盖挖逆作法地铁车站垂直出土方式的创新

皮带输送 机出土
液压抓斗 出土 龙门吊出 土
通过对比分析，龙门吊加机械抓斗垂直出土 评定为最佳方案， 因此我们以此方案编制了主体结构土方开挖施工方案。
中铁三局桥隧分公司
知行合一 永争第一
在确定施工方案后立即组织技术人员对龙门吊加抓斗垂直出土过程 进行分析完善，确定影响出土速度、施工安全的要因，在完善过程中与 传统工艺进行对比，集思广益，找出类似及不同的地方，充分考虑施工 过程中可能出现的问题。
二、工期方面
液压抓斗的工作速度较快，通过市场调查，可选用能够 实现每日出土约700方的液压抓斗。通过计算，每段土方 约11天。
Hale Waihona Puke Baidu
满足要求
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三、成本方面
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液压抓斗提升
传统出土方式
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方案三
机械抓斗垂直出土
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机械选择：以传统龙门吊为载体，搭载机

杭州地铁一号线武林广场站总建筑面：24235.63m2 为地下三层和四层多跨框架结构 采用盖挖逆作法施工，基坑内土方约15万m3
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盖挖逆作法示意图
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QC小组基本情况表
小组名称
课题名称 课题类型 活动时间 小组成员 活动次数
序号 1 2 3 4 5 6 7 姓名 张艳文 温元平 李刚柱 许月辉 刘建卫 薛磊 殷刘帅 性别 男 男 男 男 男 男 男
快、机械稳定性好，不易出现因故障而 发生的停工情况，影响出土速度。
施工原理：通过为液压油缸提供动
力，从而驱动多个颚板的开合抓取土 方，取消了人工作业环节。
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液压抓斗垂直提升---优缺点分析
一、安全方面
人工孔底作业风险 人工安装法 液压抓斗垂直提升 有 无
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大型机械危险源 汽车吊、挖掘机 液压抓斗、履带吊
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知行合一 永争第一 QC小组将三种机械出土方案与传统人工配合出土方案对比进行打分， 具体内容如下： 方案 传统出土
可控制 性
85 65 75 85
经济 性
85 85 90 90
安全性 70 90 95 95
施工周 技术成熟 平均得 期 性 分
70 90 90 95 95 75 75 85 78 81 85 90
盖挖逆作法地铁车站
垂直出土方式的创新
中铁三局桥隧分公司张艳文QC小组 发 表 人：薛磊
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工程概况
QC小组简介 P阶段 D阶段 C阶段 A阶段
对策实施
选题理由 目标设定 可行性分析 提出方案 问题的假象预测 制定对策
直接效益
社会效益
巩固措施
总结及打算
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抓斗示意图
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2、龙门吊额定起重量及跨度满足现场使用要求
根据基坑开挖深度及土方 量后，确定龙门吊跨度、提升 高度、额定起重量等各项参数， 满足现场实际需求。具体参数 如下： 起重量：10； 抓斗小车：24m/min； 起升高度：轨上7m，轨下 28m； 跨度：18m 悬臂长度：6.5m
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2008年10月15日
张艳文 2011年1月15日 ZTSJQS-WLGCZ110115 48小时以上
学历 大专 大专 大专 大专 专科 专科 硕士 本科 职务 助理工程师 物资主任 技术员 技术员 技术员 技术员 业主代表 质检监督员 备注 组员 组员 组员 组员 组员 组员 顾问 顾问
中铁三局桥隧分公司张艳文QC小组
创新型 2011年5月至2011年12月 15人 15次
年龄 35 38 32 34 30 25 26 学历 本科 专科 专科 中专 本科 本科 本科 职务 项目经理 常务副经理 总工程师 生产副经理 副总工程师 安质主任 工程部长 备注 组长 副组长 组员 组员 12 组员 组员 组员 13 14 15 侯艳玲 王波 宋海滨 沈进
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结论 集团公司领导高度重视，将本项目盖挖逆 作法地铁车站列为科研攻关课题，划拨了 科研经费，大力支持盖挖逆作法施工工艺 的探索研究。 矿山及其他领域中能够实现24小时不间断 运输，且运输量较大，通过学习和改进现 有的施工工艺，能够缓解出土工期压力。
