CN109519177A - 用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法 - Google Patents

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刘杰
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黄文杰
刘华
李家洋
杨志勇
胡乘恺
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朱金彭
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Abstract

本发明公开了一种用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,包括:1)套入,将盾构机推入钢套筒内;2)转体,钢套筒在转体顶推油缸组的推动下,实现转体,直至实现钢套筒转体180°,从而实现盾构机的转体。本发明解决现有盾构接收和转体施工中存在的施工周期长、费用开支大、施工工序繁杂、洞门密封效果差等问题。

Description

用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工领域,具体涉及一种用密封钢套筒完成盾构机接收和转体的施工方法。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加快,盾构法在城市地铁、市政隧道的建设中的到了广泛应用。盾构机接收和转体是采用盾构法施工的关键环节,同时也是难度系数高、施工风险大的环节。
当采用传统方式接收,盾构分块较多导致盾构机拼装时存在大量焊缝,洞门密封(密封钢丝刷+帘幕橡胶板)易发生密封失效;管片脱出盾尾通过洞门密封时,管片与洞门密封间隙较大,且此时盾构推进又较慢,当降水不及时或在富水地层施工,工作井端头土体在此间隙下易发生涌水、涌砂等风险;当采用冷冻法对端头加固,虽然洞口不易出现涌水、涌砂风险,但是前期冻结周期长、费用开支大。当采用水下方式接收,盾构的接收和转体工序花费时间较长,当工期紧张时不能满足盾构到达施工的安全和盾构转体的工期要求。
发明内容
针对现有盾构接收和转体施工中存在的施工周期长、费用开支大、施工工序繁杂、洞门密封效果差等问题,本发明提供了一种用密封钢套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,以解决现有技术存在的不足。
为了实现以上目的,本发明提供一种用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,包括:
1)套入
将盾构机推入钢套筒内;
2)转体
钢套筒在转体顶推油缸组的推动下,实现转体,直至实现钢套筒转体180°,从而实现盾构机的转体。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,步骤2)中,在钢套筒底部和侧周焊接反力支撑牛腿,利用反力支撑牛腿实现转体顶推油缸推动钢套筒转体。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,在步骤1)之前还包括:
A)前准备
在钢套筒外部安装反力架支撑体系;
在钢套筒内填充填料,以模拟地层应力状态;
B)盾构机到达前掘进
在盾构机挖掘贯通前150m、100m、50m和20m时四次对测量导向系统进行人工复核和姿态调整,以保证盾构机准确无误地进入钢套筒内。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,所述步骤1)具体包括:减小推力、控制扭矩,盾构机快速进入钢套筒内,且之后,还需利用槽钢对盾构机两端附近管片进行拉紧;并时刻监控钢套筒位移情况、压力情况和应力情况,其中,应力控制值不超过支撑极限抗压强度的60%;最后将洞门封堵,此时盾构机接收完成。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,在步骤1)和步骤2)之间还需将装载有盾构机的钢套筒进行整体平移处理,具体操作如下:
拆除钢套筒与外界的连接约束,并且解除盾构机主机与台车间连接;
在平移滑行区域涂抹油脂,使其表面光滑;
而钢套筒底部有带光滑塑料底板的油缸支承;
