CN111779492A - 用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及方法 - Google Patents

用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及方法 Download PDF

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张飞雷
陈培帅
许超
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Abstract

本发明公开了一种用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及方法，包括：反力支撑架，其为圆环形结构，所述反力支撑架的外弧面沿纵向和周向间隔设置有第一支墩，位于反力支撑架纵向的第一支墩之间设置有预紧千斤顶，位于反力支撑架外弧面对应的尾盾变形区域设置若干矫正千斤顶；垫板，其填塞于第一支墩和尾盾间的间隙；半月板结构，其安装于尾盾变形区域对应的反力支撑架内弧面。本发明解决盾构机尾盾变形和尾盾整圆矫正。

Description

用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及 方法
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工领域。更具体地说，本发明涉及一种用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及方法。
背景技术
盾构法施工已经成为隧道建设中的重要组成部分，越来越多的盾构机投入隧道建设中。随着盾构项目的增多，盾构机在不同地层中掘进出现的问题也越来越多。盾构机在富水密实砂层中掘进时地层致密，在盾构纠偏过程中会产生较大的地基反力和被动土压力。当尾盾局部受到的被动土压力大于其自身钢板强度时，尾盾会产生塑性变形，导致尾盾钢板、推进油缸撑靴及管片接触挤压，盾构机受困无法继续掘进。遇到此类盾构掘进问题，需利用矫正装置进行尾盾变形矫正，使得盾构机脱困，继续掘进。
发明内容
本发明的目的是提供一种本发明涉及一种用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装及方法，解决盾构机尾盾变形和尾盾整圆矫正。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，包括：
反力支撑架，其为圆环形结构，所述反力支撑架的外弧面沿纵向和周向间隔设置有第一支墩，位于反力支撑架纵向的第一支墩之间设置有预紧千斤顶，位于反力支撑架外弧面对应的尾盾变形区域设置若干矫正千斤顶；
垫板，其填塞于第一支墩和尾盾间的间隙；
半月板结构，其安装于尾盾变形区域对应的反力支撑架内弧面。
优选的是，所述反力支撑架由若干分块构成。
优选的是，分块之间通过外法兰盘固定或焊接固定。
优选的是，所述反力支撑架和半月板结构的剖面均为双矩形截面的箱体结构；
所述反力支撑架的箱体结构内部设置有至少两道横隔板，并在横隔板和反力支撑架的箱体结构之间的四周设置多个第一肋板；
所述半月板结构的箱体结构内部的四周设置有多个第二肋板。
优选的是，还包括：
轨道，其沿纵向延伸，位于反力支撑架的下方，用于反力支撑架的滑移，所述轨道的两侧设置斜支撑，通过所述斜支撑与所述尾盾加固；
第二支墩，用于支撑所述轨道。