目 标 可 以 实 现
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成立时间
组 长
盖挖逆作法地铁车站垂直出土方式的创新
注册日期 注册编号 接受TQC教育情况
序号 8 9 10 11 姓名 李鹏飞 公正 邢俊峰 王晓燕 性别 男 男 男 女 女 男 男 男 年龄 26 27 25 25 29 26 30 37
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P阶段：
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传统出土方式不能满足业主下达的工期要求： 武林广场站是杭州地铁1号线最后一批开工站点 中规模最大的车站，是制约全线通车的关键节 点，工期压力巨大；本车站基坑内土方约计 15 万方，按照业主下达的节点工期计算，每段出 土时间不得超过 12 天，传统起重机械加出土容 器的方式需用时约为 20～25 天，不能满足工期 要求。
结 论
不 能 满 足 要 求
效率太 低了！
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二、安全性分析
本车站开挖深度达到了27米， 若采用汽车吊加出土容器进行垂 直提升，势必将配合进行挂钩的 作业人员暴露在出土口的正下方， 且基坑内环境非常复杂，人员作 业存在极大的安全风险： 1、人工需下至27米深基坑底部 进行配合起重机械进行出土作业， 存在落物伤人、物体打击、窒息 等风险； 2、由于起重机械频繁在结构顶 板穿行、停留，易与其他大型机 械造成碰撞等机械伤害。
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提出方案
机械施工
提出以下三种机械出土方案：第一种是皮带输送机斜向提升，第二种是液压抓斗垂直 提升，第三种是机械抓斗垂直提升，下面我们对这三种方法进行对比。 中铁三局桥隧分公司
方案一
皮带输送机斜向提升
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机械选择：以煤矿斜井皮带提升为思路，取
皮带输送机运输距离长、运量大、连续输送的 优点，选用皮带输送机将基坑内土方斜向提升。
技术室
2011 ．6． 10
许月辉 公 政
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D阶段：
1、龙门吊控制机械抓斗持续出土，保证出土效率
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实 施 对 策
【实施一】 在龙门吊上，分别配有两组双排绳卷筒，每组卷 筒引出两组钢丝绳，其中一组两根钢丝绳分别捆扎 在平衡架两端的斜壳或（吊绳环与捆绳轮）上，作 支持绳用。另一组两根作开闭钢丝绳用，它们分别 经过档绳轮和头部滑轮，下横梁滑轮形成滑轮组， 起着抓斗打开关闭作用。 【实施二】 工作开始时，支持钢丝绳将抓斗起吊在适当的位 臵上，然后放下开闭钢丝绳，这时靠下横梁的自重 迫使斗部打开。将已开的斗部落在要抓取的土方上 面再收拢开闭钢丝绳，将上横梁滑轮和下横梁下横 梁滑轮中心距恢复到原来位臵，这样就完成了抓取 物料的过程。
施工原理：利用挖掘机在基坑内水平运输至
出土口位臵，另设臵一台挖掘机将土方运至皮 带输送机上，通过皮带将基坑内土方运至地面， 避免了传统出土方式的人工基底配合作业的环 节。
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皮带输送机斜向提升---优缺点分析
一、安全方面
人员基底作业风险 传统出土方法 皮带输送机斜向出土 有 无
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械抓斗，并将传统的龙门吊改装为能够实现 机械抓斗同步升降和移动的多功能门式起重 机，能够达到垂直提升土方的作用。
施工原理：当抓斗下放时，靠下横
梁的自重将抓斗打开，然后收拢钢 丝绳，将抓斗回复原位，抓取土方。
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龙门吊配机械抓斗垂直出土---优缺点分析
一、安全方面
人工孔底作业风险 传统出土方法 龙门吊加机械抓斗 有 无
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安全目标：消除2个人工地下作业 工序，降低安全风险

工期目标：每段垂直出土时间从 25天降低到12天
序 （工 作 个 1 ）业 工
人2
消除
现状 目标值
时 30 间 （ 20 天 ） 10
25 12
0
0
现状
目标值
安全目标
工期目标
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可行性分析
小组成员结构合理，由技术、安质、机械、 造价等专业工程师组成，为本课题的研究 提供了全方位的保证。 小组成员的类似施工经验丰富，其中3人 曾经在南京地铁从事盖挖逆作法地铁车站 的施工，有基坑开挖相关的施工经验。