然后平移油缸组顶推钢套筒,通过光滑底板在涂抹油脂的滑行区域滑移,从而实现将钢套筒滑移,直至顶推平移至洞门转体位置。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,步骤A中,还包括工作井底板施工,在底板满铺钢板,钢板间采用坡口焊满焊,并于焊接后进行打磨,打磨完毕后,工作井底部平整度≤5mm/m2,高差≤2cm。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,步骤A中在钢套筒内填充填料,填料为中粗砂、盾构掘削渣土以及膨润土砂浆的混合物;并且在填料过程中,分别通过至少3个以上填料孔分别填充,直至填充密实。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,所述步骤B中,四次复核和调整过程,坚持纠偏少量多次、一环纠偏不大于5mm的原则;最后一次,姿态偏差允许值:-10mm≤水平≤10mm;-10mm≤高程≤10mm。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,步骤2)转体过程中,转体顶推油缸组包括4个油缸,每个油缸可在控制上单独向前、向后动作,四个油缸也可同时向前、向后动作,当协同动作出现误差时,单独调整误差油缸。
优选的是,所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,减小推力、控制扭矩,盾构机快速进入钢套筒内,具体为:掘进速度为10~20mm/min,总推力<800t,刀盘转速为0.6~1rpm。
本发明至少包括以下有益效果:
(1)采用钢套筒延长钢环与洞门钢环间不透水密焊满焊的洞门密封方式,改变了传统洞门密封(密封钢丝刷+帘幕橡胶板)易发生密封失效的缺点,可以有效避免盾构接收时洞口涌水、涌砂等风险;同时也避免了采用冷冻法对端头加固前期冻结周期长、费用开支大的缺点。
(2)采用密封钢套筒完成盾构机接收,管片背后注浆压力不易耗散,有效地保证了端头区域的注浆效果,这是传统盾构接收方式无法比拟的。
(3)采用盾构机主机整体平移和转体方式,仅将盾构机主体与后配套设备断开,不拆盾构机主体,大大提升了盾构接收和二次始发的施工进度。
(4)采用本发明施工方法,采用油缸组实现盾构机的平移和转体,无需重型起重设备,这在偏远地区或海外机械物资匮乏地区施工是极其有效的。
(5)采用本发明施工方法,盾构接收和转体均在工作井内完成,对地面及周边环境影响小。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
附图1为实施例2的施工流程图。
附图2为实施例2中盾构机平移示意图。
附图3为实施例2盾构机转体示意图。
其中:1:工作井;2:接收井;3:二次始发井;4:钢套筒延长钢环;5:钢套筒;6:平移顶推油缸;7:转体顶推油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是,下述实施方案中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得;在本发明的描述中,术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,依次包括:
A)前准备
在钢套筒外部安装反力架支撑体系;
在钢套筒内填充填料,以模拟地层应力状态;填料为中粗砂、盾构掘削渣土以及膨润土砂浆的混合物;并且在填料过程中,分别通过至少3个以上填料孔分别填充,直至填充密实。
还包括工作井底板施工,在底板满铺钢板,钢板间采用坡口焊满焊,并于焊接后进行打磨,打磨完毕后,工作井底部平整度≤5mm/m2,高差≤2cm。
B)盾构机到达前掘进
在盾构机挖掘贯通前150m、100m、50m和20m时四次对测量导向系统进行人工复核和姿态调整,以保证盾构机准确无误地进入钢套筒内。四次复核和调整过程,坚持纠偏少量多次、一环纠偏不大于5mm的原则;最后一次,姿态偏差允许值:-10mm≤水平≤10mm;-10mm≤高程≤10mm。
盾构机内部本身安装有导向系统,盾构机在掘进中一般也是根据导向系统的指令来确定姿态是否合适的。在钢套筒接收盾构前,为了能使盾构机准确无误地进入钢套筒,防止本身测量系统出错,保险起见,用人工方式进行盾构姿态的复核。人工用GPS对盾构位置进行定位,与钢套筒接收位置进行对比,若有偏差,盾构司机对盾构姿态进行合理调整。
1)套入
将盾构机推入钢套筒内,具体包括:减小推力、控制扭矩(具体为:掘进速度为10~20mm/min,总推力<800t,刀盘转速为0.6~1rpm),盾构机快速进入钢套筒内,且之后,还需利用槽钢对盾构机两端附近管片进行拉紧;并时刻监控钢套筒位移情况、压力情况和应力情况,其中,应力控制值不超过支撑极限抗压强度的60%;最后将洞门封堵,此时盾构机接收完成。