本发明还提供了一种利用圆环形工装的强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正方法，包括以下步骤：
S1、确定尾盾变形情况；
S2、反力支撑架、支墩和千斤顶安装；
S21、根据管片拼装机载荷能力、反力支撑架拼装空间的合理性，将反力支撑架分为若干分块，每1～5组推进油缸之间的间隙的分块外弧面安装一组第一支墩，每组第一支墩中的第一支墩沿盾构机纵向布置，且第一支墩间放置预紧千斤顶；在盾尾钢板局部变形区域对应分块的外弧面安装若干矫正千斤顶，并准备不同厚度的垫板用于第一支墩与尾盾间的填塞；
S22、反力支撑架拼装时拼装机利用工装弧形板抓取分块旋转至拼装机正上方，将第一支墩及第一支墩间的预紧千斤顶固定到分块外弧面；第一支墩和预紧千斤顶分别固定到分块外弧面；
S23、旋转分块到拼装机上方，利用手拉葫芦将矫正千斤顶安放到反力支撑架外弧面，固定矫正千斤顶到反力支撑架外弧面的平法兰上，之后再旋转拼装机到反力支撑架的拼装区域进行分块安装；
S3、反力支撑架分块拼装；
S31、反力支撑架的分块从下方开始进行左右对称拼装，最后插入顶块；
S4、半月板结构安装；
半月板结构采用对称分块，利用电容车运输至台车处，拆除真空吸盘，抓取吊至喂片机，运输至环梁下方；此时利用管片拼装机安装工装悬臂，环梁和尾盾焊接挂钩张挂葫芦进行翻身和安装就位；根据变形位置，将半月板安装至对应变形处，如有多处变形位置，半月板结合矫正千斤顶可以形成全圆矫正；
S5、分级加压
整圈反力支撑架预紧后，启用液压泵站对若干矫正千斤顶同步分级加压，每级加压达到设定压力后稳压15～30分钟左右，进行尾盾焊缝、变形处变形监测以及圆形反力支撑架应力监测，同时观察各结构是否有异常位移等，无异常按照要求进行下一级压力的加压；
S6、顶推矫正
设置顶推矫正目标为变形最大处盾尾间隙不少于4cm，在矫正的同时，间歇性排砂减压；
矫正千斤顶顶推过程，内凹变形的尾盾钢板向外发展，需逐步夹塞不同厚度的垫板，同时，其周边外凸的尾盾钢板会有回缩，此时需逐步抽除对应支墩的垫板，达到尾盾整体矫正整圆的效果；
当顶推变形量达到预期要求的40～70％时应减缓加压梯度，进行多次顶推矫正，当累积残余变形达到预期要求后，停止该位置矫正工作，移动反力支撑架进下一位置的矫正；
S7、反力支撑架移动
缩回矫正千斤顶，纵向顶推圆环，使反力支撑架沿轨道前后移动，对前后未矫正的位置进行矫正，未矫正的位置累积残余变形达到尾盾圆度标准后，停止该位置矫正工作；
S8、多次多轮矫正
圆环形工装固定位置时，通过对最大变形区域位置或附近进行顶撑矫正作业和尾盾钢板圆度监测，最大变形区域不断发生变化，调整半月板位置不断对变形区域矫正，实现圆环形工装360°矫正作业；圆环形工装从近中盾处向尾盾移动，不断矫正直至覆盖尾盾全范围为一轮矫正；继续移动圆环形工装至近中盾位置，监测尾盾变形状况并继续多次矫正，直至多轮完成尾盾圆度接近装机状态。
优选的是，所述S1具体为：盾构连续掘进过程中，测量并收集每环管片的尾盾间隙，周期性的观察油缸撑靴与尾盾钢板的间隙，若这两种间隙超出标准或异常时，应由测量人员利用全站仪测量尾盾圆度，条件允许的情况下，拆除异常间隙当环管片，尾盾纵向预留出更大的空间，测量尽可能多的横断面。
优选的是，间歇性排砂减压具体为：在盾尾变形较大区域下方开设减压孔，在顶推矫正前或者顶推矫正的同时打开减压孔放砂，所述减压孔避开顶推矫正区域、盾尾管路和第一支墩所在位置，待尾盾矫正施工完成后，需将尾盾开孔进行封堵。
