CN104533433A - 小半径曲线隧道的始发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小半径曲线隧道的始发方法，包括以下步骤：通过计算模合，确定盾构机与洞门法线之间的角度，以及盾构机与设计隧道中心曲线最大偏差位置，在最大偏差位置前，盾构机上的管片采用半环安装，超过最大偏差位置后，盾构机的管片开始整环安装；整环安装的第一块管片的上半部安装圆环板。由于本发明通过半环管片和钢支撑相结合结构形式，不仅能解决了曲线隧道盾构始发转弯困难的问题，也有利于掘进过程中的下料补给。发明无需反力架，管片直接作用于作为反力架的后洞管片上，管片与后洞管片间利用钢板回填密实，钢管支撑作用在始发井地连墙上，提高了工作效率，适用于空间比较小的盾构工作面。

Description

小半径曲线隧道的始发方法

技术领域

本发明涉及一种隧道挖掘方法，特别是涉及一种小半径曲线隧道的始发方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通的发展，盾构技术由于综合应用了计算机、机械、新材料系统科学等领域的高新技术，并通过先进的电子信息技术对施工过程的监控，有着机械化程度高、劳动强度低、安全快捷等诸多优点，盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。通过大量的工程实践，盾构技术不断被改进和被创新并得以迅速发展。

近年来的城市轨道建设中，出于安全和成本的考虑，预留的盾构到达井有可能需要作为下一段隧道的始发井。始发期间有时也会存在着盾构机由于始发线路问题无法直线始发，始发井空间小无法安装反力架，曲线始发时盾尾后设施易被管片卡住，从而给盾构始发带来更多的挑战。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种始发安全可靠、造价较低的小半径曲线隧道的始发方法。

本发明的另一个目的在于提供一种小半径曲线隧道的盾构半环始发的管片施作方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种小半径曲线隧道的始发方法，包括以下步骤：（1）将盾构机从始发井中放入已成型的隧道中并在始发井中组装盾构机；（2）设计隧道与始发井交汇的洞门处的隧道中心曲线、线路中心线与洞门垂直；通过计算模合，确定盾构机与洞门法线之间的角度，以及盾构机与设计隧道中心曲线最大偏差位置；（3）在最大偏差位置前，盾构机上的管片采用半环安装，只安装作为下半环的标准块B1块、B2块和B3块，该下半环的管片与作为反力架的后洞管片顶靠，上半环通过多根钢管支撑顶在作为反力架的后洞管片上；（4）超过最大偏差位置后，盾构机的管片开始整环安装；（5）整环安装的第一块管片的上半部安装圆环板，将该第一块管片螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接。

步骤（3）中，钢管支撑的一端支撑在后洞管片上，钢管支撑的另一端与整环安装的第一块管片上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片，从而使盾构机能够满足曲线始发，又能满足平偏要求。

步骤（3）中，所述的下半环的管片与作为反力架的后洞管片之间用钢板回填密实。

盾构始发时，需要确定掘进过程中的转弯角度。

当盾构机脱离始发架后，盾构机仍处在隧道中心曲线内侧，此时开始打开铰接缓慢纠偏，最大以设计角度向右转弯，向设计隧道中心曲线靠拢；待盾构平移接近0°时，适时调整铰接，使盾构机姿态与设计隧道中心曲线重合。

本发明是一种小半径曲线隧道的盾构半环始发的管片施作方法，包括以下步骤：

（1）半环管片的安装，首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1 块、B2 块，在安装完成后，进行下一环半环管片的推进；第一环半环管片在向后推进时，控制推进油缸行程，尽量使推进油缸的行程保持一致；在半环管片81推进完成之后，半环管片之间的空隙采用钢板回填密实；

（2） 整环管片的安装，推进安装完所有半环管片时，开始安装整环管片；首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1块、B2块，在安装L1块、L2块时，在管片安装机的抓取头归位之前，用槽钢将这两块整环管片固定在盾壳的固定位置，槽钢一边焊在盾壳内表面，安装好封顶块拧紧连接螺栓后拆除槽钢，进行下一环掘进；在安装管片时，管片周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机向前推进时管片不会失稳。

（3）钢管支撑的安装。第一块整环管片安装完成后，在该环整环管片的上半部安装圆环板，把整环管片螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接，3～5道钢管支撑一端与地连墙预埋钢筋焊接、钢管支撑另一端与该环整环管片上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片。

采用上述方案后，本发明具有如下有益效果：

1.本发明通过半环管片和钢管支撑相结合结构形式，不仅能解决了曲线隧道盾构始发转弯困难的问题，也有利于掘进过程中的下料补给。

2.本发明无需反力架，管片直接作用于作为反力架的后洞（即，隧道与始发井交汇的洞门）管片上，管片与后洞管片间利用钢板回填密实，钢管支撑作用在始发井地连墙上，提高了工作效率，适用于空间比较小的盾构工作面。

