CN108104836A - 一种盾构半环始发用上部反力支撑系统及盾构半环始发施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构半环始发用上部反力支撑系统，并基于该支撑系统提供一种盾构半环始发施工方法。该支撑系统包括反力架，还包括支撑板以及多根支撑杆，所述支撑板固定在最近的整环管片的后侧面，且所述支撑板与最近的整环管片的超出半环管片的部分形状、大小、位置相应，各所述支撑杆的一端分别与所述反力架固定相连，各所述支撑杆的另一端分别与所述支撑板铰接相连。本发明以支撑板作为半环到整环的连接枢纽，起到固定稳固作用，且由于支撑杆的另一端与支撑板是铰接的，因此能够对该支撑处的受力点及方向进行调整，从而保证半环管片及整环管片拼装的平整度和椭圆度，进而保证了盾构机的始发姿态。

Description

一种盾构半环始发用上部反力支撑系统及盾构半环始发施工 方法

技术领域

本发明涉及盾构法隧道掘进施工领域，具体地说涉及一种盾构半环始发用上部反力支撑系统及盾构半环始发施工方法。

背景技术

盾构法隧道掘进已有上百年历史，经过近半个世纪的快速发展已日臻成熟。在国内的地下工程施工中，盾构法以其安全、优质、高效、环保、劳动强度低等优点在城市地下轨道和地下管线等工程得到广泛的应用。

其中半环始发是盾构机在始发时，由于受盾构井长度、宽度和吊装孔的限制，而采取的特殊始发方式，半环是指部分负环仅安装下半环，上半环管片不安装，留出吊装的空间，使在施工过程中，盾构井能正常进行吊装。

半环始发具有对后支撑体系性能要求高、掘进参数技术控制精度要求高、半环管片拼装要求高及施工功效高等特点。现有技术中，大多是通过设置反力架，反力架在盾构系统的半环管片组的后方，并在反力架和最近的整环管片之间连接多根支撑杆来提供盾构推进时所需的反力。这种刚性的反力支撑系统虽然能够满足提供反力的需要，但是没有调整空间，物发保证盾构始发姿态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能提供足够的反力，并保证盾构机的始发姿态的盾构半环始发用上部反力支撑系统，并基于该支撑系统提供一种盾构半环始发施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种盾构半环始发用上部反力支撑系统，包括反力架，还包括支撑板以及多根支撑杆，所述支撑板固定在最近的整环管片的后侧面，且所述支撑板与最近的整环管片的超出半环管片的部分形状、大小、位置相应，各所述支撑杆的一端分别与所述反力架固定相连，各所述支撑杆的另一端分别与所述支撑板铰接相连。

进一步地，各所述支撑杆的另一端均通过以下结构与所述支撑板铰接相连：所述支撑板上设置有一个第一连接板，所述支撑杆的另一端设有两个第二连接板，所述第一连接板伸入两个所述第二连接板之间，一铰轴穿设在所述第一连接板和两个所述第二连接板上。

进一步地，各所述支撑杆的另一端相对所述支撑板转动的转动轴方向均与最近的整环管片的径向相同。

进一步地，系统包括四根所述支撑杆，其中两根所述支撑杆的另一端分别铰接在所述支撑板上相应整环管片的TL1块的位置处，另外两根所述支撑杆的另一端分别铰接在所述支撑板上相应整环管片的TL2块的位置处。

进一步地，其中两根所述支撑杆与另外两根所述支撑杆呈八字形相互对称。

本发明提供的一种盾构半环始发施工方法，包括以下步骤：

(1)安装始发基座；

(2)安装反力架及反力架的支撑结构；

(3)安装半环管片；

(4)安装整环管片；

(5)安装盾构半环始发用上部反力支撑系统，具体过程为：先将支撑板通过螺栓固定在最近的整环管片的后侧面，然后将各支撑杆的一端分别固定在反力架上，另一端分别铰接在支撑板上。

进一步地，还包括以下步骤：

(6)盾构机进入车站内衬墙后，对脱出来的0环整环管片和负环整环管片采用钢丝绳束进行固定束紧。

进一步地，步骤(4)中，安装最近的整环管片时，在盾壳顶部焊接钩挂机构来勾住最近的整环管片。

本发明的有益效果体现在：

本发明支撑系统以支撑板作为半环到整环的连接枢纽，起到固定稳固作用，且由于支撑杆的另一端与支撑板是铰接的，因此能够对该支撑处的受力点及方向进行调整，从而保证半环管片及整环管片拼装的平整度和椭圆度，进而保证了盾构机的始发姿态，确保了盾构施工安全、精准始发，并在保证提供足够的反力之余大大增加的盾构的始发精度；另外，本发明结构简单，容易实施，周转次数多，能够节约盾构始发成本的投入，节省工期，同时半钢环在不拆除情况减少了对施工进度的影响，便于放浆、下油脂等。

