CN106869949A - 一种用钢套筒接收盾构机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构施工领域，具体是一种用钢套筒接收盾构机的方法。本发明在洞门外采用钢套筒与洞门预埋钢环连接，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，在钢套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和盾构机并吊出，最终实现盾构机接收。本发明能承受较大的注浆压力，保证注浆质量，对地层的适应性更强，相比传统的注浆加固对施工场地要求底，节约了成本，缩短了工期。

Description

一种用钢套筒接收盾构机的方法

技术领域

本发明涉及盾构施工领域，具体是一种用钢套筒接收盾构机的方法。

背景技术

城市轨道交通高速发展，盾构法施工得到广泛应用，盾构到达在盾构法隧道施工中占有极其重要的位置，确保盾构以正确的姿态顺利到达，防止出现塌陷等事故是施工的重点，对盾构到达端头一般采用注浆加固配合降水井降水，但如果土层富水性强，属于强透水层，注浆加固及降水难以满足无水接收条件，且传统的折页压板密封效果一般后期难以注浆饱满。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用钢套筒接收盾构机的方法，具体技术方案如下：

一种用钢套筒接收盾构机的方法即在洞门外采用钢套筒与洞门预埋钢环连接，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，在钢套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，所述钢套筒上设置有观测孔，从观测孔观测注浆是否饱满，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和盾构机并吊出，最终实现盾构机接收，具体包括以下步骤：

（1）套筒设计制作

根据盾构机尺寸及场地条件制作尺寸合适的钢套筒，经试拼检验合格后再运到现场准备安装；

（2）套筒安装

1）钢套筒主体部分连接，先拼装钢套筒主体部分再封后端盖；

2）钢套筒的过渡连接板与洞门环板的连接，钢套筒与接收井主体结构的连接固定；

3）钢套筒密封性检查，钢套筒组装完成后，在钢套筒体内压水检查其密封性；

4）制作砂浆基座和填料，在钢套筒底部铺筑碎石基层；

（3）盾构机接收

1）接收前根据洞门测量数据进行盾构机姿态调整；

2）盾构机掘进至钢套筒内，拼装工作环停机注浆封闭洞门；

3）打开观测孔，观测注浆是否饱满；

4）拆除钢套筒及盾构机并吊出。

进一步，所述钢套筒主体部份设置有下料口。

进一步，步骤（2）中所述后端盖为平面板，加焊钢板并焊接在后端盖上；所述后端盖与钢套筒主体部份用法兰连接，后端盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用螺栓连接；所述后端盖的平面板设置有1个泄料闸门、1个带球阀注排浆管、1个压力表。

进一步，所述步骤（2）中钢套筒与洞门环板之间设置过渡连接板，洞门环板与过渡连接板采用烧焊方式连接，钢套筒的法兰端与过渡连接板采用螺栓连接；在过渡连接板上设置带球阀的观测孔来检查洞门密封质量；在过渡连接板上安装应力计以检测过渡连接板的受力情况。

进一步，所述步骤（2）钢套筒主体部份连接具体包括以下步骤：

1）在接收井里确定线路中心线、钢套筒的中心线；所述钢套筒的中心线与线路中心线重合；

2）在地面组装好钢套筒的传力架A，并将过渡连接板与传力架A连接，整体下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向前移动过渡连接板与传力架A并与洞门钢环焊接；

3）在地面组装好钢套筒的传力架B，下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向后移动传力架B并与传力架A连接；

4）在地面组装好钢套筒的传力架C，下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向前移动传力架C并与传力架B连接；

5）在地面组装好钢套筒的传力架D，下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向前移动传力架D并与传力架C连接；

6）钢套筒主体部份安装完成后对钢套筒体位置进行复测，检查与盾构机到达的中心线是否重合；

7）传力架A、传力架B、传力架C、传力架D用橡胶垫密封并拧紧连接螺栓；

8）安装后端盖，后端盖与钢套筒主体部份用橡胶板密封并用螺栓连接；

9）将已经连接好的钢套筒向洞门位置平移；

10）安装反力架；所述反力架用钢管做支撑。

进一步，所述步骤（2）中钢套筒密封性检查是在钢套筒体内压水检查其密封性，压力为0.2MPa，时间保持12h。

进一步，所述步骤（2）中砂浆基座式在钢套筒底部60°范围内浇筑15cm的混凝土。

进一步，所述步骤（2）中填料采用原状土或膨润土砂浆。

进一步，所述步骤（3）盾构机掘进钢套筒的过程中，盾构机刀盘开始破除围护结构时设置推进速度为0～1cm/min，推力≦10000kN；盾构机刀盘进入钢套筒内继续掘进，推进速度≤10mm/min，推力≤6000kN。