3.本发明结构形式简单，安全可靠。同时，技术合理，可操作性强，能降低风险，节约造价，综合效益显著，具有重要工程应用价值和发展前景；

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的盾构机示意图；

图2是本发明钢管支撑体系正视示意图；

图3是本发明钢管支撑体系俯视示意图；

图4是本发明半环管片拼装的示意图；

图5是本发明管片定位的示意图；

图6是本发明盾构机的始发线路示意图；

图7是图6沿L –L线的剖面图。

具体实施方式

如图1、图5、图6所示，1—盾构机、2—刀盘、3—前盾、4—中盾、5—尾盾、6—台车、7—钢管支撑、8—管片（负环管片）、9—盾壳、10—始发井、11—始发洞门、12—管片定位垫块、13—导轨、14—洞门中心线、15—始发架中心线、16—设计隧道中心曲线、17—盾构掘进中心线

如图2、图3所示，本发明是一种小半径曲线隧道的始发方法，包括以下步骤：

（1）将盾构机1从始发井10中放入已成型的隧道中并在始发井10中组装盾构机1；

（2）设计隧道与始发井10交汇的洞门11处的隧道中心曲线、线路中心线与洞门11垂直；通过计算模合，确定盾构机1与洞门11法线之间的角度及掘进过程中的转弯角度，以及盾构机1与设计隧道中心曲线最大偏差位置；

（3）在最大偏差位置前，盾构机1上的管片8采用半环安装，只安装作为下半环的标准块B1块、B2块和B3（如图4所示），该下半环的管片8与作为反力架的后洞管片18顶靠，下半环的管片8与作为反力架的后洞管片18之间用钢板回填密实。上半环通过 3 ～5根钢管支撑7顶在作为反力架的后洞管片18上，钢管支撑7的一端支撑在后洞管片18上，钢管支撑7的另一端与整环安装的第一块管片8上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片，从而使盾构机1能够满足曲线始发，又能满足平偏要求。

（4）超过最大偏差位置后，盾构机1的管片8开始整环安装（如图5所示）；

（5）整环安装的第一块管片8的上半部安装圆环板，将该第一块管片8螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接。

（6）当盾构机1脱离始发架后，盾构机1仍处在隧道中心曲线16内侧，此时开始打开铰接缓慢纠偏，最大以设计角度向右转弯，向设计隧道中心曲线16靠拢；待盾构机1平移接近0°时，适时调整铰接，使盾构机1姿态与设计隧道中心曲线16重合。在盾构机1往前推进时，管片8露出盾尾时，立即用木楔将管片8与始发台两侧的三角支撑之间的缝隙填密实。

本发明是一种小半径曲线隧道的盾构半环始发的管片施作方法，所述的管片8包括半环管片81和整环管片82；包括以下步骤：

（1）半环管片81的安装，首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1块 、B2 块，在安装完成后，进行下一环半环管片81的推进；第一环半环管片81在向后推进时，控制推进油缸行程，尽量使推进油缸的行程保持一致；在半环管片81推进完成之后，半环管片81之间的空隙采用钢板回填密实；

（2） 整环管片82的安装，推进安装完所有半环管片81时，开始安装整环管片82；首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1块、B2块，在安装L1块、L2块时，在管片安装机的抓取头归位之前，用槽钢将这两块整环管片82固定在盾壳的固定位置，槽钢一边焊在盾壳内表面，安装好封顶块拧紧连接螺栓后拆除槽钢，进行下一环掘进；在安装管片8时，管片8周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机1向前推进时管片8不会失稳。

（3）钢管支撑7的安装。第一块整环管片82安装完成后，在该环整环管片82的上半部安装圆环板，把整环管片82螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接，3～5道钢管支撑7一端与地连墙预埋钢筋焊接、钢管支撑7另一端与该环整环管片82上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片。

现场始发设计说明

某地小半径曲线隧道盾构机1始发井尺寸15.9m×22.8m，深22.4m共三层，盾构为双线隧道，隧道内径为5.5m，外径为6.2m。隧道衬砌每环宽1.2m，厚0.35m，由6块管片8组成，管片8环间错缝拼接，环向由12个M30螺栓和纵向由16个M30螺栓连接。本发明的始发方法，盾构始发井10空间小，无反力架，采用3道钢管支撑7，盾构机1在300m半径的圆曲线始发，经过综合考虑和计算，决定采用割线始发方式。结合图6、图7所示，盾构机1沿曲线始发，洞门11处设计隧道中心曲线16、始发架中心线15与洞门11垂直。盾构机1主机脱离始发架前不能调节铰接油缸进行转弯，经计算模合，确定盾构机1与洞门11法线成1.072度始发时来满足平偏要求。盾构机1与设计隧道中心曲线16最大偏差预计出现在第5环，最大偏差32.3mm。

当盾构机1脱离始发架后，盾构机1仍处在隧道中心曲线16内侧，此时开始打开铰接缓慢纠偏，最大以0.825度向右转弯，向设计隧道中心曲线16靠拢。待盾构平移接近0时，适时调整铰接，使盾构机1姿态与设计隧道中心曲线16重合。预计盾构机1进入洞门11第10环（10m左右）时盾构掘进中心线17与设计隧道中心曲线16重合。