本发明施工方法由于采用了盾构半环始发用上部反力支撑系统，因此具备上述优点，并且本发明施工方法工艺简单、流程单一，能够有效节约成本。

附图说明

图1是本发明支撑系统一实施例的结构示意图。

图2是本发明支撑系统一实施例中铰接结构示意图。

图3是本发明支撑系统一实施例中铰接结构的安装位置示意图。

图4是本发明施工方法一实施例的施工完成后的工程结构示意图。

图5是图4的右视图(部分结构缺省)。

附图中各部件的标记为：10反力架、20支撑板、30支撑杆、40第一连接板、50第二连接板、60铰轴、71第一安装板、72第二安装板、70铰接结构、80整环管片、90半环管片、01盾构机、02始发基座、03车站底板、04端头井底板、05车站内衬墙、06螺旋焊管、07预埋钢板、08槽钢支撑、09钢丝绳。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1至图3。

本发明盾构半环始发用上部反力支撑系统，包括反力架10，还包括支撑板20以及多根支撑杆30，所述支撑板20固定在最近的(以反力架10为基准)整环管片80的后侧面，且所述支撑板20与最近的整环管片80的超出半环管片90的部分形状、大小、位置相应，各所述支撑杆30的一端分别与所述反力架10固定相连，各所述支撑杆30的另一端分别与所述支撑板20铰接相连。

本发明中，支撑板20作为半环到整环的连接枢纽，起到固定稳固作用，且由于支撑杆30的另一端与支撑板20是铰接的，因此能够对该支撑处的受力点及方向进行调整，从而能有效地利用盾构机的反力对始发姿态进行微调整，保证半环管片90及整环管片80拼装的平整度和椭圆度，管片姿态与盾构机姿态相辅相成，在保证整个负环体系管片姿态的前提下，利用管片姿态合理控制盾构机始发轴线，进而盾构始发姿态得到有效控制。

本发明与以往的刚性反力装置相比可调节空间较大，能够对后支撑受力点及方向进行调整，保证管片的平整度和椭圆度，即解决了盾构反力要求又能满足盾构姿态控制的要求。

半环始发中，局部半环拼装方式的难度主要在于半环到整环的过渡，如果直接从半环拼装突变为整环拼装，会导致整环拼装上半圆时纵向无连接螺栓，邻接块拼装困难，因此在拼装邻接块时需要在盾尾上焊接“七字钩”勾住管片防止下坠，等整环管片80脱出盾尾后，即开始安装支撑板20作为半环到整环连接枢纽，起到固定稳固作用。

本发明安全、有效、合理地解决了盾构半环始发问题，避免了现有施工技术中的半环始发反力不足、受力方向难以控制及半环始发姿态难以把控等难题。

在一实施例中，各所述支撑杆30的另一端均通过以下结构与所述支撑板20铰接相连：所述支撑板20上设置有一个第一连接板40，所述支撑杆30的另一端设有两个第二连接板50，所述第一连接板40伸入两个所述第二连接板50之间，一铰轴60穿设在所述第一连接板40和两个所述第二连接板50上，如图2所示。这种结构简单易实施，而且结构稳定，容易拆装。

在一实施例中，第一连接板40焊接在第一安装板71上，两个第二连接板50均焊接在第二安装板72上，这样第一连接板40、两个第二连接板50、铰轴60、第一安装板71和第二连接板50形成一体化的铰接结构70，使用时，第一安装板71通过螺栓固定在支撑板20上，第二安装板72也通过螺栓固定在支撑杆30上，以此实现铰接结构的安装固定，这种方式安装便捷，为盾构始发赢取宝贵时间。

在一实施例中，系统包括四根所述支撑杆30，支撑板20上对应盾构机1/2/14/15四组油缸的位置处分别固定安装有铰接结构70，如图3所示，可以更好地提供反力以及调整反力的方向。

在一实施例中，各所述支撑杆30的另一端相对所述支撑板20转动的转动轴方向均与最近的整环管片80的径向相同。也就是铰轴60的轴线方向与整环管片的径向相同。这样设计，同样是为了能够更好的提供反力以及调整反力的方向。