本发明的有益效果为：

1、钢套筒与洞门环板直接连接，改变了以往橡胶帘布与折页压板的洞门密封方式，密封效果更好且能承受较大的注浆压力，能保证注浆质量；

2、对地层的适应性强，相比传统的注浆加固对施工场地要求底；

3、刀盘切削下来的围护结构经盾构排泥系统输送至渣土坑，改变了以往人工清理完成后盾构再上接收架的施工方法，节约路成本缩短路工期。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的钢套筒筒体结构示意图：1、过渡连接板；2、后端盖；3、封头；

图3是本发明的进料口平面图：4、筒体；5、进料口；

图4是本发明钢套筒向洞门平移示意图：6、盾构接收井；7、洞门钢环；8、液压千斤顶

图5是本发明接收支撑安装示意图：9、反力架；10、后端盖；11、过渡连接环；12、液压千斤顶；

图6是钢套筒底部砂浆基座结构示意图：13、钢套筒；14、碎石；α=60°。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

一种用钢套筒接收盾构机的方法具体是在洞门外采用钢套筒与洞门预埋钢环连接，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，在钢套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，所述钢套筒上设置有观测孔，从观测孔观测注浆是否饱满，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和盾构机并吊出，最终实现盾构机接收，具体包括以下步骤：

1、套筒设计制作

据盾构机尺寸及场地条件制作尺寸合适钢套筒，经试拼检验合格后再运到现场准备安装；

本实施例中钢套筒的筒体部分长9.9m，内直径6500mm，分为三段，每段分为上、下两块，分为三段是为了方便拆装。如图2所示，筒体材料采用16mm厚的Q235B钢板和25mm厚的筋板钢板和100×100方钢组成，每段筒体的外周焊接纵、环向筋板形成网状以保证筒体刚度，每段筒体的端头和上、下两段圆弧接合面均焊接连接法兰，法兰采用35mm厚的Q235B钢，上、下两段连接处以及两段筒体之间均采用M30螺栓连接，中间加厚橡胶垫，以保证密封效果。

后端盖为平面盖，材料用30mm厚的Q235B钢板，平面环板加焊4道厚30mm、高500mm的钢板筋板，井字形焊接在后端盖上。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M30螺栓连接。在后端盖平面板设置一个泄料闸门，1个带球阀注排浆管。洞门凿除的渣土和盾构接收完成后最后残留的回填料都需要从泄料闸运出。在后端盖平面板设置1个压力表。

在洞门环板预埋板的基础上，钢套筒与洞门环板之间设一过渡连接板，厚度为20mm，过渡连接板的长度可以根据盾构接收井的长度进行调整，洞门环板与过渡连接板采用烧焊连接，钢套筒的法兰端与过渡连接板采用M36*65螺栓连接。

在过渡连接板钟表点位2、4、8、10点位置设置有4个带球阀的观测孔，用来检查洞门密封质量。在钢套筒的过渡连接板上安装应力计，以检测过渡连接板的受力情况。为了满足盾构接收需求，钢套筒筒体上预留三个进料口，如图3所示，平均每节套筒各一个。

底部框架承力板采用20mm厚Q235B钢板，筋板采用16mmQ235B钢，底板采用20mmQ235B钢板。

托架与下部筒体焊接连成一体，焊接时托架板先与筒体焊接，再焊接横向筋板，焊接底板和工字钢。托架组装完后，工字钢底边与车站底板预埋件焊接，托架须用型钢与车站侧墙顶紧，钢套筒上部采用槽钢与中板梁顶紧。

2、套筒安装

（1）钢套筒主体部分连接，先拼装钢套筒主体部分再封后端盖；

1）在开始安装钢套筒之前，首先在接收井里确定线路中心线，也就是钢套筒的中心线。钢套筒定位时，要求钢套筒架中心线、线路中心线两条控制线重合；

2）在地面组装好钢套筒的传力架A，并把过渡连接板与传力架A连接好，整体下放到端头井内，使钢套筒的中心线与事先确定好的线路中心线重合，向前移动过渡连接板与传力架A并与洞门钢环焊接；