优选的是，所述S21中还包括在反力支撑架下部设置轨道，所述轨道下衬垫第二支墩，所述轨道作为反力支撑架的移动路径，若干第二支墩由反力支撑架最前端延伸至当前管片前端间隔设置，所述轨道两侧设置斜支撑，与尾盾焊接加固；第二支墩和轨道安装完成后测量复核高度并进行拟合，使反力支撑架落至第一支墩和轨道上时高度符合要求，必要时支垫轨道下部调整径向一致。
优选的是，所述S31具体为：反力支撑架底部分块安装定位固结后，安装两侧邻接块，依次交叉；每拼装一块分块，安装分块螺栓并紧固后点焊固定，整环反力支撑架拼装完成后，利用第一支墩间预埋的预紧千斤顶进行均匀加载，再次紧固分块之间的螺栓并将反力支撑架各分块纵缝进行焊接固定；安装中心线以上分块时需在尾盾补充焊接辅助工装7字钩，临时挂住上部分块，7字钩焊接完成前不得移动管片拼装机；
其中，单个分块的吸取包括：真空吸盘吸取卷弧钢板前先通过定位销固定在真空吸盘上，在定位销与卷弧钢板之间加装密封垫圈做密封处理，然后再开启真空泵吸紧卷弧钢板，同时复紧定位销；
拼装机吸起卷弧钢板后，在卷弧钢板外弧面焊接若干丝杆，与反力支撑架外法兰盘一一对应固定。
本发明至少包括以下有益效果：本发明采用圆环形工装配合开孔放砂等辅助性措施，实现尾盾变形矫正及整圆，可以保证尾盾钢板与油缸撑靴及成型管片拉开间隙，使盾构机实现脱困。
具体为：
(1)圆环形工装采用分块设计，可利用拼装机分块定位，实现整圆拼装；圆环形工装拆除同样利用管片拼装机分块拆卸，提高工效。
(2)圆环形工装采用Q460钢材，结构强度高；结构形式为镂空加劲肋板，减轻圆环形工装重量；需矫正位置的圆形反力支撑架区域设置矫正千斤顶和半月板结构，半月板结构为承受矫正千斤顶反力提供刚度补强。
(3)圆环形工装与尾盾钢板之间设置第一支墩和预紧千斤顶，起到固定、预紧并消除拼装应力的作用。
(4)圆环形工装上的半月板结构可拆装，实现全圆360°尾盾变形矫正。
(5)圆环形工装下部安装轨道，实现工装的前后移动，对尾盾前后变形处进行矫正。
(6)采用尾盾开孔放砂减压，减小尾盾变形处背后土压力，为千斤顶顶推矫正腾出空间。
(7)利用全站仪和尾盾端面标记，实现尾盾圆度测量，检验尾盾矫正效果。
(8)在尾盾变形附近及圆环形工装上安装应力应变监测装置，实现矫正过程应力应变监测，保证施工安全。
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
图1a为本发明的圆环形工装俯视图；
图1b为本发明的圆环形工装B-B；
图1c为本发明的圆环形工装侧视图；
图2为本发明的圆环形工装钢支墩细部图；
图3为本发明的圆环形工装整体设计图；
图4a为本发明的圆环形工装横隔板设计图；
图4b为本发明的圆环形工装第一肋板设计图；
图5a为本发明的圆环形工装分块连接处断面图；
图5b为本发明的圆环形工装分块连接处侧面图；
图6为本发明的尾盾变形处开孔放砂减压布置图；
图7为本发明的圆环形工装第一支墩安装细部图；
图8为本发明的圆环形工装底部滑轨布置图；
图9为本发明的圆环形工装分块安装细部图。
其中，1、圆环形工装，2、盾构机壁体，3、反力支撑架，4、外法兰盘，5、矫正千斤顶，6、预紧千斤顶，7、第一支墩，8、垫板，9、半月板结构，10、横隔板，11、推进油缸，12、第一肋板，13、螺栓，14、螺栓连接板，15、加劲板，16、尾盾变形区域，17、 1#减压孔，18、2#减压孔，19、3#减压孔，20、轨道，21、第二支墩，22、真空吸盘，23、卷弧钢板，24、定位销，25、密封垫圈。
具体实施方式
下面结合实施例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