在一实施例中，系统包括四根所述支撑杆30，其中两根所述支撑杆30的另一端分别铰接在所述支撑板20上相应整环管片80的TL1块(现有的盾构管片包括TF块、TL1块、TL2块、TD块、TB1块和TB2块)的位置处，另外两根所述支撑杆30的另一端分别铰接在所述支撑板20上相应整环管片80的TL2块的位置处，从图3也可以间接看出。在实施本发明的过程中，发明人发现，采用这种结构，不仅能够提供足够的反力，而且支撑更加稳定；优选地，其中两根所述支撑杆30与另外两根所述支撑杆30呈八字形相互对称。这样支撑力对称，四个支撑处的受力点及方向调整相互配合，调节效果更好。

在盾构始发负环掘进过程中，普通混凝土管片在拼装及负环拆除过程容易造成破损，大大减小了周转次数，因此在具体实施中，可采用全钢环始发，本发明的支撑板20也采用钢材料制成，支撑杆30可采用钢管制成。

参见图1至图5。

本发明基于上述盾构半环始发用上部反力支撑系统提供的一种盾构半环始发施工方法，包括以下步骤：

(1)安装始发基座

盾构机01的始发基座02起着承载盾构机01自身重量和为盾构机01始发定位的重要作用，始发基座02对盾构始发初期管片拼装及最终管片的精度有很大的影响，为了确保精度，保证始发基座02上的盾构机01须对准洞门中心，且与隧道轴线一致，按设计轴线，对始发基座02的位置、方向、高度等进行正确测量放样后，再进行加工制造施工，安装时按测量放样的基线将始发基座02吊入井下进行定位安装焊接；

由于受盾构机01自重及端头井井口大小的限制，盾构机01要求被分割成几部分(切口环部分、支承环部分、盾尾环部分)分别吊入井内，在始发基座02上前后移动进行装配；

(2)安装反力架及反力架的支撑结构

反力架10根据负环及盾构机01尺寸进行定位确定，具体定位反力架10前端中心里程为：D＝D洞门—(L管-L洞)—(L1管×N1+L2管×N2)—L钢(式中，D洞门—洞门里程，L洞—洞门长度，L管—管片长度，N—负环管片环数，L钢—钢管片长度)。反力架10端面与始发基座02水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行，反力架10与车站结构连接部位的间隙应垫实，保证反力架10的安全稳定，同时反力架10形式的设计应以盾构的最大推力及盾构工作井轴线与隧道设计轴线的关系为设计依据，图1中例示了一种呈门字形结构的反力架10；

根据计算的反力架10位置定位反力架10的支撑结构，图中例示的方案中，在车站底板03浇筑混凝土前预埋钢板07，反力架10的支撑结构采用2根直径609的螺旋焊管06，并与车站底板03角度不大于40°，焊接应密实饱满；

(3)盾构机调试

反力架10及反力架10的支撑结构安装焊接完成后，对盾构机01刀盘、螺旋机、拼装系统、注浆系统、液压系统等进行调试，确保盾构机01正常运转，避免盾构始发过程风险；

(4)安装半环管片

图中例示一种情况，根据洞门井接头内包及端头井尺寸需要，0环整环管片80嵌入洞门钢环40cm，共设置10环负环，-9～-4环采用半环始发，-3～0环采用整环始发；

具体实施中，负环全部采用通缝拼装，安装半环管片90时，首先安装TD块，再依次安装TB1和TB2块，安装完成后，进行下一环管片的推进，负环的第一环管片(即-9环半环管片90)拼装时，为保证盾尾间隙，需在盾尾焊接1m长、2cm厚的钢板条，由于盾构机01盾尾间隙为5cm，因此钢板条宽度为3～5cm，上行线负环拼装为通缝平整，盾尾需焊接钢板条的数量为4-6条，其具体焊接位置为10号油缸与11号油缸之间、10号与9号油缸之间、12号与13号油缸之间、7号与8号油缸之间的位置；在-9环半环管片90在向后推进时，注意控制推进油缸行程，尽量使其推进油缸的行程保持一致，在管片推进完成之后，将管片与反力架10之间的空隙用钢板回填密实，-9环环半环管片90靠至反力架10后，为防止管片失圆，需在管片外侧和反力架10之间焊接三角挡块，其焊接位置为3点位、8点位、2点位以及9点位，三角挡块的尺寸为25cm×25cm；然后依次推进拼装-8～-4环半环管片90；

半环管片90的安装过程中，为保证成其环椭圆度及平整度，对脱出盾尾的半环及时在管片与始发基座02之间安装木楔子，同时采用槽钢支撑08进行加固处理(一边与管片焊接一边顶靠端头井底板04)，防止管片下坠造成环面不平整，从而影响整个始发姿态；