表一：管片拼装后预计偏差

具体盾构半环始发过程如下：

由于盾构曲线出洞时，采用割线始发，盾构井10空间过小，无法正常安装反力架，所以负12环至负8环管片8均采用半环安装，并通过 3 根φ463mm钢管支撑7顶在始发井内衬墙上。在负7环管片8的上半部安装圆环板，钢管支撑7一端支撑在墙上、 一端与该环管片8上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片8。

步骤一：准备工作。清理隧道内底板，铺设已成型隧道内台车轨道；

步骤二：始发架安装。测量人员应将始发井洞门中心与已成型隧道中心测量并投影到吊出井底板上，应按洞门的前端1.072度摆放始发架，对应台车轨道；

步骤三：台车6、后配套、连接桥、皮带机、螺旋机、尾盾5、中盾4、前盾3、刀盘2、拼装机等设备依次下井组装调试；

步骤四：安装负12环至负8环管片8。首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1 、B2 块，在安装完成后，进行下一环管片8的推进。负12环管片8在向后推进时，控制推进油缸行程，尽量使推进油缸的行程保持一致。在管片8推进完成之后，管片8之间的空隙采用钢板回填密实。

步骤五：安装负7环管片8。首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1、B2块，在安装L1、L2块时，在管片8安装机的抓取头归位之前，用槽钢将这两块管片8固定在盾壳9的固定位置，槽钢一边焊在盾壳内表面，安装好封顶块拧紧连接螺栓后拆除槽钢，进行下一环掘进。

步骤六：安装3道钢管支撑7。负7环管片8安装完成后，在该环管片8的上半部安装圆环板，把管片8螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接，3道钢管支撑7一端与地连墙预埋钢筋焊接、一端与该环管片8上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片8。

步骤七：盾构推进，直至洞门，破洞初始掘进；

本发明的重点就在于：将后洞管片作为反力架。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种小半径曲线隧道的始发方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将盾构机从始发井中放入已成型的隧道中并在始发井中组装盾构机；（2）设计隧道与始发井交汇的洞门处的隧道中心曲线、线路中心线与洞门垂直；通过计算模合，确定盾构机与洞门法线之间的角度，以及盾构机与设计隧道中心曲线最大偏差位置；（3）在最大偏差位置前，盾构机上的管片采用半环安装，只安装作为下半环的标准块B1块、B2块和B3块，该下半环的管片与作为反力架的后洞管片顶靠，上半环通过多根钢管支撑顶在作为反力架的后洞管片上；（4）超过最大偏差位置后，盾构机的管片开始整环安装；（5）整环安装的第一块管片的上半部安装圆环板，将该第一块管片螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接。

2.根据权利要求1所述的小半径曲线隧道的始发方法，其特征在于：步骤（3）中，钢管支撑的一端支撑在后洞管片上，钢管支撑的另一端与整环安装的第一块管片上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片，从而使盾构机能够满足曲线始发，又能满足平偏要求。

3.根据权利要求1所述的小半径曲线隧道的始发方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的下半环的管片与作为反力架的后洞管片之间用钢板回填密实。

4.根据权利要求1所述的小半径曲线隧道的始发方法，其特征在于：盾构始发时，需要确定掘进过程中的转弯角度。

5.根据权利要求1所述的小半径曲线隧道的始发方法，其特征在于：当盾构机脱离始发架后，盾构机仍处在隧道中心曲线内侧，此时开始打开铰接缓慢纠偏，最大以设计角度向右转弯，向设计隧道中心曲线靠拢；待盾构平移接近0°时，适时调整铰接，使盾构机姿态与设计隧道中心曲线重合。

6.一种小半径曲线隧道的盾构半环始发的管片施作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）半环管片的安装，首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1 块、B2 块，在安装完成后，进行下一环半环管片的推进；第一环半环管片在向后推进时，控制推进油缸行程，尽量使推进油缸的行程保持一致；在半环管片81推进完成之后，半环管片之间的空隙采用钢板回填密实；

（2） 整环管片的安装，推进安装完所有半环管片时，开始安装整环管片；首先安装下部的B3块，再依次左右两侧交替安装B1块、B2块，在安装L1块、L2块时，在管片安装机的抓取头归位之前，用槽钢将这两块整环管片固定在盾壳的固定位置，槽钢一边焊在盾壳内表面，安装好封顶块拧紧连接螺栓后拆除槽钢，进行下一环掘进；在安装管片时，管片周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机向前推进时管片不会失稳；

（3）钢管支撑的安装，第一块整环管片安装完成后，在该环整环管片的上半部安装圆环板，把整环管片螺栓切割到适当长度，然后与圆环板焊接，3～5道钢管支撑一端与地连墙预埋钢筋焊接、钢管支撑另一端与该环整环管片上的圆环板焊接并让推进油缸顶紧管片。