一种用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装1，包括：
反力支撑架3，其为圆环形结构，所述反力支撑架3的外弧面沿纵向和周向间隔设置有第一支墩7，位于反力支撑架3纵向的第一支墩7之间设置有预紧千斤顶6，位于反力支撑架3外弧面对应的尾盾变形区域16设置若干矫正千斤顶5，这里不设置垫板，以千斤顶油缸面积作为顶推矫正面。若效果不佳，可考虑增加顶铁或者弧形钢板改变顶推矫正面积，增大效果。
垫板8，其填塞于第一支墩7和尾盾间的间隙；
半月板结构9，其安装于尾盾变形区域16对应的反力支撑架3内弧面。
在上述技术方案中，设计圆环形反力支撑架3，利用反力支撑架3外弧面的预紧千斤顶6顶推盾构机壁体2局部变形区域，矫正尾盾变形，局部矫正千斤顶5区域设置半月板工装，用于加强环形支撑架强度和刚度。为定位和固定反力支撑架3，在反力支撑架3外弧面与尾盾内弧面之间的非矫正区域，设置第一支墩7和预紧千斤顶6，对应盾构机每2 组推进油缸11之间位置，如图1a～1c所示。在本实施例1中，第一支墩7细部图如图2 所示，每个点位设置2个，共16个钢支墩；其余非矫正区域处设置预紧千斤顶6，预紧千斤顶6采用60t液压千斤顶，用于顶紧并固定反力支撑架3；矫正变形区域设置6个矫正千斤顶5，矫正千斤顶5为320t液压千斤顶。整体反力支撑架3设计图如图3所示。
进一步地，所述反力支撑架3由若干分块构成，反力支撑架3根据管片拼装机载荷能力、反力支撑架3拼装的空间合理进行分块。在本实施例1中，为了便于现场安装，匹配盾构机管片拼装机真空吸盘22工作荷载能力，将反力支撑架3划分成8块，最小分块对应圆心角为17°，所有分块应避开反力支撑架3横隔板10及液压千斤顶(预紧千斤顶6 和矫正千斤顶5)和第一支墩7位置。分块之间采用外法兰盘4形式连接后，点焊连接，具体分块角度和分块方式效果如图1b所示，分块连接处断面及侧面设计如图5a～5b所示。
进一步地，分块之间通过外法兰盘4固定或焊接固定。为了便于现场安装，匹配盾构机管片拼装机真空吸盘22工作荷载能力。
进一步地，所述反力支撑架3和半月板结构9的剖面均为双矩形截面的箱体结构；
所述反力支撑架3的箱体结构内部设置有至少两道横隔板10，并在横隔板10和反力支撑架3的箱体结构之间的四周设置多个第一肋板12；
所述半月板结构9的箱体结构内部的四周设置有多个第二肋板。
在本实施例1中，反力支撑架3采用内径(半径)4650mm，外径(半径)5350mm，剖面为双矩形截面的箱体结构。反力支撑架3需设置横隔板10保证结构刚度，对应盾构机每组推进油缸11之间位置，同时也是反力支撑架3外侧第一支墩7和预紧千斤顶6位置，设置两道横隔板10。为保障预紧千斤顶6和第一支墩7位置的强度和刚度，在横隔板10之间设计8道第一肋板12。横隔板10和第一肋板12的具体尺寸和结构形式如图4a～4b 所示。
在本实施例1中，针对反力支撑架3矫正区域，设置半月板结构9，用于加强矫正区域反力支撑架3刚度，半月板结构9剖面为双矩形截面的箱体结构。半月板结构9内部在对应矫正千斤顶5位置设置与反力支撑架3形式相同的横隔板10，横隔板10上第二肋板形式也与反力支撑架3第一肋板12形式一致。半月板结构9形式及细部结构。
进一步地，还包括：
轨道20，其沿纵向延伸，位于反力支撑架3的下方，用于反力支撑架3的滑移，所述轨道20的两侧设置斜支撑，通过所述斜支撑与所述尾盾加固；
第二支墩21，用于支撑所述轨道20。
实施例2
应用实施例1中圆环形工装1的强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正方法，包括以下步骤：