C)将装载有盾构机的钢套筒进行整体平移处理,具体操作如下:
拆除钢套筒与外界的连接约束,并且解除盾构机主机与台车间连接;
在平移滑行区域涂抹油脂,使其表面光滑;
而钢套筒底部有带光滑塑料底板的油缸支承;
然后平移油缸组顶推钢套筒,通过光滑底板在涂抹油脂的滑行区域滑移,从而实现将钢套筒滑移,直至顶推平移至洞门转体位置。
2)转体
在钢套筒底部和侧周焊接反力支撑牛腿,利用反力支撑牛腿实现转体顶推油缸推动钢套筒转体。钢套筒在转体顶推油缸组的推动下,实现转体,直至实现钢套筒转体180°,从而实现盾构机的转体。
步骤2)转体过程中,转体顶推油缸组包括4个油缸,每个油缸可在控制上单独向前、向后动作,四个油缸也可同时向前、向后动作,当协同动作出现误差时,单独调整误差油缸。
实施例2
如图1所示,
本发明提供一种用密封钢套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,它包括以下步骤:
(1)盾构到达前准备工作
①工作井底板施工
底板平整度≤5mm/m2,高差≤2cm,如局部平整度达不到要求时进行砂浆找平;底板满铺≥20mm钢板,钢板间采用坡口焊满焊,平移及转体范围内钢板不能出现错台,焊接后进行打磨。
②钢套筒设计与加工
钢套筒筒体长度根据盾构负环环数与盾构机整机长度进行设计;筒体材料用20mm厚的钢板;每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度。
③钢套筒厂内拼装与验收
钢套筒质检及验收包括加工原材检查、焊接工艺性试验检查、精加工检查、涂装检查、圆度检查、焊缝检查和密封性检查等。
④钢套筒拆解运输到场
钢套筒在厂内完成验收后分块拆解并运输到场,到场到再次验收。
⑤钢套筒延长钢环的安装
洞口预埋钢环、调整钢环、延长钢环均采用不透水密焊。延长钢环与套筒筒体采用法兰栓接,法兰内设柔性防水衬垫。
⑥钢套筒和反力架支承体系的安装
反力架根据密闭钢套筒实际位置进行调整、定位;反力架与工作井相邻结构端墙设置若干根HW400*400型钢支撑连接,反力架与支撑系统和预埋件焊接应牢固。
⑦钢套筒检测
钢套筒检测包括位移检测和渗漏检测。
⑧钢套筒内填料。
套筒内填料可为中粗砂、盾构掘削渣土、膨润土砂浆等;为了将钢套筒内的填料密实均匀,填料过程中要在三个填料孔分别填充,派人在填料孔观察,分层填充直至密实。
(2)盾构到达前掘进
①贯通前150m、100m、50m和20m四次对测量导向系统进行人工复核和姿态调整;
盾构姿态调整时应坚持纠偏少量多次、一环纠偏不大于5mm的原则。
②到达洞门前位置进行人工复核测量和姿态调整。
盾构贯通时其姿态偏差允许值:-10mm≤水平≤10mm;-10mm≤高程≤10mm。
(3)盾构进入钢套筒掘进
①减小推力、控制扭矩,盾构快速进入钢套筒内
钢套筒内掘进速度为10~20mm/min,总推力<800t,刀盘转速为0.6~1rpm。
②增加螺栓复紧次数
平均每环至少需要复紧3次,分别在掘进至1m时、掘进完成以及管片脱出盾尾时进行复紧。
③用槽钢对端头附近管片进行拉紧
刀盘抵到地连墙到盾尾整个脱出洞门钢环期间,用14b槽钢对管片进行拉紧。
④接收期间钢套筒监测
接收期间钢套筒监测包括位移监测、压力监测和应力监测:监测钢套筒延长钢环与洞门钢环相对位移,控制值为5mm;钢套筒顶部预留孔位置进行压力进行监测,压力控制值为0.15MPa;钢套筒支撑系统进行应力监测,应力控制值为支撑极限抗压强度的60%。
⑤洞门封堵,盾构接收完成。
负环拆除,钢套筒延长钢环与0环管片预埋钢板采用弧形钢板立焊封死;洞门弧形板上下左右四个部位预先设置观察孔。
(4)盾构与钢套筒整体平移
①解除钢套筒与外界的支撑和约束
解除钢套筒与外界的支撑和约束包括:解除钢套筒反力架支撑系统、筒体两侧支撑系统,同时将下部调平支墩间纵向、横向系梁拆除。
②拆除盾构机主机与台车间连接
拆除盾构机主机与台车间连接的同时将延伸强弱电缆、泥浆管路、冷却水管路等线缆全部拆除理顺,对管片拼装机行走梁后半部分进行拆除。
③临时加固管片拼装机及内部设施
盾构转体前,将管片拼装机及内部设施进行临时加固,焊接钢桁架进行临时支撑,同时沿盾构外壳内部焊接通长20#槽钢进行加固。
④行进区域地面涂抹油脂
行进区域地面可以涂抹黄油等油脂。
⑤油缸组顶升钢套筒,带光滑塑料底板油缸落地支承
首先在钢套筒底部托架腔内安装10个200t、10个100t和60个带有四氟乙烯塑料底板的50t油缸(视实际情况而定);然后10个200t和10个100t顶升内含盾构的钢套筒;最后油缸回缩,60个带有四氟乙烯塑料底板的油缸底板落地。