3）在地面组装好钢套筒的传力架B，下放到端头井内，使钢套筒的中心线与事先确定好的线路中心线重合，向后移动传力架B并与传力架A连接；

4）在地面组装好钢套筒的传力架C，下放到端头井内，使钢套筒的中心与事先确定好的线路中心线重合，向前移动传力架C并与传力架B连接；

5）在地面组装好钢套筒的传力架D，下放到端头井内，使钢套筒的中心线与事先确定好的线路中心线重合，向前移动传力架D并与传力架C连接；

6）钢套筒安装完成后，对筒体位置进行复测，检查与盾构机到达的中心线是否重合。

7）传力架A、传力架B、传力架C、传力架D放好橡胶密封垫后，拧紧连接螺栓，连接部位密封均采用8mm橡胶垫密封；

8）后盖板与筒体之间加8㎜厚的橡胶板后，用M30螺栓上紧在钢套筒后法兰上。

9）将已经连接好的钢套筒向洞门位置平移。利用2个60t液压千斤顶一边顶在基坑底板横梁上，另一边顶在后端盖板的平面位置，将已经连接好的钢套筒沿隧道中心线向洞门方向平移，直至过渡连接板与洞门环板相接，并保持隧道中心线与钢套筒中心线不偏离，如图4所示；

10）支撑安装：如图5所示，反力架用9根609钢管做支撑，支撑前端与钢套筒后端盖连接，支撑后端上部6根与车站底板连接，下部3根支撑直接顶在车站主体。支撑定好位置后，先用400t千斤顶顶平面盖和反力架，消除洞门到后盖板的安装间隙后，上下均布4道I20的工字钢与后端盖平面板顶紧，承力工字钢管两端用楔形块垫实并焊接。在此过程中注意检查反力架各支撑是否松动，各段法兰连接螺栓是否松动。

（2）钢套筒的过渡连接板与洞门环板的连接，钢套筒与接收井主体结构的连接固定；

反力架安装完成后，经过测量组对中心线复测，确认无误后，将洞门环板与过渡连接板进行焊接。

钢套筒的过渡连接板与洞门环板相接触后，要检查两个平面是否全部能够连接，由于洞门环板在预埋的过程中可能出现变形或平面度偏差较大的情况，所以有可能出现过渡连接板有些地方无法与洞门环板密贴的情况，这时就需在这些空隙处填充钢板并与过渡板焊接牢固，务必将空隙尽可能地堵住。在确定洞门环板与过渡板全部密贴后将过渡板满焊在洞门环板上。

钢套筒与洞门环板焊接完成后，检查确认后，即进行安装筒体上部支撑。钢套筒每边共设置4道横向支撑，顶在中板梁上。支撑安装完成后，对托架左、右反力架的支撑进行牢固性的检查。

钢套筒的位置检验，对安装好的筒体位置进行复测，与盾构机到达的中心线是否重合。

完成后，检查各部连接处,对每一处联结安装的地方进行检验,确保其连接的完好性,尤其是对于钢套筒的上下半圆和节与节部分之间联结的检查,还要检查过渡连接板与洞门环板之间的焊接,看是否存在着点焊或浮焊，发现有隐患，要及时处理。

（3）钢套筒密封性检查，钢套筒组装完成后，在钢套筒体内压水检查其密封性；

钢套筒组装完成后，在筒体内压水检查其密封性，气压为0.2MPa，若在12h内，压力保持在0.15MPa上，则可满足钢套筒接收要求，如果小于0.15MPa，找出漏气部分，检查并修复其密封质量，然后再次进行试压，直至满足试压要求。

（4）制作砂浆基座和填料，在钢套筒底部铺筑碎石基层；

在钢套筒底部60°范围内铺筑15cm厚的碎石基层，并保证基座伸入洞门内与地连墙相接，以保证刀盘出加固体时不栽头，如图6所示。钢套筒在检查完毕后，向钢套筒内填料。填料采用原状土或膨润土砂浆。为了将填料输送至钢套筒内，需要从地面引一条输送管道至钢套筒上，采用一条Φ300mm的管路连接，地面设置一个漏斗，将填料直接从漏斗输送至钢套筒内。

3、盾构机接收

（1）接收前根据洞门测量数据进行盾构机姿态调整；

1）在钢套筒安装前，对控制点各进行一次复核测量，确保控制点精确无误，钢箱安装前对进洞端洞门中线进行测量复核，确定洞门中心精确位置。根据测量结果，调整盾构机自动测量系统，在最后50环推进过程中，对隧道轴线进行多次复核，确保轴线准确，保证盾构机安全进入洞门圈；