S1、确定尾盾变形情况
具体为：盾构连续掘进过程中，测量并收集每环管片的尾盾间隙，周期性的观察推进油缸11撑靴与尾盾钢板的间隙，若这两种间隙超出标准或异常时，应由测量人员利用全站仪测量尾盾圆度，条件允许的情况下，拆除异常间隙当环管片，尾盾纵向预留出更大的空间，测量尽可能多的横断面。本实施例中盾构机23组油缸每组间一条纵向测线，尾盾变形范围测线加密，共33条测线，每条测线6个点，共6个断面。测线位置从中、尾盾焊缝处算起，距离分别为：0.1m,0.4m,0.7m,1.1m,1.6m,1.9m。测量人员根据测点得到不同断面的尾盾圆度，精确判断尾盾变形位置和变形值。
S2、反力支撑架3、支墩和千斤顶安装。
S21、在本实施例2中，反力支撑架3共分为8个分块，环宽1.2米，每两组推进油缸11之间的间隙的分块外弧面安装一组第一支墩7，每组第一支墩7中的第一支墩7沿盾构机纵向布置，且第一支墩7间放置预紧千斤顶6(60t千斤顶)用于反力支撑架3整圆拼装后的应力消除；在盾尾钢板局部变形区域对应分块的外弧面安装6个矫正千斤顶5 (320t液压千斤顶)，并准备不同厚度的垫板8用于第一支墩7与尾盾间的填塞，具体结构形式如图7所示。
根据现场施工需求，在反力支撑架3下部设置轨道20，所述轨道20下衬垫第二支墩21，所述轨道20作为反力支撑架3的移动路径。若干第二支墩21由反力支撑架3最前端延伸至当前管片前端间隔设置，间距40公分布置，所述轨道20两侧设置斜支撑，与尾盾焊接加固，具体如图8所示。第二支墩21和轨道20安装完成后测量复核高度并进行拟合，使反力支撑架3落至第一支墩7和轨道20上时高度符合要求，必要时支垫轨道20下部调整径向一致。
S22、反力支撑架3拼装时拼装机利用工装弧形板抓取分块旋转至拼装机正上方，在拼装机正上方利用尾盾上部焊接的耳板和手拉葫芦将第一支墩7及第一支墩7间的预紧千斤顶6固定到分块外弧面。第一支墩7和预紧千斤顶6分别利用三角型钢板焊接固定到分块外弧面，确保分块拼装和矫正过程中第一支墩7和预紧千斤顶6不会脱落。
S23、旋转分块到拼装机上方，利用手拉葫芦将矫正千斤顶5安放到反力支撑架3外弧面，固定矫正千斤顶5到反力支撑架3外弧面的平法兰上，之后再旋转拼装机到反力支撑架3的拼装区域进行分块安装。
S3、反力支撑架3分块拼装；
S31、反力支撑架3的分块从下方开始进行左右对称拼装，最后插入顶块。具体为：反力支撑架3底部分块安装定位固结后，安装两侧邻接块，依次交叉。每拼装一块分块，在螺栓连接板14上安装分块螺栓13并紧固后点焊固定，所述螺栓连接板14上设置有加劲板15，整环反力支撑架3拼装完成后，利用第一支墩7间预埋的预紧千斤顶6进行均匀加载，消除反力支撑架3间的不良应力，再次紧固分块之间的螺栓13并将反力支撑架 3各分块纵缝进行焊接固定；安装中心线以上分块时需在尾盾补充焊接辅助工装7字钩，临时挂住上部分块，7字钩焊接完成前不得移动管片拼装机。
其中，单个分块的吸取包括：真空吸盘22吸取卷弧钢板23前先通过定位销24固定在真空吸盘22上，在定位销24与卷弧钢板23之间加装密封垫圈25做密封处理，然后再开启真空泵吸紧卷弧钢板23，同时复紧定位销24，防止抓取反力支撑架3过程中卷弧钢板23与真空吸盘22发生滑移、脱落，具体结构形式如图9所示。
卷弧钢板23在本实施例中采用卷弧长3m、宽度1.8m内径10.8m的t＝20mm钢板，拼装机吸起卷弧钢板23后，在卷弧钢板23外弧面焊接若干直径30mm的丝杆，与反力支撑架3外法兰盘4一一对应固定。丝杆可采取穿孔塞焊的方式，卷弧钢板23内弧面进行打磨，防止损坏真空吸盘22。
