计规范(GB50490-2009)2 .地铁设
14、计规范(GB50157-2013)3 .地下工程防水技术规范(GB50108-2008)4 .地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-2018)5 .盾构法隧道施工及验收规范(GB50446-2017)7.2 质量保证措施7.2.1 拉紧装置加工质量保证措施1 .拉紧装置属于现加工产品，为保证质量，需选择符合国家规范的ICm厚Q235钢板。2 .张拉架还需选择符合国家规范的10#槽钢。3 .焊条推荐选择优质电焊条。4 .焊接时焊缝要求平滑，不得有气孔夹渣等焊接缺陷，发现缺陷及时修补。焊缝高度一般与钢板接近，采用断续焊时，焊缝长度及间隔应均匀一致。5 .要求焊缝处不得出现气孔沙眼现象。6 .钢绞线、千斤顶及锚具等成品需选用合格产品，并要求厂家出具质量保证书。7 .拉紧装置张拉架、固定架加工误差5mm。8 .因吊装头需拧进管片预埋件，其丝牙加工利用机床加固，且误差lmm,加工完成后进行淬火处理。拉紧装置安装质量保证措施1.安装前对需安装部件进行检查，确认型号尺寸对应。2 .六角螺栓连接构件必须按要求实行多次复紧。3 .吊装头与吊装孔连接需进行多次复紧，在旋转至底部时，如吊装头开孔方向不与钢绞线张拉方向一致，可回至一致即可。4 .采用千卡式千斤顶张拉时，要保证张拉力不小于