⑥洞门位置油缸组将钢套筒与盾构整体顶离至横向顶推平移预定起始位置
油缸组为2个100t油缸(由钢套筒整体重量和塑料底板滑动摩擦系数决定),工作行程优选大者。
⑦工作井钢底板焊接反力支撑牛腿,油缸顶至工作行程后重新焊接反力支撑牛腿
油缸组为4个100t油缸(由钢套筒整体重量和塑料底板滑动摩擦系数决定),工作行程优选大者。
⑧钢套筒与盾构整体横向顶推平移至始发洞门转体位置
(5)盾构与钢套筒整体转体
①钢套筒四周和钢底板上焊接反力支撑牛腿
②安装顶推油缸,进行转体作业
盾构转体采用的油缸组为4个100t油缸(由钢套筒整体重量和塑料底板滑动摩擦系数决定);每个油缸可在控制上单独向前、向后动作,四个油缸也可同时向前、向后动作,当协同动作出现误差是,单独调整误差油缸。
③根据钢套筒旋转位置灵活焊接钢底板牛腿,持续推进转体钢套筒直至180°
④纠偏就位,完成盾构和钢套筒整体转体。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,包括:
1)套入
将盾构机推入钢套筒内;
2)转体
钢套筒在转体顶推油缸组的推动下,实现转体,直至实现钢套筒转体180°,从而实现盾构机的转体。
2.如权利要求1所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,步骤2)中,在钢套筒底部和侧周焊接反力支撑牛腿,利用反力支撑牛腿实现转体顶推油缸推动钢套筒转体。
3.如权利要求1所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,在步骤1)之前还包括:
A)前准备
在钢套筒外部安装反力架支撑体系;
在钢套筒内填充填料,以模拟地层应力状态;
B)盾构机到达前掘进
在盾构机挖掘贯通前150m、100m、50m和20m时四次对测量导向系统进行人工复核和姿态调整,以保证盾构机准确无误地进入钢套筒内。
4.如权利要求1所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,所述步骤1)具体包括:减小推力、控制扭矩,盾构机快速进入钢套筒内,且之后,还需利用槽钢对盾构机两端附近管片进行拉紧;并时刻监控钢套筒位移情况、压力情况和应力情况,其中,应力控制值不超过支撑极限抗压强度的60%;最后将洞门封堵,此时盾构机接收完成。
5.如权利要求1所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,在步骤1)和步骤2)之间还需将装载有盾构机的钢套筒进行整体平移处理,具体操作如下:
拆除钢套筒与外界的连接约束,并且解除盾构机主机与台车间连接;
在平移滑行区域涂抹油脂,使其表面光滑;
而钢套筒底部有带光滑塑料底板的油缸支承;
然后平移油缸组顶推钢套筒,通过光滑底板在涂抹油脂的滑行区域滑移,从而实现将钢套筒滑移,直至顶推平移至洞门转体位置。
6.如权利要求3所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,步骤A中,还包括工作井底板施工,在底板满铺钢板,钢板间采用坡口焊满焊,并于焊接后进行打磨,打磨完毕后,工作井底部平整度≤5mm/m2,高差≤2cm。
7.如权利要求3所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,步骤A中在钢套筒内填充填料,填料为中粗砂、盾构掘削渣土以及膨润土砂浆的混合物;并且在填料过程中,分别通过至少3个以上填料孔分别填充,直至填充密实。
8.如权利要求3所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,所述步骤B中,四次复核和调整过程,坚持纠偏少量多次、一环纠偏不大于5mm的原则;最后一次,姿态偏差允许值:-10mm≤水平≤10mm;-10mm≤高程≤10mm。
9.如权利要求1所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,步骤2)转体过程中,转体顶推油缸组包括4个油缸,每个油缸可在控制上单独向前、向后动作,四个油缸也可同时向前、向后动作,当协同动作出现误差时,单独调整误差油缸。
10.如权利要求1所述的用盾构密封套筒完成盾构机接收和转体的施工方法,其特征在于,减小推力、控制扭矩,盾构机快速进入钢套筒内,具体为:掘进速度为10~20mm/min,总推力<800t,刀盘转速为0.6~1rpm。
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