S4、半月板结构9安装；
半月板结构9采用对称分块，利用电容车运输至台车处，拆除真空吸盘22，抓取吊至喂片机，运输至环梁下方；此时利用管片拼装机安装工装悬臂，环梁和尾盾焊接挂钩张挂葫芦进行翻身和安装就位；根据变形位置，将半月板安装至对应变形处，如有多处变形位置，半月板结合矫正千斤顶5可以形成全圆矫正；
S5、分级加压
整圈反力支撑架3预紧后，确保6个矫正千斤顶5法兰固定牢靠，同时对矫正千斤顶5进行必要的捆绑固定后，启用液压泵站对6个矫正千斤顶5同步分级加压，暂定加压梯度为5MPa，每级加压达到设定压力后稳压15～30分钟左右，进行尾盾焊缝、变形处变形监测以及圆形反力支撑架3应力监测，同时观察各结构是否有异常位移等，无异常按照要求进行下一级压力的加压，分级加压表1如下。
表1尾盾矫正分级加压表
序号 压力MPa 稳压时间min 单台顶力t 六台顶力t
1 10 15～30 50 300
2 15 15～30 75 450
3 20 15～30 100 600
4 25 15～30 125 750
5 30 15～30 150 900
6 35 15～30 175 1050
7 40 15～30 200 1200
8 45 15～30 225 1350
9 50 15～30 250 1500
10 55 15～30 275 1650
11 60 15～30 300 1800
S6、顶推矫正
为实现尾盾内管片顺利脱出盾尾，解除变形处管边外壁与尾盾内撑靴导向条的接触，并留有一定余量，设置顶推矫正目标为变形最大处盾尾间隙不少于4cm，在矫正的前，间歇性排砂减压。在本实施例2中，1#减压孔17为确定的第一个减压孔，钻孔位置在19号油缸下部区域(变形较大位置下方)，具体位置和尺寸如图6所示。开完减压孔，在圆环形工装1校正前，打开减压孔放砂，放砂完毕后，开始顶推矫正工作。2#减压孔18，3# 减压孔19为效果不佳时，备用开孔位置。开孔位置考虑尽量避开顶推矫正区域、尾盾管路和第一支墩7所在位置，开孔布置如图6所示。待尾盾矫正施工完成后，需将尾盾开孔进行封堵，以便后续正常掘进。
间歇性排砂减压具体为：在盾尾变形较大区域下方开设减压孔，在顶推矫正的前打开减压孔放砂，所述减压孔避开顶推矫正区域、盾尾管路和第一支墩7所在位置，待尾盾矫正施工完成后，需将尾盾开孔进行封堵。
按照分级加压表对内凹变形盾体钢板利用320t液压千斤顶进行顶推矫正。整圆矫正过程中，尾盾周长基本不变，320t千斤顶顶推过程，内凹变形的尾盾钢板向外发展，需逐步夹塞不同厚度的垫板8，同时，其周边外凸的尾盾钢板会有回缩，此时需逐步抽除对应第一支墩7的垫板8，达到尾盾整体矫正整圆的效果。
当顶推变形量达到预期要求(40mm)的40～70％即24mm时应减缓加压梯度，进行多次顶推矫正，当累积残余变形达到预期要求后，停止该位置矫正工作，移动反力支撑架3 进下一位置的矫正。
S7、反力支撑架3移动
缩回矫正千斤顶5的油缸，通过推进油缸11或另外布置的千斤顶及工装纵向顶推圆环，使反力支撑架3沿轨道20前后移动，对前后未矫正的位置进行矫正，未矫正的位置累积残余变形达到尾盾圆度标准后，停止该位置矫正工作。
S8、多次多轮矫正
圆环形工装1固定位置时，通过对最大变形区域位置或附近进行顶撑矫正作业和尾盾钢板圆度监测，最大变形区域不断发生变化，调整半月板位置不断对变形区域矫正，实现圆环形工装1360°矫正作业至最佳效果；圆环形工装1从近中盾处向尾盾移动，不断矫正直至覆盖尾盾全范围为一轮矫正；继续移动圆环形工装1至近中盾位置，监测尾盾变形状况并继续多次矫正，直至多轮完成尾盾圆度接近装机状态。