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盖挖逆作法地铁车站垂直出土一般采用汽车吊加出土容器的方式进 行，这是一种人工操作配合机械出土的传统工艺，工艺较成熟，可控性 较高。若我项目采用此工艺进行施工，则流程如下： 下放出土容器 挖掘机配合装土 人工配合挂钩 垂直提升 人工配合卸土 下放出土容器 注：红色为人工下至基坑底部作业工序
抓土 提升 卸土 抓土
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序号
要求
对策
目标 确保龙门 吊能够持 续作业， 缩短机械 抓斗操作 时间，保 证龙门吊 垂直出土 每日 700~1000 方
措施 1、门吊主梁上部 安装两台小车， 一台小车挂抓斗 一台小车上装一 台电动葫芦；2、 两台小车可以同 时及单独使用， 抓斗小车主要用 于盖挖垂直出土 ；电动葫芦小车 主要用于提取材 料。 1、计算基坑开挖 深度及渣土方量 。 2、对抓斗的容量 进行验算，在保 证渣土提升安全 的前提下，将出 土效率最大化。
龙门吊剖面图
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龙门吊改装前后对比图
改装后
C阶段：
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效 益 评 价
安全方面：
运用本工艺进行基坑内垂直出土，取消了人 员在基坑内配合起重机械进行出土的危险工序， 避免了人工地下作业的安全风险，大大缓解了 现场安全管理的压力。
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工期方面： 本方法大大节约了施工工期，由传统出土方法 的每段（20米）垂直出土20～25天缩短至每段
效 益 评 价
7天左右。方案实施后出土时间如下：
负一层位置 第三段 第四段 第五段 第六段 第七段 第八段
出土时间 （d）
7
8
7
7
8
10
备注：负一层第八段为四层结构，基坑内土方较多，故出土时间较长。 开挖负一层龙门吊的提升高度为13米。
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成本方面：
本工艺研发是在建立在改装现有机械的基础上，提高了机械的使用率； 龙门吊加机械抓斗的配臵不仅能在开挖期间进行渣土提升作用，且在结 构施工期间能够进行材料吊装，减少了起重机械的使用费用，且能够循 环使用。 经过专业造价工程师的核算，传统出土方法与龙门吊加机械抓斗的成本 对比如下（详细计算书见成果文本附表）：
大型机械危险源 汽车吊、挖掘机 挖掘机
二、工期方面
选用滚筒直径为1000mm的皮带输送机，能够实现每日 出土约600方。通过计算，每段土方约12天
满足要求
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三、成本方面
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皮带输送机 斜向提升
传统出土方式
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方案二
液压抓斗垂直提升
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机械选择：选取液压抓斗出土速度较
知行合一 永争第一
大型机械危险源 汽车吊、挖掘机 龙门吊、机械抓斗
二、工期方面
机械抓斗容量较大，能够满足日出土量 为700~1000方。通过计算，每段出土 完成时间约为8天 。
满足要求
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三、成本方面
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龙门吊垂直提升
传统出土方式
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四种方案的优缺点分析
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传统出土方式存在的问题
一、工期分析
出土容器每次吊装土方
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约2方
每完成一次吊装循环的时间为
每天出土 每段结构内土方 计算得出传统出土所需时间为
约15分钟
约280方 约7000方 25天
每段出土的平均用时为25天 按照业主下达的工期计划推算，每段的 出土用时不得大于12天。
施工安全风险大： 武林广场站开挖深度约 27 米，如采用汽车吊加 出土容器的方式进行垂直出土，则需人员在开 挖面进行配合吊装，此时人员将暴露在出土口 正下方，易造成落物伤人事故，安全风险极大。
盖 挖 逆 作 法 地 铁 车 站
垂 直 出 土 新 工 艺 的 创 新
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传统出土方式的工艺流程
地点
时间
负责人
1
龙门吊控制 机械抓斗持 续出土，保 证出土效率
1、保障 操作人 员工作 环境。 2、缩短 操作人 员工作 时间
技术室
2011 ．6． 15
温元平 薛 磊 公 政
2
龙门吊额定 起重量及跨 度满足现场 使用要求
计算开 挖土方 ，编制 节点计 划，选 择满足 现场提 升能力 的龙门 吊
确保每日 出土量在 1000方左 右，保证 工期计划