2）盾构机在推进最后50环过程中，根据定向测量和联系测量成果，有计划地进行纠偏工作，推进纠偏严格按照小量多次的原则进行，使盾构机姿态控制在水平±15mm以内，垂直方向在+20mm，以保证隧道的垂直度；

3）在盾构机推进最后50环的过程中，及时压注盾尾油脂，避免盾尾渗漏；

4）为了便于隧道的纠偏，在进洞前现场预先准备好两环转弯环管片备用。

（2）盾构机掘进至钢套筒内，拼装工作环停机注浆封闭洞门；

盾构进洞段的推进施工分三个阶段。

第一阶段：刀盘到达地连墙前的掘进。

刀盘到达围护结构前，要求盾构机处于最佳状态。在第一阶段的推进过程中，需要注意以下事项：

1）推进过程中严格控制推进速度和总推力，避免进刀量过大引起同步注浆分布不均，二次注浆时无法形成封闭环。

2）在刀盘转动过程中土仓内加入泡沫进行润滑和改良土体。

3）严格把握二次注浆时间、注浆压力和注浆量，防止盾尾固结。

4)合理分布注浆孔，保证二次注浆均匀。

第二阶段：盾构机刀盘开始破除围护结构。

在第二阶段的推进过程中，需要注意以下事项：

1）推进过程中严格控制推进速度和总推力，破除地连墙或围护桩过程中采用低转速、低贯入度，避免贯入度过大引起的刀盘被卡。推进速度在0～1cm/min为宜，推力≦10000kN。在刀盘转动过程中土仓内及刀盘前加注泡沫进行润滑和改良土体。

2）严格控制盾构姿态，特别是盾构切口的姿态，控制目标为水平±15mm，垂直+10～+20mm之间。

3）控制盾尾间隙，保证盾尾间隙的均匀，必要时安装转弯环管片进行调节。

4）严格控制切口的土压力。

5）推进过程连续均匀，均衡施工，保证土仓内一定土压，防止出空土仓盾构机抬头上浮。

6）推进过程中加强盾尾油脂的压注，防止盾尾漏浆。

7）从管片上预留的注浆孔向管片外侧注浆，及时施做环箍，有效封堵开挖土体与管片外壳之间渗漏通道。

8）二次注浆距离盾尾太近，会造成双液浆进入盾尾刷和同步注浆排浆孔，破坏盾尾密封刷和阻断同步注浆管道，因此在管片脱出盾尾5环后开始二次注浆。

9）严格控制二次注浆孔位和注浆压力、注浆量，既要保证闭水环的质量，又要保证盾尾刷不要补击穿。

第三阶段：进入钢套筒掘进

刀盘进入钢套筒以后，盾构机进行正常掘进，待工作环管片拼装完成后，将盾构机推到合适位置后停机，及时对后三环管片进行二次注浆并形成封闭环，待检查没有渗漏后对钢套筒泄压，盾构机完成钢套筒接收，然后再进行钢套筒、工作环和盾构机的拆除，下步转入拆除吊装阶段。

在第三阶段的推进过程中，需要注意以下事项：

1）参数设置：推速≤10mm/min；推力≤6000kN，视实际推力大小，以不超过此值为原则；在钢套筒内掘进以管片拼装模式掘进。盾构机在钢套筒内掘进过程中，要确保与外界联系，密切观察钢套筒顶部的情况，一旦发现变形量超量或有渗漏时，必须立即停止掘进，及时采取补救措施。

2）根据钢套筒顶部安装的压力表的读数，及时调整推进压力，避免推进压力过大，对钢套筒密封处出现渗漏状况，压力过大时，打开钢套筒后板盖上的排浆口，进行卸压。

3）进套筒时姿态控制：必须以实际测量的钢套筒安装中心线为准控制盾构机姿态，要求中心线偏差控制在±2cm之内。盾构机在进入钢套筒内之后，要注意姿态控制。

4)从管片上预留的注浆孔向管片外侧注双液浆，及时施做环箍，有效封堵开挖土体与管片外壳之间渗漏通道，防止盾尾后的水进入盾尾前方。双液浆的配合比为：水玻璃：水泥浆=1:1.15，水泥浆配合比为：1:1，注浆压力为0.3MPa以内。