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实施例。

Claims (10)

1.一种用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，包括：
反力支撑架，其为圆环形结构，所述反力支撑架的外弧面沿纵向和周向间隔设置有第一支墩，位于反力支撑架纵向的第一支墩之间设置有预紧千斤顶，位于反力支撑架外弧面对应的尾盾变形区域设置若干矫正千斤顶；
垫板，其填塞于第一支墩和尾盾间的间隙；
半月板结构，其安装于尾盾变形区域对应的反力支撑架内弧面。
2.如权利要求1所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，所述反力支撑架由若干分块构成。
3.如权利要求2所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，分块之间通过外法兰盘固定或焊接固定。
4.如权利要求1或2所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，所述反力支撑架和半月板结构的剖面均为双矩形截面的箱体结构；
所述反力支撑架的箱体结构内部设置有至少两道横隔板，并在横隔板和反力支撑架的箱体结构之间的四周设置多个第一肋板；
所述半月板结构的箱体结构内部的四周设置有多个第二肋板。
5.如权利要求1所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，还包括：
轨道，其沿纵向延伸，位于反力支撑架的下方，用于反力支撑架的滑移，所述轨道的两侧设置斜支撑，通过所述斜支撑与所述尾盾加固；
第二支墩，用于支撑所述轨道。
6.一种利用圆环形工装的强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定尾盾变形情况；
S2、反力支撑架、支墩和千斤顶安装；
S21、根据管片拼装机载荷能力、反力支撑架拼装空间的合理性，将反力支撑架分为若干分块，每1～5组推进油缸之间的间隙的分块外弧面安装一组第一支墩，每组第一支墩中的第一支墩沿盾构机纵向布置，且第一支墩间放置预紧千斤顶；在盾尾钢板局部变形区域对应分块的外弧面安装若干矫正千斤顶，并准备不同厚度的垫板用于第一支墩与尾盾间的填塞；
S22、反力支撑架拼装时拼装机利用工装弧形板抓取分块旋转至拼装机正上方，将第一支墩及第一支墩间的预紧千斤顶固定到分块外弧面；第一支墩和预紧千斤顶分别固定到分块外弧面；
S23、旋转分块到拼装机上方，利用手拉葫芦将矫正千斤顶安放到反力支撑架外弧面，固定矫正千斤顶到反力支撑架外弧面的平法兰上，之后再旋转拼装机到反力支撑架的拼装区域进行分块安装；
S3、反力支撑架分块拼装；
S31、反力支撑架的分块从下方开始进行左右对称拼装，最后插入顶块；
S4、半月板结构安装；
半月板结构采用对称分块，利用电容车运输至台车处，拆除真空吸盘，抓取吊至喂片机，运输至环梁下方；此时利用管片拼装机安装工装悬臂，环梁和尾盾焊接挂钩张挂葫芦进行翻身和安装就位；根据变形位置，将半月板安装至对应变形处，如有多处变形位置，半月板结合矫正千斤顶可以形成全圆矫正；
S5、分级加压
整圈反力支撑架预紧后，启用液压泵站对若干矫正千斤顶同步分级加压，每级加压达到设定压力后稳压15～30分钟左右，进行尾盾焊缝、变形处变形监测以及圆形反力支撑架应力监测，同时观察各结构是否有异常位移等，无异常按照要求进行下一级压力的加压；