(5)安装整环管片

在拼装最近的整环管片80，即-3环整环管片80的TL1块和TL2块时，由于管片无反力支撑，因此在拼装其顶部管片时，需在盾壳顶部焊接钩挂机构(七字钩或L型钢板)来勾住其顶部管片，待第-3环整环管片80拼装完毕且油缸全部顶至管片时，方可拆除；使用L型钢板时，L型钢板需准备5个，其尺寸为45cm×7cm×27cm，钢板厚度为1.5cm，现场焊接时需根据管片的具体位置焊接在管片两侧，且需错开焊接；

-3环整环管片80拼装完成后，开始推进-2环整环管片80，推进过程中，由于-3环整环管片80未脱出盾尾，且尚未安装盾构半环始发用上部反力支撑系统，无反力，在顶推过程中只使用下部油缸进行推进，防止上部油缸用力造成管片错位；

(6)安装盾构半环始发用上部反力支撑系统

-3环整环管片80脱出盾尾后开始安装盾构半环始发用上部反力支撑系统，首先安装支撑板20，支撑板20与-3环整环管片80采用螺栓连接，安装前对-3环整环管片80的TF块与TL1块、TL2块的接缝进行钢板焊接加固；支撑板20安装结束后，即开始安装铰接结构70(通过螺栓将第一安装板71固定在支撑板20上)，铰接结构70与支撑板20连接后，调整铰接结构的受力角度，即开始安装支撑杆30，支撑杆30的一端固接在反力架10上，两者之间采用钢板焊接密实，另一端通过螺栓连接在铰接结构的第二安装板72上，可保证给盾构机01提供足够的反力并确保施工的安全，铰接结构可以调节支撑杆30的方向，便于调节受力支点，在保证盾构出土要求的同时又保证盾构始发姿态的控制；

(7)安装钢丝绳进行束紧

盾构半环始发用上部反力支撑系统安装完成后，依次推进-2～0环整环管片80，盾构机01进入车站内衬墙05后，为了保证半环管片90及整环管片80拼装的平整度和椭圆度，对脱出来的-3～0环整环管片80及时采用钢丝绳09对拼装完成的管片进行固定束紧，有效的控制始发姿态。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种盾构半环始发用上部反力支撑系统，包括反力架，其特征在于：还包括支撑板以及多根支撑杆，所述支撑板固定在最近的整环管片的后侧面，且所述支撑板与最近的整环管片的超出半环管片的部分形状、大小、位置相应，各所述支撑杆的一端分别与所述反力架固定相连，各所述支撑杆的另一端分别与所述支撑板铰接相连。

2.如权利要求1所述的盾构半环始发用上部反力支撑系统，其特征在于：各所述支撑杆的另一端均通过以下结构与所述支撑板铰接相连：所述支撑板上设置有一个第一连接板，所述支撑杆的另一端设有两个第二连接板，所述第一连接板伸入两个所述第二连接板之间，一铰轴穿设在所述第一连接板和两个所述第二连接板上。

3.如权利要求1或2所述的盾构半环始发用上部反力支撑系统，其特征在于：各所述支撑杆的另一端相对所述支撑板转动的转动轴方向均与最近的整环管片的径向相同。

4.如权利要求1或2所述的盾构半环始发用上部反力支撑系统，其特征在于：系统包括四根所述支撑杆，其中两根所述支撑杆的另一端分别铰接在所述支撑板上相应整环管片的TL1块的位置处，另外两根所述支撑杆的另一端分别铰接在所述支撑板上相应整环管片的TL2块的位置处。

5.如权利要求4所述的盾构半环始发用上部反力支撑系统，其特征在于：其中两根所述支撑杆与另外两根所述支撑杆呈八字形相互对称。

6.一种盾构半环始发施工方法，其特征在于：使用了如权利要求1至5中任一项所述的盾构半环始发用上部反力支撑系统，包括以下步骤：

(1)安装始发基座；

(2)安装反力架及反力架的支撑结构；

(3)安装半环管片；

(4)安装整环管片；

(5)安装盾构半环始发用上部反力支撑系统，具体过程为：先将支撑板通过螺栓固定在最近的整环管片的后侧面，然后将各支撑杆的一端分别固定在反力架上，另一端分别铰接在支撑板上。

7.如权利要求6所述的盾构半环始发施工方法，其特征在于：还包括以下步骤：

(6)盾构机进入车站内衬墙后，对脱出来的0环整环管片和负环整环管片采用钢丝绳束进行固定束紧。

8.如权利要求6或7所述的盾构半环始发施工方法，其特征在于：步骤(4)中，安装最近的整环管片时，在盾壳顶部焊接钩挂机构来勾住最近的整环管片。