5）盾构机筒体推到位置并完成洞门密封后，在刀盘不转情况下，出空舱内回填物。

6）打开钢套筒底部的排浆管，排出剩余的浆液，并检查筒体的漏浆情况。在洞门双液浆凝固后，开始拆除工作环和钢套筒。

7）测量与监测：盾构机到达掘进及过程加大测量频率，并复核控制点，确保盾构机到达的姿态正确，在盾构机到达前布置监测点，在端头连续墙、地面及周围建筑物布置沉降观测点；围护结构及钢套筒、洞门周围布置形变监测点。并测量初始值，盾构机到达过程中每天测量2次，若变形较大，增加测量频率并及时通报项目部采取处理措施。进钢套筒过程中，设专人观测钢套筒的稳定、变形情况，发现异常情况立即停机处理。

（3）打开观测孔，观测注浆是否饱满；

（4）拆除钢套筒及盾构机并吊出。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：在洞门外采用钢套筒与洞门预埋钢环连接，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，在钢套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，所述钢套筒上设置有观测孔，从观测孔观测注浆是否饱满，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和盾构机并吊出，最终实现盾构机接收，具体包括以下步骤：

（1）套筒设计制作

根据盾构机尺寸及场地条件制作尺寸合适的钢套筒，经试拼检验合格后再运到现场准备安装；

（2）套筒安装

1）钢套筒主体部分连接，先拼装钢套筒主体部分再封后端盖；

2）钢套筒的过渡连接板与洞门环板的连接，钢套筒与接收井主体结构的连接固定；

3）钢套筒密封性检查，钢套筒组装完成后，在钢套筒体内压水检查其密封性；

4）制作砂浆基座和填料，在钢套筒底部铺筑碎石基层；

（3）盾构机接收

1）接收前根据洞门测量数据进行盾构机姿态调整；

2）盾构机掘进至钢套筒内，拼装工作环停机注浆封闭洞门；

3）打开观测孔，观测注浆是否饱满；

4）拆除钢套筒及盾构机并吊出。

2.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述钢套筒主体部份设置有下料口。

3.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：步骤（2）中所述后端盖为平面板，加焊钢板并焊接在后端盖上；所述后端盖与钢套筒主体部份用法兰连接，后端盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用螺栓连接；所述后端盖的平面板设置有1个泄料闸门、1个带球阀注排浆管、1个压力表。

4.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述步骤（2）中钢套筒与洞门环板之间设置过渡连接板，洞门环板与过渡连接板采用烧焊方式连接，钢套筒的法兰端与过渡连接板采用螺栓连接；在过渡连接板上设置带球阀的观测孔来检查洞门密封质量；在过渡连接板上安装应力计以检测过渡连接板的受力情况。

5.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述步骤（2）钢套筒主体部份连接具体包括以下步骤：

1）在接收井里确定线路中心线、钢套筒的中心线；所述钢套筒的中心线与线路中心线重合；

2）在地面组装好钢套筒的传力架A，并将过渡连接板与传力架A连接，整体下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向前移动过渡连接板与传力架A并与洞门钢环焊接；

3）在地面组装好钢套筒的传力架B，下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向后移动传力架B并与传力架A连接；

4）在地面组装好钢套筒的传力架C，下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向前移动传力架C并与传力架B连接；

5）在地面组装好钢套筒的传力架D，下放到接收井内，使钢套筒的中心线与步骤（1）确定好的线路中心线重合，向前移动传力架D并与传力架C连接；

6）钢套筒主体部份安装完成后对钢套筒体位置进行复测，检查与盾构机到达的中心线是否重合；

7）传力架A、传力架B、传力架C、传力架D用橡胶垫密封并拧紧连接螺栓；

8）安装后端盖，后端盖与钢套筒主体部份用橡胶板密封并用螺栓连接；

9）将已经连接好的钢套筒向洞门位置平移；

10）安装反力架；所述反力架用钢管做支撑。

6.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述步骤（2）中钢套筒密封性检查是在钢套筒体内压水检查其密封性，压力为0.2MPa，时间保持12h。

7.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述步骤（2）中砂浆基座式在钢套筒底部60°范围内浇筑15cm的混凝土。

8.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述步骤（2）中填料采用原状土或膨润土砂浆。

9.根据权利要求1所述的一种用钢套筒接收盾构机的方法，其特征在于：所述步骤（3）盾构机掘进钢套筒的过程中，盾构机刀盘开始破除围护结构时设置推进速度为0～1cm/min，推力≦10000kN；盾构机刀盘进入钢套筒内继续掘进，推进速度≤10mm/min，推力≤6000kN。