S6、顶推矫正
设置顶推矫正目标为变形最大处盾尾间隙不少于4cm，在矫正的同时，间歇性排砂减压；
矫正千斤顶顶推过程，内凹变形的尾盾钢板向外发展，需逐步夹塞不同厚度的垫板，同时，其周边外凸的尾盾钢板会有回缩，此时需逐步抽除对应支墩的垫板，达到尾盾整体矫正整圆的效果；
当顶推变形量达到预期要求的40～70％时应减缓加压梯度，进行多次顶推矫正，当累积残余变形达到预期要求后，停止该位置矫正工作，移动反力支撑架进下一位置的矫正；
S7、反力支撑架移动
缩回矫正千斤顶，纵向顶推圆环，使反力支撑架沿轨道前后移动，对前后未矫正的位置进行矫正，未矫正的位置累积残余变形达到尾盾圆度标准后，停止该位置矫正工作；
S8、多次多轮矫正
圆环形工装固定位置时，通过对最大变形区域位置或附近进行顶撑矫正作业和尾盾钢板圆度监测，最大变形区域不断发生变化，调整半月板位置不断对变形区域矫正，实现圆环形工装360°矫正作业；圆环形工装从近中盾处向尾盾移动，不断矫正直至覆盖尾盾全范围为一轮矫正；继续移动圆环形工装至近中盾位置，监测尾盾变形状况并继续多次矫正，直至多轮完成尾盾圆度接近装机状态。
7.如权利要求6所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，所述S1具体为：盾构连续掘进过程中，测量并收集每环管片的尾盾间隙，周期性的观察油缸撑靴与尾盾钢板的间隙，若这两种间隙超出标准或异常时，应由测量人员利用全站仪测量尾盾圆度，条件允许的情况下，拆除异常间隙当环管片，尾盾纵向预留出更大的空间，测量尽可能多的横断面。
8.如权利要求6所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，间歇性排砂减压具体为：在盾尾变形较大区域下方开设减压孔，在顶推矫正前或者顶推矫正的同时打开减压孔放砂，所述减压孔避开顶推矫正区域、盾尾管路和第一支墩所在位置，待尾盾矫正施工完成后，需将尾盾开孔进行封堵。
9.如权利要求6所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，所述S21中还包括在反力支撑架下部设置轨道，所述轨道下衬垫第二支墩，所述轨道作为反力支撑架的移动路径，若干第二支墩由反力支撑架最前端延伸至当前管片前端间隔设置，所述轨道两侧设置斜支撑，与尾盾焊接加固；第二支墩和轨道安装完成后测量复核高度并进行拟合，使反力支撑架落至第一支墩和轨道上时高度符合要求，必要时支垫轨道下部调整径向一致。
10.如权利要求3所述的用于强透水砂层大直径盾构尾盾变形矫正的圆环形工装，其特征在于，所述S31具体为：反力支撑架底部分块安装定位固结后，安装两侧邻接块，依次交叉；每拼装一块分块，安装分块螺栓并紧固后点焊固定，整环反力支撑架拼装完成后，利用第一支墩间预埋的预紧千斤顶进行均匀加载，再次紧固分块之间的螺栓并将反力支撑架各分块纵缝进行焊接固定；安装中心线以上分块时需在尾盾补充焊接辅助工装7字钩，临时挂住上部分块，7字钩焊接完成前不得移动管片拼装机；
其中，单个分块的吸取包括：真空吸盘吸取卷弧钢板前先通过定位销固定在真空吸盘上，在定位销与卷弧钢板之间加装密封垫圈做密封处理，然后再开启真空泵吸紧卷弧钢板，同时复紧定位销；
拼装机吸起卷弧钢板后，在卷弧钢板外弧面焊接若干丝杆，与反力支撑架外法兰盘一一对应固定。
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